一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統與方法
2023-11-09 05:05:17 1
專利名稱：一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統與方法
技術領域：
本發明涉及城市綜合能源供應系統，尤其涉及一種利用對採暖負荷的調度實現電力系統最優化控制的方法。
背景技術：
現有的電網中包括兩種發電模式一種是單獨由熱電聯產機組發電出力提供電能，另一種是單獨由凝汽式火電機組發電出力提供電能。這兩種發電機組各自獨立運行。其中熱電聯產機組為終端用戶供應電能的同時提供採暖熱能。而凝汽式火電機組只能提供給終端用戶電能，熱能則需要靠另外的熱能廠來供應。
背壓式熱電聯產機組運行的物理狀態為減少發熱，必須線性減少發電。針對一定的電網總負荷，在滿足一定的採暖負荷的情況下，熱電聯產機組該出力是多少才是節能的呢？
公告號為CN1259834C的中國發明專利揭示了一種雙源供暖空調系統及利用該系統採暖供熱/供冷的方法。該專利解決了將熱電聯產生產的電能與採暖熱能充分利用的問題。
公告號為CN100580327C的中國發明專利揭示了一種熱電聯產供能方法及系統。 該專利將居民採暖用戶劃分為空調器熱泵採暖和散熱器供暖用戶，由熱電聯產機組單獨向上述採暖用戶分別提供電能和採暖熱能供其冬季採暖需要，以提高能源利用。
由此可見，上述兩件專利都只是解決了單獨如何有效利用熱電聯產機組產出的電能和熱能的問題。而並未解決與純凝汽式火電機組配合情況下如何控制熱電聯產機組應該承擔的採暖和發電出力為多少才能夠節能的問題。
背壓式熱電聯產機組產出的採暖熱水，由於輸送距離及熱水流速的限制，送達用戶具有一定的距離，而產出的電力則可以瞬間到達用戶；現有技術中，沒有根據背壓式熱電聯產機組與採暖用戶之間的距離，合理對背壓式熱電聯產機組和燃煤純凝汽式火電機組進行聯合調度控制的系統及方法，使得調度更加的及時、準確，避免浪費能源。發明內容
本發明的目的是建立熱電聯合調度系統及其調度方法，使得該系統根據背壓式熱電聯產機組與採暖用戶之間的距離，合理對背壓式熱電聯產機組和燃煤純凝汽式火電機組進行聯合調度，以滿足終端用戶的採暖供熱量和非採暖用電量的需求，並減少總能耗達到節能目的。
為了實現上述目的，本發明一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統採用如下技術方案
一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，包括
用於產出電力和採暖熱水的背壓式熱電聯產機組；
用於產出電能的燃煤純凝汽式火電機組；
通過電力電纜與所述背壓式熱電聯產機組和燃煤純凝汽式火電機組並聯的空調器熱泵，所述空調器熱泵由所述背壓式熱電聯產機組和燃煤純凝汽式火電機組產生的電能驅動而產生採暖熱能；
控制空調器熱泵的空調器熱泵遙控開關；
採集用戶非採暖用電的電錶；
通過供熱管道與所述背壓式熱電聯產機組相連接的熱水式採暖散熱器，所述背壓式熱電聯產機組生產的熱水流入所述熱水式採暖散熱器中產生採暖熱能；
熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表，用於檢測所述熱水式採暖散熱器熱水消耗的數據；
控制熱水式採暖散熱器的熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關；
第一遠程集中控制器，採集背壓式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量，發電出力電量；並將採集的背壓式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量，發電出力電量傳送給綜合調度控制裝置；
第二遠程集中控制器，其記載熱水式採暖散熱器與背壓式熱電聯產機組之間的管道距離信息；第二遠程集中控制器採集熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表檢測的熱水消耗數據，採集用戶的非採暖用電，然後將管道距離信息、用戶的非採暖用電、熱水消耗數據傳送給綜合調度控制裝置；
第三遠程集中控制器，採集燃煤純凝汽式火電機組的發電出力電量；並將採集的燃煤純凝汽式火電機組的發電出力電量傳送給綜合調度控制裝置；
綜合調度控制裝置，由背壓式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量、背壓式熱電聯產機組的發電出力電量、燃煤純凝汽式火電機組的發電出力電量、用戶的熱水式採暖散熱器的管道距離信息、用戶的非採暖用電數據和用戶的熱水消耗數據，生成調度控制信號；
