专利名称：背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统及其调度方法
技术领域：
本发明属于清洁能源综合利用技术领域，涉及一种背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统及其调度方法。
背景技术：
可再生能源具有绿色清洁的特点，近些年发展迅速。但以太阳能发电为例，太阳能发电在提供清洁低碳能源的同时，太阳能发电场的大规模并网也给电网安全经济运行带来了不利影响。大规模太阳能发电场并网后，由于其出力波动较大，且功率波动常常与用电负荷波动趋势相反。太阳能发电的这种反调峰特性将导致系统峰谷差的进一步扩大，加大了电网调度的难度，对电网调度运行、电压控制、电网调峰等都将产生一系列影响。由于相关研究并不完善，弃能现象严重。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统及其调度方法，通过对热能、电能的综合调控，实现太阳能发电的平滑出力，提高太阳能发电的有效利用。本发明是通过以下技术方案来实现一种背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统，包括用于产出电力和采暖热水的背压式热电联产机组；用于产出电力的太阳能发电机组；通过电力电缆网与背压式热电联产机组和太阳能发电机组并联的用户的热泵，热泵消耗电力提供热水给热水式采暖散热器；控制热泵的热泵遥控开关；采集用户非采暖耗电量的电表；通过供热管道网与背压式热电联产机组相连接的用户的热水式采暖散热器；热水消耗计量表，检测背压式热电联产机组输入热水式采暖散热器的热水量；控制热水式采暖散热器的热水式采暖散热器遥控开关；第一远程集中控制器，采集背压式热电联产机组的包括供暖出力热水流量和发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置；第一远程集中控制器还接收综合调度控制装置所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号控制背压式热电联产机组控制执行装置动作；第二远程集中控制器，采集太阳能发电机组的发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置；第三远程集中控制器，记载有用户的热水式采暖散热器与背压式热电联产机组之间的管道距离信息，并采集包括用户的非采暖用电量和热水消耗计量表检测到的热水流入量和非采暖耗电量的耗能信息，还采集用户输入的热惯性时间；将用户的管道距离信息、采集的耗能信息和热惯性时间传送给综合调度控制装置；
第三远程集中控制器还接收综合调度控制装置所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号驱动热泵遥控开关和/或采暖散热器遥控开关执行动作；综合调度控制装置，根据的接收产能信息、用户的管道距离信息和耗能信息，产生调控控制信号，向第一远程集中控制器和/或第三远程集中控制器发出调控控制信号。所述的综合调度控制装置根据接收的背压式热电联产机组、太阳能发电机组的产能信息和用户的耗能信息，在保证满足电力供给和热能供给的条件下，减少背压式热电联产机组的供暖出力热水流量，减少热水流量导致用户所需要的供热不足由热泵消耗电力供热来补偿；综合调度控制装置发出包括背压式热电联产机组在调度时间的供暖出力热水流量和发电出力电量，背压式热电联产机组提供的流入用户的热水式采暖散热器热水量和热泵的采暖电力消耗量的调控控制信号。所述的热泵在消耗电力供热补偿时，还考虑背压式热电联产机组提供的热水流到用户的时间和热惯性时间。所述综合调度控制装置包括接收背压式热电联产机组和太阳能发电机组的产能信息，用户的耗能信息以及用户管道距离信息的第一数据接收单元；将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元；对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元；生成调度控制信号的调度控制信号计算单元；将所述调度控制信号进行编码的信号编码器；及将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器、第三远程集中控制器的发送单元。所述的综合调度控制装置通过电力光纤与云计算服务系统连接，并驱动云计算服务系统计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置通过电力光纤接收云计算服务系统获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式将调度控制信号传送给第一远程集中控制器和/或第三远程集中控制器。所述热水式采暖散热器遥控开关，通过第三远程集中控制器以遥控方式与综合调度控制装置耦合；热泵遥控开关，通过第三远程集中控制器以遥控方式与综合调度控制装置耦合；热泵上还设有热泵专用电能表，检测其采暖的耗电量，该耗电量并被第三远程集中控制器所采集；背压式热电联产机组控制执行装置，通过第一远程集中控制器以遥控方式与综合调度控制装置耦合；背压式热电联产机组控制执行装置根据调度控制信号执行动作。