[發明專利]一種水源熱泵的熱電調度系統及調度方法

有效

• 申請號: 201110323966.5
• 申請日: 2011-10-23
• 公開（公告）號: CN102510075A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 龍虹毓;吳鍇;楊玉龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;F25B29/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種熱電聯合調度系統，其特征在于，包括：供給側設備、檢測及控制設備和多個用戶側設備；

供給側設備包括：用于提供熱水的水源熱泵(A)和太陽能發電機組(B)；

每個用戶側設備包括：由上述機組發出的電力驅動的熱泵裝置(108)；由水源熱泵提供熱水的采暖散熱器(110)；非采暖的耗電裝置；

檢測及控制設備包括：

遠程集中控制器，采集一段時間內的以下數據：所述水源熱泵的供暖熱出力量和火電機組發電出力電量；耗電總量；熱水消耗數據即耗熱量；用戶與熱源即水源熱泵之間的距離；

綜合調度控制裝置(115)，根據上述距離，計算下一時段由于減少熱水供應導致的采暖散熱器中的熱水供應不足的熱量，該供應不足的熱量用所述熱泵裝置的發熱量來補充，即熱泵裝置耗電發熱；由此計算下一時段包括熱泵裝置在內的用電負荷耗電總量，根據對用電負荷耗電總量不同的控制目標，設定不同的目標函數，從而得到水源熱泵的熱能控制信號、火電機組的輸出電能信號及熱泵裝置用電量控制信號和供熱量信號；

遠程集中控制器根據水源熱泵的熱能控制信號、火電機組的輸出電能信號，控制水源熱泵的供暖熱出力量和火電機組的發電出力電量；并根據熱泵裝置用電量控制信號和供熱量信號分別控制熱泵供暖量和關閉散熱器量。

2.根據權利要求1所述的熱電調度系統，其特征在于：計算熱水供應不足的熱量時，還要根據熱水發熱的熱慣性時間計算。

3.根據權利要求1或2所述的熱電調度系統，其特征在于：所述目標函數為對用電負荷耗電功率總量求標準差，當該值最小時，達到電力負荷平準化。

4.根據權利要求1或2所述的熱電調度系統，其特征在于：所述熱泵裝置為空調。

5.根據權利要求1或2所述的熱電調度系統，其特征在于：所述遠程集中控制器包括第一和第二遠程集中控制器，分別采集供給側設備和用戶側設備的信息并向其發出控制信號；綜合調度控制裝置(115)對上述采集的信息進行運算和控制。

6.根據權利要求1或2所述的熱電調度系統，其特征在于，所述檢測及控制設備還包括：檢測所述耗電裝置耗電量的電表；控制所述熱泵裝置的發熱量的遙控開關(117)；用于檢測所述采暖散熱器(110)熱水消耗的數據的消耗計量表(111)；控制采暖散熱器(110)的流水閥門遙控開關(116)；水源熱泵的控制執行裝置(118)。

7.根據權利要求6所述的一種熱電調度系統，其特征在于，所述水源熱泵的控制執行裝置(118)包括調度控制信號收發編碼存儲器(302)、驅動電路(303)及控制裝置(304)，所述調度控制信號經調度控制信號收發編碼存儲器解碼以后生成調度控制指令，經過驅動電路輸出的信號觸發控制裝置，控制裝置再控制水源熱泵的閥門動作。

8.根據權利要求1所述的一種熱電聯合調度系統，其特征在于，綜合調度控制裝置(115)通過電力光纖(120)與云計算計算服務系統(917)連接，對采集的數據進行云計算。

9.一種根據權利要求4至8任一項所述調度系統的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

i.測量

(1)測量供給側：水源熱泵的恒定熱出力功率即額定容量H_WSHP和火電機組發電出力功率P_CHP(t)；

(2)測量N個用戶側數據；

a)0～N個用戶距機組的管道距離S_i，i＝0～N；

以ΔT為采樣周期，采集0～T時間段內以下數據：

b)0～N個用戶以前各時段的耗電功率P_i(t)；

c)0～N個用戶以前各時段的耗熱功率H_i(t)；

d)0～N個用戶以前各時段的空調熱泵裝機容量

ii.計算

(1)計算所有用戶總的用電量功率

(2)根據(1)中計算出的各時段總用電量功率P_sum(t)和步驟i中測量的P_CHP(t)，預測未來一段時間T～2T的電力負荷功率P_load(t)，火電機組發電出力功率P_CHP(t)；

