CN102437645B - 热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统与方法，通过燃煤抽汽凝汽式热电联产机组与采暖负荷的联合控制，调节风电的等效发电与系统实际需求趋于一致，减小并网的压力；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风力发电机组联合提供，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，根据用电负荷的变化与风力发电配合来调节，使得调节后的风力等效电力与实际需要的风力处理相差最小。

Description

热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统与方法

技术领域

本发明涉及城市综合能源供应系统，尤其涉及一种利用对采暖负荷的调度实现电力系统最优化控制的方法。

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。但以风电为例，风电在提供清洁低碳能源的同时，风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。传统的调度问题是基于准确的负荷预测进行的。而风能受到气候、海拔、地形以及温度等多种自然因素的影响具有间歇性和随机波动性，风速及风功率预测的难度较负荷预测要大得多。虽然目前国内外学者们己经对风能预测做了大量的相关研究工作，但是风电场出力的预测水平在很大程度上仍然无法满足工程实际的要求，这给电力系统的调度工作带来了相当大的困难。

发明内容

本发明解决的目的在于提供热电联产机组与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统与方法，通过对热能、电能的综合调控，实现风力等效发电出力与目标需求一致，提高风力发电的有效利用。

为了实现上述目的，本发明一种热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统采用如下技术方案：

一种热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统，包括：

用于产出电力和采暖热水的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组；

用于产出电能的风力发电机组；

通过电力电缆与所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组和风力发电机组并联的空调器热泵，所述空调器热泵由所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组和风力发电机组产生的电能驱动而产生采暖热能；

控制空调器热泵的空调器热泵遥控开关；

采集用户非采暖用电的电表；

通过供热管道与所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组相连接的热水式采暖散热器，所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组生产的热水流入所述热水式采暖散热器中产生采暖热能；

热水式采暖散热器热水消耗计量表，用于检测所述热水式采暖散热器热水消耗的数据；

控制热水式采暖散热器的热水式采暖散热器流水阀门遥控开关；

第一远程集中控制器，采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的供暖出力热水流量，发电出力电量；并将采集的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的供暖出力热水流量，发电出力电量传送给综合调度控制装置；

第二远程集中控制器，其记载热水式采暖散热器与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组之间的管道距离信息；第二远程集中控制器采集热水式采暖散热器热水消耗计量表检测的热水消耗数据，采集用户的非采暖用电，然后将管道距离信息、用户的非采暖用电、热水消耗数据传送给综合调度控制装置；

第三远程集中控制器，采集风力发电机组的发电出力电量；并将采集的风力发电机组的发电出力电量传送给综合调度控制装置；

综合调度控制装置，由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的供暖出力热水流量、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力电量、风力发电机组的发电出力电量、用户的热水式采暖散热器的管道距离信息、用户的非采暖用电数据和用户的热水消耗数据，生成调度控制信号；

第一远程集中控制器接收综合调度控制装置所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组控制执行装置动作；

第二远程集中控制器接收综合调度控制装置所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号分别驱动空调器热泵遥控开关、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关执行动作。

综合调度控制装置分别用于：计算得到燃煤抽汽凝汽式热电联产机组在每个时刻的供暖出力热水流量和发电出力电量的调度控制信号；计算得到终端用户处的空调器热泵在每个时刻的采暖电力消耗量的调度控制信号；计算得到终端用户处在每个时刻的热水式采暖散热器消耗采暖热水数量的调度控制信号；

所述热水式采暖散热器流水阀门遥控开关，通过第二远程集中控制器以遥控方式与所述综合调度控制装置耦合；

空调器热泵遥控开关，通过第二远程集中控制器以遥控方式与所述综合调度控制装置耦合；

燃煤抽汽凝汽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所述综合调度控制装置耦合；所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组控制执行装置根据获得的调度控制信号，控制与其连接的燃煤进料阀门、锅炉蒸汽进汽阀门、采暖蒸汽抽汽阀门及发电蒸汽流量阀门动作。

所述综合调度控制装置包括：

接收用户非采暖耗电数据、用户热水消耗数据、用户管道距离信息、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的供暖出力热水流量、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力电量和风力发电机组的发电出力电量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、第二远程集中控制器的发送单元。

所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组控制执行装置包括调度控制信号收发编码存储器、驱动电路及机械齿轮控制装置，所述调度控制信号经调度控制信号收发编码存储器解码以后生成燃煤抽汽凝汽式热电联产机组调度控制指令，经过驱动电路输出的电力拖动信号触发机械齿轮控制装置，机械齿轮控制装置再控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的燃煤进料阀门动作、采暖蒸汽抽汽阀门动作及发电蒸汽流量阀门动作。

