[發明專利]利用太陽能發電的水源熱泵冷電聯合調度系統及調度方法

有效

• 申請號: 201110324321.3
• 申請日: 2011-10-23
• 公開（公告）號: CN102510079A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 劉欣宇;楊東嬌;劉艷;劉波;雷雨
• 申請（專利權）人: 重慶市電力公司
• 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

1.一種對用戶制冷的機組聯合調度系統，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)和發電的太陽能發電機組(B)，以及水源熱泵熱水出口處安裝的集中式熱吸收式制冷機以使水源熱泵能夠提供冷水；

每個用戶側設備包括：由上述機組發出的電力驅動的制冷裝置(108)；風機盤管(110)，由上述制冷機提供冷水制冷；非制冷耗電裝置；

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：所述水源熱泵的冷水出力量和耗電量；太陽能發電機組的發電出力量；冷水的耗能量；每個用戶與熱源即上述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冷水供應導致的風機盤管中的冷水供應不足的量，該供應不足的量用所述制冷裝置的制冷量來補充，即制冷裝置耗電制冷；根據水源熱泵和熱泵裝置的耗電量，計算下一時段太陽能的等效發電功率，使該等效發電功率與太陽能發電機組發出的目標電力相接近，從而得到水源熱泵的冷水出力量控制信號、耗電量信號及制冷裝置用電量控制信號和制冷量信號；

遠程集中控制器根據水源熱泵的冷水出力量控制信號或耗電量信號，控制水源熱泵的冷水出力量和耗電量；并根據制冷裝置用電量控制信號和制冷量信號分別控制制冷裝置制冷量和關閉風機盤管量。

2.根據權利要求1所述的調度系統，其特征在于：所述制冷裝置為空調。

3.根據權利要求2所述的調度系統，其特征在于：所述遠程集中控制器包括第一遠程控集中制器和第二遠程控集中制器，第一遠程集中控制器采集供給側設備的信息，第二遠程集中控制器采集用戶側設備的信息。

4.根據權利要求3所述的調度系統，其特征在于：所述檢測和控制設備還包括：檢測所述耗電裝置耗電量的電表；控制所述制冷裝置的制冷量的遙控開關(117)；用于檢測所述風機盤管(110)冷水消耗的數據的消耗計量表(111)；控制風機盤管(110)的水流閥門遙控開關(116)；水源熱泵的控制執行裝置(118)。

5.根據權利要求4所述的一種調度系統，其特征在于，所述綜合調度控制裝置(115)包括：

接收用戶非制冷耗電數據、用戶冷水消耗數據、用戶管道距離信息、水源熱泵的冷水出力量和耗電量、太陽能發電機組的發電出力量的第一數據接收單元(201)；

將接收到的所有數據進行解碼的數據解碼器單元(202)；

對解碼后的所有數據進行存儲的數據存儲器單元(203)；

生成調度控制信號的調度控制信號計算單元(204)；

將所述調度控制信號進行編碼的信號編碼器(205)；及

將編碼后的調度控制信號傳遞給第一遠程集中控制器(1121)、第二遠程集中控制器(1122)的發送單元(206)。

6.根據上述權利要求任一項所述的調度系統，其特征在于，所述控制執行裝置(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水源熱泵調度控制指令，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。

7.根據權利要求6所述的調度系統，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。

8.根據權利要求7所述的調度系統，其特征在于，第二遠程集中控制器包括依次連接的空調電表脈沖計數器、冷水流量脈沖計數器、編碼存儲器，及相互連接的控制信號接收解碼器和遙控信號發生器。

9.一種根據權利要求1-8任一項所述的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：

a)水源熱泵的耗電量P_WSHP和恒定制冷出力功率即額定功率H_WSHP；

b)0～M號太陽能發電機組以前各時段的發電出力j＝0～M；

(2)測量用戶側：(i＝0～N)；

a)0～N個用戶距機組的管道距離S_i；

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冷水消耗功率H_i(t)；

c)0～N個用戶以前各時段的空調的裝機容量

ii計算

(1)計算太陽能發電機組以前總出力

(2)根據(1)中計算出的預測未來一段時間T～2T的太陽能出力功率P_PV(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為水流在管道中的流速，ΔT為單位調節時間即上述采樣周期；

(4)對(3)中分得的L組，分別求出：

H_load(l)＝∑H_i(t，l)；H_i(t，l)為第l組用戶i在t時刻的冷水消耗功率；

為第l組用戶i的空調的裝機容量；

iii.控制計算

(1)目標函數

Δp=Σt=T2T(pPV(t)-pPVneed)2/(T+1)---(1)]]>

p_PV(t)為調節后的等效太陽能發電出力，為太陽能發電出力的目標值；其中：

p_PV(t)＝P_PV(t)+(P_WSHP-p_WSHP(t))-p_EHPs(t)；(2)

其中，p_WSHP(t)是調節后的水源熱泵的耗電量，p_EHPs(t)是t時所有用戶耗電功率；

(2)約束方程

a)冷負荷平衡方程

空調用電制冷代替水源熱泵冷水供應不足是方法的核心，如果Δh(t)表示第t時段制冷不足的功率，則，其表達式為：

Δh(t)＝|H_WSHP-h_WSHP(t)|????(3)

其中，h_WSHP(t)是調節后水源熱泵的冷出力功率；

第t時段水流供給不足將由0～L用戶組的空調分別在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)---(4)]]>

h_EHP(t+l，l)為t+l時刻第l組用戶空調的制冷功率之和；h_EHP(t，l)為t時刻第l組用戶空調的制冷功率之和；

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，水流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：

冷出力限制：

0≤h_WSHP(t)≤H_WSHP????(5)

水源熱泵熱電比約束：

h_WSHP(t)＝COP_WSHP·p_WSHP(t)????(6)

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

c)用戶側空調約束

熱電比約束：

h_EHP(t，l)＝COP·p_EHP(t，l)????(7)

空調出力上限：

0≤p_EHP(t，l)≤min(P_EHP(l)，H_load(l)/COP)????(8)

其中，COP分散式空調熱電比系數；

最后空調耗電制冷既可以補償冷水制冷的不足，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制冷耗電量之和：

pEHPs(t)=Σl=0LpEHP(t,l)---(9)]]>

其中p_EHP(t，l)是t時第l組用戶空調的耗電功率；

將步驟i中的P_WSHP，H_WSHP；步驟ii中計算變量P_PV(t)，H_load(l)，P_EHP(l)代入公式(1)～(9)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：水源熱泵的耗電功率P_WSHP(t)和冷出力h_WSHP(t)、用戶不同時刻空調耗電量p_EHP(t，l)和制冷量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：

根據水源熱泵的耗電功率p_WSHP(t)或冷出力h_WSHP(t)，控制水源熱泵在未來調節時間內各時段的動作；

根據用戶不同時刻空調耗電量p_EHP(t，l)和制冷量h_EHP(t，l)，控制用戶側不同距離用戶使用空調制冷量，以及關閉風機盤管量。