所述第三远程集中控制器包括非采暖电表脉冲计数器、采暖热水流量脉冲计数器、脉冲信号编码转换器、计量信号放大发射器，及相互连接的控制信号接收解码器和遥控信号发生器；非采暖电表脉冲计数器连接用户非采暖电表，用于检测用户非采暖耗电数据，用户非采暖耗电数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置；采暖热水流量脉冲计数器连接热水式采暖散热器热水消耗计量表，用于检测热水流入量，热水流入量再经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理生成信号，与用户管道信息一起传送至综合调度控制装置；控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置发出的调度控制信息并进行解码， 然后通过控制信号遥控发射器将控制信号发送给热泵遥控开关、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关执行动作。所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统的调度方法，包括以下步骤在0 ΤΧΔΤ时间段内，ΔΤ为采样周期，T为采集的次数，综合调度控制装置根据接收的背压式热电联产机组、太阳能发电机组的产能信息，预测出未来一段时间T 2TX ΔΤ的产能信息，再结合0 TX ΔΤ时间段内用户的耗能信息，在保证满足电力供给和热能供给的条件下，减少背压式热电联产机组的供暖出力热水流量，减少热水流量导致用户所需要的供热不足由热泵消耗电力供热来补偿，并考虑背压式热电联产机组提供的热水流到用户的时间和热惯性时间，计算出补充量；然后在T 2TX Δ T时间段，综合调度控制装置以Δ T为调控周期，根据电力供给和热能供给的预测和调度计算生成调度控制信号并发送，第一远程集中控制器接收调度控制信号后控制背压式热电联产机组的供暖出力热水流量和发电出力电量，第三远程集中控制器接收调度控制信号后，控制热泵消耗电力供热来补偿热水式采暖散热器热水减少导致的供热不足。所述的综合调度控制装置的调度控制信号的生成包括以下步骤1)采集变量1. 1)采集背压式热电联产机组在0 TX八！“时间段的发电出力？-⑴和热出力 Hqip(t)，并发送到综合调度控制装置；ΔΤ为采样周期，T为采集的次数，T为自然数；采集0 M号太阳能发电机在0 TX Δ T时间段的发电出力⑴，并发送到综合调度控制装置；1. 2)采集0 TX Δ T时间段内，0 N个用户的以下信息用户距热源背压式热电联产机组的管道距离S”非采暖耗电量Pi (t)、背压式热电联产机组提供给热水式采暖散热器的耗热量Hi (t)、热泵的装机容量ifHP和用户输入的热惯性时间Ti,并发送到综合调度控制装置；2)计算以下变量
M2. 1)计算太阳能发电机在0 TX Δ T时间段的总出力⑴=Σ尸厂㈧；然后
J=O
根据总出力APuVm(0，利用统计分析方法，预测τ 2TX ΔΤ时间段的太阳能发电机总出力
Psum (t)；由采集背压式热电联产机组在0 TX ΔΤ时间段的发电出力PCHP(t)和热出力 HCHP(t)，预测出T 2TX Δ T时间段的发电出力PCHP(t)和热出力Hchp(t)；
^ + T2. 2)计算每个用户到背压式热电联产机组的等效距离y =J^，ν为热水在管
ι AT，
道中的流速；并对将计算结果做取整运算将相同Si的用户分为同一组，计为第1组，Si = 1 ；总计L组，L为自然数；
对每个用户分组，分别计算各组所有用户的总采暖负荷Hlrad(I)和热泵容量 Pehp (1)；Hload(I) = Σ Hi (t，1)，Hi α，υ为第1组用户i在t时刻的采暖负荷；
权利要求
1.一种背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统，其特征在于，包括用于产出电力和采暖热水的背压式热电联产机组(A)；用于产出电力的太阳能发电机组(B)；通过电力电缆网(113)与背压式热电联产机组㈧和太阳能发电机组⑶并联的用户的热泵(108)，热泵(108)消耗电力提供热水给热水式采暖散热器(110)；控制热泵(108) 的热泵遥控开关(117)；采集用户非采暖耗电量的电表；通过供热管道网(114)与背压式热电联产机组(A)相连接的用户的热水式采暖散热器(110)；热水消耗计量表(111)，检测背压式热电联产机组(A)输入热水式采暖散热器(110) 的热水量；控制热水式采暖散热器(110)的热水式采暖散热器遥控开关(116)；第一远程集中控制器(1121)，采集背压式热电联产机组(A)的包括供暖出力热水流量和发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置(11 ；第一远程集中控制器(1121)还接收综合调度控制装置(11 