(3)用戶分組：計算每個用戶到機組的等效距離將相同的s_i的用戶分為同一組，計為第l組，l＝s_i，總計為L組，L為自然數；v為熱水在管道中的流速，ΔT為單位調節時間即上述采樣周期，T_i代表用戶輸入的熱慣性時間；

(4)對(3)中分得的L組，分別求出各組所有用戶的總采暖負荷功率H_load(l)，和熱泵裝機總容量P_EHP(l)：

H_load(l)＝∑H_i(t，l)；H_i(t，l)為第l組用戶i在t時刻的采暖負荷；

為第l組用戶i的空調熱泵容量；

iii.控制計算

(1)目標函數

Δp=Σt=T2T(pload(t)-p‾load)2T+1---(1)]]>

其中平準化后的等效負荷定義如下：

p_load(t)＝P_load(t)-(p_CHP(t)-P_CHP(t))+p_EHPs(t)；????????????????(2)

其中，p_load(t)是調節后的等效用電負荷功率，p_CHP(t)是調節后火力發電機組的發電功率，p_EHPs(t)是t時所有用戶耗電功率；

等效電力負荷平均值，定義如下：

p‾load=Σt=T2Tpload(t)T+1---(3)]]>

(2)約束方程

a)熱負荷平衡方程

空調熱泵用電供暖代替熱水供暖出力的不足是方法的核心，如果Δh(t)表示第t時段熱水供暖不足的功率，則，其表達式為：

Δh(t)＝|H_WSHP-h_WSHP(t)|????????????????????????????????????(4)

其中，h_WSHP(t)是調節后水源熱泵供暖熱出力功率；

第t時段熱電聯產熱水供給不足將由0～L用戶組的空調熱泵分別在t～t+L時段通過用電來補償，具體公式為：

Δh(t)=Σl=0LhEHP(t+l,l)(t+l≤T)---(5)]]>

h_EHP(t+l，l)為t+l時刻第l組用戶空調熱泵的供暖功率之和；h_EHP(t，l)為t時刻第l組用戶空調熱泵的供熱量功率之和；

如果式中h_EHP(t，l)可以取0的話，一方面，某些時段并不是所有用戶組都參與補償；另一方面，如果超過了規定的總調度時間，熱水供給不足仍未影響到處于遠端的用戶組，那么這些用戶組也將不參與補償；

b)水源熱泵：

發熱出力限制：

0≤h_WSHP(t)≤H_WSHP????????????????????????????????????????????(6)

水源熱泵熱電比約束：

h_WSHP(t)＝COP_WSHP·p_WSHP(t)????????????????????????????????(7)

其中，H_WSHP水源熱泵額定熱容量；COP_WSHP為水源熱泵性能系數；h_WSHP(t)為水源熱泵t時段的熱出力；p_WSHP(t)為水源熱泵t時段的耗電功率；

c)用戶側空調熱泵約束

熱電比約束：

h_EHP(t，l)＝COP·p_EHP(t，l)????????????????????????????(8)

空調熱泵出力上限：

0≤p_EHP(t，l)≤min(P_EHP(l)，H_load(l)/COP)????????????????(9)

其中，P_EHP(l)為第l組用戶的空調熱泵容量之和；H_load(l)為第l組用戶的采暖負荷功率；COP分散式空調熱泵熱電比系數；

最后空調熱泵耗電供熱既可以補償熱水供暖的不足，也可以增加電力低谷時段的負荷，因此，需要求出各時段所有用戶組的熱泵耗電量之和：

pEHPs(t)=Σl=0LpEHP(t,l)---(10)]]>

其中p_EHP(t，l)是t時第l組用戶熱泵的耗電功率；

將步驟ii中測量的H_WSHP和預測的P_CHP(t)，；步驟ii中計算變量P_load(t)，H_load(l)，P_EHP(l)代入公式(1)～(10)中并進行聯合求解，在目標函數Δp為最小值時，求得優化后所得執行變量：火電機組的發電出力p_CHP(t)、水源熱泵的熱出力h_WSHP(t)、用戶不同時刻空調熱泵耗電量p_EHP(t，l)和供熱量h_EHP(t，l)；

iv.發送控制信號到供給和用戶執行動作

根據iii的優化后所得執行變量，將變量信號發送至供給側和用戶，執行具體動作，如下：

根據火電機組的發電出力p_CHP(t)、水源熱泵的熱出力h_WSHP(t)信號，控制水源熱泵和火電機組在未來調節時間內各時段的動作；

根據用戶不同時刻熱泵耗電量p_EHP(t，l)和供熱量h_EHP(t，l)，控制用戶側不同距離用戶使用空調熱泵供暖量，以及關閉散熱器量。