第一遠程集中控制器接收綜合調度控制裝置所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號控制背壓式熱電聯產機組的燃煤熱電聯產機組控制執行裝置動作；
第二遠程集中控制器接收綜合調度控制裝置所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號分別驅動空調器熱泵遙控開關、熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關執行動作；
第三遠程集中控制器接收綜合調度控制裝置所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號控制燃煤純凝汽式火電機組的燃煤純凝汽式火電機組控制執行裝置動作。
綜合調度控制裝置分別用於計算得到背壓式熱電聯產機組在每個時刻的供暖出力熱水流量和發電出力電量的調度控制信號；計算得到燃煤純凝汽式火電機組在每個時刻的發電出力電量的調度控制信號；計算得到終端用戶處的空調器熱泵在每個時刻的採暖電力消耗量的調度控制信號；計算得到終端用戶處在每個時刻的熱水式採暖散熱器消耗採暖熱水數量的調度控制信號；
所述熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關，通過第二遠程集中控制器以遙控方式與所述綜合調度控制裝置耦合；
空調器熱泵遙控開關，通過第二遠程集中控制器以遙控方式與所述綜合調度控制裝置耦合；
背壓式熱電聯產機組控制執行裝置，通過第一遠程集中控制器以遙控方式與所述綜合調度控制裝置耦合；所述背壓式熱電聯產機組控制執行裝置根據獲得的調度控制信號，控制與其連接的閥門動作。
所述綜合調度控制裝置包括接收用戶非採暖耗電數據、用戶熱水消耗數據、用戶管道距離信息、背壓式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量、背壓式熱電聯產機組的發電出力電量和燃煤純凝汽式火電機組的發電出力電量的第一數據接收單元；將接收到的所有數據進行解碼的數據解碼器單元；對解碼後的所有數據進行存儲的數據存儲器單元；生成調度控制信號的調度控制信號計算單元；將所述調度控制信號進行編碼的信號編碼器；及將編碼後的調度控制信號傳遞給第一遠程集中控制器、第二遠程集中控制器、第三遠程集中控制器的發送單元。
所述背壓式熱電聯產機組控制執行裝置包括調度控制信號收發編碼存儲器、驅動電路及機械齒輪控制裝置，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後生成背壓式熱電聯產機組調度控制指令，經過驅動電路輸出的電力拖動信號觸發機械齒輪控制裝置，機械齒輪控制裝置再控制背壓式熱電聯產機組的閥門動作。
所述燃煤純凝汽式火電機組控制執行裝置包括調度控制信號收發編碼存儲器、驅動電路及機械齒輪控制裝置，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後生成燃煤純凝汽式火電機組調度控制指令，經過驅動電路輸出的電力拖動信號觸發機械齒輪控制裝置，機械齒輪控制裝置再控制燃煤純凝汽式火電機組的燃煤進料閥門動作及發電蒸汽流量閥門動作。
綜合調度控制裝置通過電力光纖與雲計算計算服務系統連接，並驅動雲計算計算服務系統計算，以獲得調度控制信號；綜合調度控制裝置通過電力光纖接收雲計算計算服務系統計算獲得的調度控制信號，然後經由電力電纜或無線傳輸方式發布該調度控制信號給第一遠程集中控制器、第二遠程集中控制器、第三遠程集中控制器。
所述第二遠程集中控制器包括非採暖電錶脈衝計數器、採暖熱水流量脈衝計數器、脈衝信號編碼轉換器、計量信號放大發射器，及相互連接的控制信號接收解碼器和控制信號遙控發射器；
非採暖電錶脈衝計數器連接用戶非採暖電錶，用於檢測用戶非採暖耗電數據，用戶非採暖耗電數據經過脈衝信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理後傳送至綜合調度控制裝置；
採暖熱水流量脈衝計數器連接熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表，用於檢測熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表的採暖流量數據，採暖熱水流量脈衝計數器檢測得到的採暖流量數據經過脈衝信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理後和熱水式採暖散熱器與背壓式熱電聯產機組之間的管道距離信息傳送至綜合調度控制裝置；
控制信號接收解碼器，接收綜合調度控制裝置發出的調度控制信息並進行解碼， 然後通過控制信號遙控發射器將控制信號發送給空調器熱泵遙控開關、熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關執行動作。