综合调度控制装置通过电力光纤与云计算计算服务系统连接，并驱动云计算计算服务系统计算，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计算服务系统计算获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式发布该调度控制信号给第一远程集中控制器、第二远程集中控制器。

所述第二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控制信号遥控发射器；

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，用于检测热水式采暖散热器热水消耗计量表的采暖流量数据，采暖热水流量脉冲计数器检测得到的采暖流量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和热水式采暖散热器与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组之间的管道距离信息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空调器热泵遥控开关、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关执行动作。

所述第二远程集中控制器还用于采集用户输入的热惯性时间数据，并将该数据传送给综合调度控制装置。

一种热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统的调度方法，包括以下步骤：

在0～T×ΔT时间段内，ΔT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燃煤抽汽凝汽式热电联产机组、风力发电机组的产能信息，预测出未来T～2T×ΔT的产能信息，再结合0～T×ΔT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，减少燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的供暖出力热水流量，减少热水流量导致燃煤抽汽凝汽式热电联产机组发电出力减少由风力发电来补偿，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，并考虑燃煤抽汽凝汽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～2T×ΔT时间段，综合调度控制装置以ΔT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燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的供暖出力热水流量和发电出力电量，第二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。

一种热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统的调度方法，包括以下步骤：

1)、测量：

1.1)、测量供给侧：

第一远程集中控制器采集0～T×ΔT时间段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力P_CHP(t)和热出力H_CHP(t)；采样周期为ΔT；T为采集的次数，T为自然数；

第三远程集中控制器采集0～M号风力发电机在0～T×ΔT时间段的发电出力

并发送到综合调度控制装置；

1.2)、测量用户侧：i＝0～N，N为用户个数；每个用户均具有空调器热泵和热水式采暖散热器；

1.2.1)、第二远程集中控制器采集N个用户距热源燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的管道距离S_i；

1.2.2)、第二远程集中控制器采集0～T×ΔT时间段N个用户非采暖耗电量P_i(t)，采样频率为ΔT；

1.2.3)、第二远程集中控制器采集0～T×ΔT时间段N个用户的热水式采暖散热器的耗热量H_i(t)，采样频率为ΔT；

1.2.4)、第二远程集中控制器采集N个用户的空调器热泵装机容量

1.2.5)、第二远程集中控制器采集N个用户输入的热惯性时间T_i；

2)计算以下变量：

2.1)计算风力发电机在0～T×ΔT时间段的总出力

然后根据总出力

利用统计分析方法，预测T～2T×ΔT时间段的风力发电机总出力P_wind(t)；

由采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组在0～T×ΔT时间段的热出力H_CHP(t)，预测出T～2T×ΔT时间段的热出力H_CHP(t)；由采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组在0～T×ΔT时间段的发电出力P_CHP(t)，预测出T～2T×ΔT时间段的发电出力P_CHP(t)；

2.2)计算每个用户到燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的等效距离

v为热水在管道中的流速；并对将计算结果做取整运算

将相同s_i的用户分为同一组，计为第l组，s_i＝l；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H_load(l)和热泵容量P_EHP(l)；

H_load(l)＝∑H_i(t，l)，H_i(t，l)为第l组用户i在t时刻的采暖负荷；

为第l组用户i的热泵容量；

3)控制计算：

3.1)目标函数为：

$\mathrm{\Δp}=\sqrt{\underset{t=T}{\overset{2T}{\mathrm{\Σ}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-P_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{need}})}^2/(T+1)}---\left(1\right)$

其中p_wind(t)为调节后t时段的等效风电总出力，

为系统需要的风电出力；

p_wind(t)＝P_wind(t)+(p_CHP(t)-P_CHP(t))-p_EHPs(t)；            (2)

其中，p_CHP(t)为调节后t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力，p_EHPs(t)为t时所有用户空调器热泵耗电功率；P_wind(t)为步骤2.1)预测出t时段的风力发电机总出力；P_CHP(t)为步骤2.1)预测出t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力；

3.2)约束条件

3.2.1)热负荷平衡方程

减少热水出力，在供给侧供暖不足的功率为Δh(t)，其表达式如下：

Δh(t)＝H_CHP(t)-h_CHP(t)；                                    (3)

其中H_CHP(t)为预测出t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力，h_CHP(t)为调节后t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力；

考虑到热水在管道流入用户的时间和热惯性时间，用户使用热泵所需要的补偿Δh(t)表示为：

$\mathrm{\Δh}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{EHP}}(t+l,l);(T\≤t+l\≤2T)---\left(4\right)$

h_EHP(t+l，l)为t+l时刻第l组用户热泵的供暖功率之和；

3.2.2)、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组约束：

发电出力下限：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\min }\left(t\right)=l_{\mathrm{CHP}}^{\min }\·h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)+n_{\mathrm{CHP}}^{\min }---\left(5\right)$