所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号控制背压式热电联产机组控制执行装置(118)动作；第二远程集中控制器(1122)，采集太阳能发电机组(B)的发电出力电量的产能信息， 将采集的产能信息传送给综合调度控制装置(115)；第三远程集中控制器(1123)，记载有用户的热水式采暖散热器(110)与背压式热电联产机组(A)之间的管道距离信息，并采集包括用户的非采暖用电量和热水消耗计量表(111)检测到的热水流入量和非采暖耗电量的耗能信息，还采集用户输入的热惯性时间； 将用户的管道距离信息、采集的耗能信息和热惯性时间传送给综合调度控制装置(115)；第三远程集中控制器(112 还接收综合调度控制装置(11 所发出的调度控制信号， 并根据调度控制信号驱动热泵遥控开关(117)和/或采暖散热器遥控开关(116)执行动作；综合调度控制装置(115)，根据的接收产能信息、用户的管道距离信息和耗能信息，产生调控控制信号，向第一远程集中控制器(1121)和/或第三远程集中控制器(112 发出调控控制信号。
2.根据权利要求1所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统，其特征在于， 综合调度控制装置(11 根据接收的背压式热电联产机组(A)、太阳能发电机组(B)的产能信息和用户的耗能信息，在保证满足电力供给和热能供给的条件下，减少背压式热电联产机组(A)的供暖出力热水流量，减少热水流量导致用户所需要的供热不足由热泵(108)消耗电力供热来补偿；综合调度控制装置(11 发出包括背压式热电联产机组(A)在调度时间的供暖出力热水流量和发电出力电量，背压式热电联产机组提供的流入用户的热水式采暖散热器(110) 热水量和热泵(108)的采暖电力消耗量的调控控制信号。
3.根据权利要求2所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统，其特征在于， 在热泵(108)消耗电力供热补偿时，还考虑背压式热电联产机组(A)提供的热水流到用户的时间和热惯性时间。
4.根据权利要求1所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统，其特征在于， 所述综合调度控制装置(11 包括接收背压式热电联产机组(A)和太阳能发电机组(B)的产能信息，用户的耗能信息以及用户管道距离信息的第一数据接收单元O01)；将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元O02)；对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元O03)；生成调度控制信号的调度控制信号计算单元O04)；将所述调度控制信号进行编码的信号编码器O05)；将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器(1121)、第三远程集中控制器 (1123)的发送单元(206)。
5.根据权利要求1所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统，其特征在于， 综合调度控制装置(115)通过电力光纤(120)与云计算服务系统(917)连接，并驱动云计算服务系统(917)计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置(11 通过电力光纤 (120)接收云计算服务系统(917)获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式将调度控制信号传送给第一远程集中控制器(1121)和/或第三远程集中控制器(1123)。
6.根据权利要求1所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统，其特征在于， 所述热水式采暖散热器遥控开关(116)，通过第三远程集中控制器(112 以遥控方式与综合调度控制装置(11 耦合；热泵遥控开关(117)，通过第三远程集中控制器(112 以遥控方式与综合调度控制装置(1巧)耦合；热泵(108)上还设有热泵专用电能表(109)，检测其采暖的耗电量，该耗电量并被第三远程集中控制器所采集；背压式热电联产机组控制执行装置(118)，通过第一远程集中控制器(1121)以遥控方式与综合调度控制装置(11 耦合；背压式热电联产机组控制执行装置(118)根据调度控制信号执行动作。