所述第二遠程集中控制器還用於採集用戶輸入的熱慣性時間數據，並將該數據傳送給綜合調度控制裝置。
一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統的調度方法包括以下步驟
本發明熱電聯合調度系統的調度方法包括以下步驟
1)、測量10
1.1)、測量供給側
第一遠程集中控制器採集0 TX ΔΤ時間段背壓式熱電聯產機組的發電出力 Pchp(t)和熱出力HCHP(t)；採樣周期為Δ T ;T為採集的次數，T為自然數；
第三遠程集中控制器採集0 TX ΔΤ時間段燃煤純凝汽式火電機組的發電出力電量 P。 (t)；
1. 2)、測量用戶側i = 0 N，N為用戶個數；每個用戶均具有空調器熱泵和熱水式採暖散熱器；
1.2. 1)、第二遠程集中控制器採集N個用戶距熱源背壓式熱電聯產機組(A)的管道距離Si ；
1. 2. 2)、第二遠程集中控制器採集0 TX Δ T時間段N個用戶非採暖耗電量 Pi (t)，採樣頻率為ΔΤ；
1. 2. 3)、第二遠程集中控制器採集0 TX Δ T時間段N個用戶的熱水式採暖散熱器的耗熱量Hi (t)，採樣頻率為Δ T ；
1. 2. 4)、第二遠程集中控制器採集N個用戶的空調器熱泵裝機容量if ；
1. 2. 5)、第二遠程集中控制器採集N個用戶輸入的熱慣性時間Ti ；
2)、計算
2. 1)、綜合調度控制裝置(115)計算所有用戶各時段總的用電量N
Psum(t) = YjPiQ)-,i=0
2.2)、根據步驟2. 1)中計算出的各時段總用電量P_(t)，利用統計分析方法，預測未來一段時間段的電力負荷？1(^(0 ；根據步驟1)採集的背壓式熱電聯產機組(A)的熱出力HCHP(t)，預測未來一段時間的背壓式熱電聯產機組㈧的熱出力HCHP(t)；^ + T
2.3)、用戶分組計算每個用戶到熱源的等效距離:*_ ν 做取整運算，使1 AT，、=[<]，將相同的Si的用戶分為同一組，Si = 1，總計為L組，L為自然數；ν為熱水在管道中的流速；
2. 4)、對步驟2. 3)中分得的L個組，分別求出各組所有用戶的總採暖負荷Hltjad(I) 和熱泵容量Pehp⑴；
Hload(I) =Σ Hi (t, 1) (t, 1)為第1組用戶i在t時刻的採暖負荷；
Pehp(I) = Σ^ehp(Z) ；€εηρ(/)為第 1 組用戶 i 的熱泵容量；
3)、控制計算
3.1)、目標函數:
目標函數總能耗f為
/=Zchp ^chpp+/CON+/coT⑴
fCHP為熱電聯產功率能耗，單位為MWH ；/品7為熱電聯產爬坡能耗，單位為MWH ；fC0N 為純凝汽火電機組功率能耗，單位為MWH ；Zc=為純凝汽火電機組爬坡能耗，單位為MWH ；
其中
a)、熱電聯產機組功率能耗
權利要求
1.一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，其特徵在於，包括 用於產出電力和採暖熱水的背壓式熱電聯產機組(A)；用於產出電能的燃煤純凝汽式火電機組(B)；通過電力電纜(11 與所述背壓式熱電聯產機組(A)和燃煤純凝汽式火電機組(B)並聯的空調器熱泵(108)，所述空調器熱泵(108)由所述背壓式熱電聯產機組(A)和燃煤純凝汽式火電機組(B)產生的電能驅動而產生採暖熱能；控制空調器熱泵(108)的空調器熱泵遙控開關(117)； 採集用戶非採暖用電的電錶；通過供熱管道(114)與所述背壓式熱電聯產機組(A)相連接的熱水式採暖散熱器 (110)，所述背壓式熱電聯產機組(A)生產的熱水流入所述熱水式採暖散熱器(110)中產生採暖熱能；熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表(111)，用於檢測所述熱水式採暖散熱器(110)熱水消耗的數據；控制熱水式採暖散熱器(110)的熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關(116)； 第一遠程集中控制器(1121)，採集背壓式熱電聯產機組(A)的供暖出力熱水流量，發電出力電量；並將採集的背壓式熱電聯產機組(A)的供暖出力熱水流量，發電出力電量傳送給綜合調度控制裝置(115)；第二遠程集中控制器(1122)，其記載熱水式採暖散熱器(110)與背壓式熱電聯產機組 (A)之間的管道距離信息；第二遠程集中控制器(112 採集熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表(111)檢測的熱水消耗數據，採集用戶的非採暖用電，然後將管道距離信息、用戶的非採暖用電、熱水消耗數據傳送給綜合調度控制裝置(115)；第三遠程集中控制器(1123)，採集燃煤純凝汽式火電機組(B)的發電出力電量；並將採集的燃煤純凝汽式火電機組(B)的發電出力電量傳送給綜合調度控制裝置(115)；綜合調度控制裝置(115)，由背壓式熱電聯產機組(A)的供暖出力熱水流量、背壓式熱電聯產機組㈧的發電出力電量、燃煤純凝汽式火電機組⑶的發電出力電量、用戶的熱水式採暖散熱器(110)的管道距離信息、用戶的非採暖用電數據和用戶的熱水消耗數據，生成調度控制信號；第一遠程集中控制器(1121)接收綜合調度控制裝置(11 