发电出力上限：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)=l_{\mathrm{CHP}}^{\max }\·h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)+n_{\mathrm{CHP}}^{\max }---\left(6\right)$

发电出力限制：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\min }\left(t\right)<p_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)\&le;p_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)---\left(7\right)$

供暖出力约束：

$5\&le;h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)\&le;h_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)---\left(8\right)$

其中

为热电机组工况曲线参数；

为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的电出力的下限；

为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的电出力的上限；

为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力上限；

3.2.3)用户侧热泵约束条件

热电比约束：

h_EHP(t，l)＝COP_EHP·p_EHP(t，l)                                (9)

热泵出力上限：

0≤p_EHP(t，l)≤min(P_EHP(l)，H_load(l)/COP_EHP)                  (10)

其中，P_EHP(l)为第l组用户的热泵容量之和，单位为MW；H_load(l)为第l组用户的采暖负荷，单位为MW；COP_EHP为热泵性能系数；p_EHP(t，l)为第l组用户的空调器耗电量之和，单位为MW；

各时段所有用户组的空调热泵耗电量之和：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)---\left(11\right)$

将步骤1)中直接采集变量P_CHP(t)，

步骤2)中计算变量P_wind(t)，H_CHP(t)，P_CHP(t)，H_load(l)，P_EHP(l)代入公式1～11中并进行联合求解，以获取目标函数最小值为结果，由目标函数(1)和约束条件(2～11)组成优化问题进行迭代求解，求得优化后所得执行变量燃煤抽汽凝汽式热电联产机组发电出力p_CHP(t)、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组热出力h_CHP(t)、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t，l)和供暖功率h_EHP(t，l)；

4)综合调度控制装置发送控制信号给到供给侧和用户执行动作：

综合调度控制装置根据步骤3)的优化后所得执行变量，将变量信号发送至供给侧的第一远程集中控制器和用户的第二远程集中控制器，具体执行如下动作：

A、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组发电出力p_CHP(t)和热出力h_CHP(t)信号，控制热电联产在未来调节时间内各时段的动作；

B、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t，l)和供热量h_EHP(t，l)，控制用户侧不同距离用户使用热泵供暖量，以及关闭散热器量。

现对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组与风电出力供热调度系统及其调度方法，通过燃煤抽汽凝汽式热电联产机组与制热负荷的联合控制，调节风电的等效发电与系统实际需求趋于一致，减小并网的压力；

对于制热负荷：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风力发电机组联合提供，通过综合调度控制装置在检测一段历史时间的供能和用户的耗能情况后，利用“多元回归”统计分析方法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；

同时，燃煤抽汽凝汽式热电联产机组减少供暖出力热水流量，其发电出力即可以增加，也可以减小，根据用电负荷的变化与风力发电配合来调节，使得调节后的风力等效电力与实际需要的风力处理相差最小；

这样风力发电、热电联产综合起来，根据风力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，基于实时检测和预测连续性调控方式，以相等的检测周期和调节周期，从而实现风力发电等效的在用户侧的出力与系统所需要的风电出力相匹配。

而且，本发明还考虑到了两种不同的供热方式的差异性：热水在管道输送的延时性，电力补偿供热的瞬时性，以及用户的热惯性时间(用户可接受的停止供暖时间)；这样在电力补偿时就需要对用户到热源的不同管道距离区分对待，在用户补偿供热时就是考虑供热时间差异的补偿，充分的考虑到供给侧和用户侧的能量变化，既有利用风力发电的平滑输出，又兼顾到了用户的实际需求和能源的有效利用。

附图说明

图1为燃煤抽汽凝汽式热电联产机组与风电出力供热调度系统的连接示意图；

图2为第二远程集中控制器的结构示意图；

图3为热电联产机组执行装置的结构示意图；

图4为综合调度控制装置的结构示意图；

图5为综合调度控制装置与云计算计算服务系统构成的控制信号生成单元的结构示意图；

图6a～图6c分别为实际风电出力变化曲线、目标所需要的等效风电出力变化曲线、调节后的等效风电出力曲线；其中横坐标为时间(min)，纵坐标为风电功率(MW)。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

请参照图1至图5所示，本发明一种热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统包括：

用于产出电力和采暖热水的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A；

用于产出电能的风力发电机组B；

通过电力电缆113与所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A和风力发电机组B并联的空调器热泵108，所述空调器热泵108由所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A和风力发电机组B产生的电能驱动而产生采暖热能；