7.根据权利要求1所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统，其特征在于， 所述第三远程集中控制器(112 包括非采暖电表脉冲计数器、采暖热水流量脉冲计数器、 脉冲信号编码转换器、计量信号放大发射器，及相互连接的控制信号接收解码器和遥控信号发生器；非采暖电表脉冲计数器连接用户非采暖电表，用于检测用户非采暖耗电数据，用户非采暖耗电数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置(115)；采暖热水流量脉冲计数器连接热水式采暖散热器热水消耗计量表(111)，用于检测背压式热电联产机组提供的热水流入量，热水流入量再经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理生成信号，与用户管道信息一起传送至综合调度控制装置(115)；控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置(11 发出的调度控制信息并进行解码，然后通过控制信号遥控发射器将控制信号发送给热泵遥控开关(117)、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关(116)执行动作。
8.权利要求1所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统的调度方法，其特征在于，包括以下步骤在0 TX Δ T时间段内，Δ T为采样周期，T为采集的次数，综合调度控制装置根据接收的背压式热电联产机组、太阳能发电机组的产能信息，预测出未来一段时间T 2ΤΧ ΔΤ 的产能信息，再结合0 TX Δ T时间段内用户的耗能信息，在保证满足电力供给和热能供给的条件下，减少背压式热电联产机组的供暖出力热水流量，减少热水流量导致背压式热电联产机组发电出力减少由太阳能发电来补偿，减少热水流量导致用户所需要的供热不足由热泵消耗电力供热来补偿，并考虑背压式热电联产机组提供的热水流到用户的时间和热惯性时间，计算出补充量；然后在T 2TX Δ T时间段，综合调度控制装置以ΔΤ为调控周期，根据电力供给和热能供给的预测和调度计算生成调度控制信号并发送，第一远程集中控制器接收调度控制信号后控制背压式热电联产机组的供暖出力热水流量和发电出力电量，第三远程集中控制器接收调度控制信号后，控制热泵消耗电力供热来补偿热水式采暖散热器热水减少导致的供热不足。
9.如权利要求8所述的背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统的调度方法，其特征在于，综合调度控制装置的调度控制信号的生成包括以下步骤1)采集变量·1. 1)采集背压式热电联产机组在O TX ΔΤ时间段的发电出力PCHP(t)和热出力 Hqip(t)，并发送到综合调度控制装置；ΔΤ为采样周期，T为采集的次数，T为自然数；采集0 M号太阳能发电机在0 TX Δ T时间段的发电出力Ζ ]"⑴，并发送到综合调度控制装置；·1.2)采集0 TX ΔΤ时间段内，0 N个用户的以下信息用户距热源背压式热电联产机组的管道距离S”非采暖耗电量Pi (t)、背压式热电联产机组提供给热水式采暖散热器的耗热量Hi (t)、热泵的装机容量ifHP和用户输入的热惯性时间Ti,并发送到综合调度控制装置；2)计算以下变量M·2.1)计算太阳能发电机在0 TX ΔΤ时间段的总出力= Σ尸厂妁；然后根据总 出力AplL⑴，利用统计分析方法，预测τ 2ΤΧ Δ T时间段的太阳能发电机总出力Psum(t)； 由采集背压式热电联产机组在0 TX ΔΤ时间段的发电出力PCHP(t)和热出力HCHP(t)， 预测出T 2TX Δ T时间段的发电出力PCHP(t)和热出力Hchp(t)； ·2. 2)计算每个用户到背压式热电联产机组的等效距离:*_ ν ‘,为热水在管道中 AT，的流速；并对将计算结果做取整运算^ =[<]；将相同Si的用户分为同一组，计为第1组，Si = 1 ；总计L组，L为自然数； 对每个用户分组，分别计算各组所有用户的总采暖负荷Hltjad(I)和热泵容量Pehp(I)； Hload(I) =Σ Hi (t，l)，Hi(t，1)为第1组用户i在t时刻的采暖负荷； ^W(Z) = ZiTp(Z) W⑷为第1组用户i的热泵容量；3)将上述Pchp⑴、Hchp⑴、Pload⑴、Hload(1)、Pehp(I)代入，由目标函数(1)和约束条件 (2 1 组成优化问题进行迭代求解，以获取目标函数最小值为结果，获取各个变量作为调控信号·3.1)目标函数为
全文摘要
本发明公开了一种背压式热电联产与太阳能发电联合制热系统及其调度方法，用户采用热水散热器和热泵耗电两种方式供热，其中的热水来源于热电联产机组，电力由热电联产机组与太阳能发电机组联合提供，通过综合调度控制装置在检测一段时间的供能和用户的耗能情况后，对未来一段时间做出预测；然后在此基础上进行调度，在保证满足电力供给和热能供给的条件下，减少供暖出力热水流量，由消耗电力供热来补偿，耗电供热既可以补偿热水供暖的不足，也可以增加电力低谷时段的负荷；这样根据太阳能发电、热电联产综合起来，将太阳能发电的波动性调整热电联产的出力和用户耗电负荷情况的变化，以相等的检测周期和调节周期，从而实现太阳能发电等效的在用户侧的平滑出力。
文档编号F01D15/10GK102506450SQ20111032399
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月23日 优先权日2011年10月23日
发明者吴锴, 杨玉龙, 龙虹毓 申请人:西安交通大学