所發出的調度控制信號， 並用該調度控制信號控制背壓式熱電聯產機組(A)的背壓式熱電聯產機組控制執行裝置 (118)動作；第二遠程集中控制器(112 接收綜合調度控制裝置(11 所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號分別驅動空調器熱泵遙控開關(117)、熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關(116)執行動作；第三遠程集中控制器(112 接收綜合調度控制裝置(11 所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號控制燃煤純凝汽式火電機組(B)的燃煤純凝汽式火電機組控制執行裝置(119)動作。
2.根據權利要求1所述的一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，其特徵在於，綜合調度控制裝置(11 分別用於計算得到背壓式熱電聯產機組(A)在每個時刻的供暖出力熱水流量和發電出力電量的調度控制信號；計算得到燃煤純凝汽式火電機組(B)在每個時刻的發電出力電量的調度控制信號；計算得到終端用戶處的空調器熱泵(108)在每個時刻的採暖電力消耗量的調度控制信號；計算得到終端用戶處在每個時刻的熱水式採暖散熱器(110)消耗採暖熱水數量的調度控制信號；所述熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關(116)，通過第二遠程集中控制器(1122)以遙控方式與所述綜合調度控制裝置(11 耦合；空調器熱泵遙控開關(117)，通過第二遠程集中控制器(112 以遙控方式與所述綜合調度控制裝置(11 耦合；背壓式熱電聯產機組控制執行裝置(118)，通過第一遠程集中控制器(1121)以遙控方式與所述綜合調度控制裝置(11 耦合；所述背壓式熱電聯產機組控制執行裝置(118)根據獲得的調度控制信號，控制與其連接的閥門動作。
3.根據權利要求1所述的一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，其特徵在於，所述綜合調度控制裝置(11 包括接收用戶非採暖耗電數據、用戶熱水消耗數據、用戶管道距離信息、背壓式熱電聯產機組(A)的供暖出力熱水流量、背壓式熱電聯產機組(A)的發電出力電量和燃煤純凝汽式火電機組(B)的發電出力電量的第一數據接收單元O01)； 將接收到的所有數據進行解碼的數據解碼器單元O02)； 對解碼後的所有數據進行存儲的數據存儲器單元O03)； 生成調度控制信號的調度控制信號計算單元O04)； 將所述調度控制信號進行編碼的信號編碼器O05)；及將編碼後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)、第三遠程集中控制器(1123)的發送單元(206)。
4.根據權利要求1所述的一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，其特徵在於，所述背壓式熱電聯產機組控制執行裝置(118)包括調度控制信號收發編碼存儲器 (302)、驅動電路(30 及機械齒輪控制裝置(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後生成背壓式熱電聯產機組調度控制指令，經過驅動電路輸出的電力拖動信號觸發機械齒輪控制裝置，機械齒輪控制裝置再控制背壓式熱電聯產機組的閥門動作。
5.根據權利要求1所述的一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，其特徵在於，所述燃煤純凝汽式火電機組控制執行裝置(119)包括調度控制信號收發編碼存儲器 002)、驅動電路(40 及機械齒輪控制裝置004)，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後生成燃煤純凝汽式火電機組調度控制指令，經過驅動電路輸出的電力拖動信號觸發機械齒輪控制裝置，機械齒輪控制裝置再控制燃煤純凝汽式火電機組的燃煤進料閥門動作及發電蒸汽流量閥門動作。
6.根據權利要求1所述的一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，其特徵在於，綜合調度控制裝置(115)通過電力光纖(120)與雲計算計算服務系統(917)連接，並驅動雲計算計算服務系統(917)計算，以獲得調度控制信號；綜合調度控制裝置(11 通過電力光纖(120)接收雲計算計算服務系統(917)計算獲得的調度控制信號，然後經由電力電纜或無線傳輸方式發布該調度控制信號給第一遠程集中控制器、第二遠程集中控制器、第三遠程集中控制器。
7.根據權利要求1所述的一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，其特徵在於，所述第二遠程集中控制器包括非採暖電錶脈衝計數器、採暖熱水流量脈衝計數器、脈衝信號編碼轉換器、計量信號放大發射器，及相互連接的控制信號接收解碼器和控制信號遙控發射器；非採暖電錶脈衝計數器連接用戶非採暖電錶，用於檢測用戶非採暖耗電數據，用戶非採暖耗電數據經過脈衝信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理後傳送至綜合調度控制裝置(115)；採暖熱水流量脈衝計數器連接熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表(111)，用於檢測熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表(111)的採暖流量數據，採暖熱水流量脈衝計數器檢測得到的採暖流量數據經過脈衝信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理後和熱水式採暖散熱器(110)與背壓式熱電聯產機組(A)之間的管道距離信息傳送至綜合調度控制裝置 (115)；控制信號接收解碼器，接收綜合調度控制裝置(11 發出的調度控制信息並進行解碼，然後通過控制信號遙控發射器將控制信號發送給空調器熱泵遙控開關(117)、熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關(116)執行動作。
8.根據權利要求1所述的一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統，其特徵在於，所述第二遠程集中控制器(1122)還用於採集用戶輸入的熱慣性時間數據，並將該數據傳送給綜合調度控制裝置(115)。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統的調度方法，其特徵在於，包括以下步驟1)、測量:.1.1)、測量供給側第一遠程集中控制器(1121)採集0 TX Δ T時間段背壓式熱電聯產機組(A)的發電出力PCHP(t)和熱出力HCHP(t)；採樣周期為ΔΤ;Τ為採集的次數，T為自然數；第三遠程集中控制器(112 採集0 TX Δ T時間段燃煤純凝汽式火電機組(B)的發電出力電量Pcw (t)；.1. 2)、測量用戶側i = 0 N，N為用戶個數；每個用戶均具有空調器熱泵(108)和熱水式採暖散熱器(110)；.1.2. 1)、第二遠程集中控制器(112 採集N個用戶距熱源背壓式熱電聯產機組(A)的管道距離Si ；.1. 2. 2)、第二遠程集中控制器(1122)採集0 TX Δ T時間段N個用戶非採暖耗電量 Pi (t)，採樣頻率為ΔΤ；.1. 2. 3)、第二遠程集中控制器(1122)採集0 TX Δ T時間段N個用戶的熱水式採暖散熱器(110)的耗熱量Hi (t)，採樣頻率為ΔΤ;.1.2. 4)、第二遠程集中控制器(1122)採集N個用戶的空調器熱泵(108)裝機容量if ；.1.2. 5)、第二遠程集中控制器(1122)採集N個用戶輸入的熱慣性時間Ti ；.2)、計算.2.1)、綜合調度控制裝置(115)計算所有用戶各時段總的用電量
全文摘要
本發明提供一種背壓式熱電聯產與純凝汽火電聯合調度系統與方法，包括熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵、電能表、散熱器、耗熱計量表及採集所述電能表檢測的耗電數據及耗熱計量表檢測的採暖耗熱數據的第二遠程集中控制器、通過第一～三遠程集中控制器控制所述熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵及散熱器運行的調度控制裝置。本發明通過採集用戶至熱源的管道距離，利用該管道距離合理將原本獨立運行的凝氣式火電機組和熱電聯產機組進行聯合調度，有效的減少熱電聯產機組與純凝氣式火電機組的總能源消耗，避免浪費燃料資源，同時使得調度更加的及時、準確。
文檔編號F01D21/00GK102510097SQ20111032394
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月23日 優先權日2011年10月23日
發明者吳鍇, 楊玉龍, 龍虹毓 申請人:西安交通大學