空调器热泵专用电能表109，用于检测所述空调器热泵108采暖的耗电数据；

控制空调器热泵108的空调器热泵遥控开关117；

采集用户非采暖用电的电表(未图示)；

通过供热管道114与所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A相连接的热水式采暖散热器110，所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A生产的热水流入所述热水式采暖散热器110中产生采暖热能；

热水式采暖散热器热水消耗计量表111，用于检测所述热水式采暖散热器110热水消耗的数据；

控制热水式采暖散热器110的热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116；

第一远程集中控制器1121，采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃料投入量，蒸汽进气量，供暖出力热水流量和发电出力电量；并将采集的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃料投入量，蒸汽进气量，供暖出力热水流量，发电出力电量传送给综合调度控制装置115；

第二远程集中控制器1122，采集所述空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据；记载热水式采暖散热器110与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A之间的管道距离信息；采集热水式采暖散热器热水消耗计量表111检测的热水消耗数据；采集用户输入的热惯性时间数据(热惯性时间即用户可以接受的停止供暖时间)；然后再将空调器热泵的耗电数据、热水式采暖散热器110的管道距离信息、热水消耗数据和热惯性时间数据传送给综合调度控制装置115；

第三远程集中控制器1123，采集风力发电机组B的发电出力电量；并将采集的风力发电机组B的发电出力电量传送给综合调度控制装置115；

综合调度控制装置115，由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的供暖出力热水流量、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的发电出力电量、风力发电机组B的发电出力电量、用户的热水式采暖散热器110的管道距离信息、用户的非采暖用电数据和用户的热水消耗数据和用户输入的热惯性时间，生成调度控制信号；

第一远程集中控制器1121接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃煤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接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号分别驱动空调器热泵遥控开关117、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116执行开关机动作。

符合本发明的一个具体实施例中，燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A，用于产出电力和采暖热水。该燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A包括锅炉104、透平105、热网加热器106、及交流发电机107。其中锅炉104燃烧燃料获得采暖热能加热蒸汽，通过蒸汽管道将饱和热蒸汽送至透平105获得机械能，该机械能驱动交流发电机107发出电能，热电联产机组发电余热被发送至热网加热器106生产采暖用热水。其中，热机采用水蒸汽朗肯循环，或以水蒸气朗肯循环为底层循环的布雷顿-郎肯热力联合循环，其供水温度可在65～80℃的范围内调节。交流发电机107发出的电能通过输电线路113输送给终端用户的空调器热泵108和其他电器(例如照明用电器、电源插座及家用电器等)。终端用户处的空调器热泵108在电能的驱动下可为使用空调器热泵108的终端用户提供采暖供热。热网加热器106生产的采暖用热水通过供热管道114传送给终端用户的散热器110提供采暖供热。燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A设有输入蒸汽量的阀门①、采暖供热出力抽汽量阀门②及发电蒸汽量阀门③。

终端用户处的空调器热泵108通过输电线路113与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A与风力发电机组B并联，可由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A和风力发电机组B产生的电能联合驱动空调器热泵108产生采暖热能，进而为空调用户提供采暖供热。空调器热泵108还包括空调器热泵开关⑤。

电能表109与所述空调器热泵108耦合；空调器热泵遥控开关117连接空调器热泵108，用于控制空调器热泵108的开关。电能表109通过导线与空调器热泵108单独连接，用于检测所述空调器热泵108采暖的耗电数据。散热器110，通过供热管道114与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A相连接，并由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A产出的热水流入所述散热器110中产生采暖热能。热水消耗计量表111，与散热器110相耦合，用于检测散热器110的采暖耗热数据。散热器110设有开关阀门⑥。第二远程集中控制器1122，采集空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据并传送给综合调度控制装置115；采集热水式采暖散热器热水消耗计量表111检测的热水消耗数据，并记载该热水式采暖散热器110与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A之间管道距离信息，然后再将热水消耗数据和管道距离信息传送给综合调度控制装置115。

第二远程集中控制器1122包括空调电表脉冲计数器、非采暖电表脉冲计数器(未图示)、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，控制信号接收解码器和控制信号遥控发射器；空调电表脉冲计数器连接空调器热泵专用电能表109，用于检测空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据，空调电表脉冲计数器检测得到的耗电数据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；

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(即，除空调热泵耗电以外的用户耗电数据)，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，用于检测热水式采暖散热器热水消耗计量表111的采暖流量数据，采暖热水流量脉冲计数器检测得到的采暖流量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和热水式采暖散热器110与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A之间的管道距离信息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115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空调器热泵遥控开关117、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116执行动作。

第一远程集中控制器1121，采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃料投入量，蒸汽进气量，供暖出力热水流量和发电出力电量，并将采集的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃料投入量，蒸汽进气量，供暖出力热水流量，发电出力电量传送给综合调度控制装置115。

请参照图5所示，燃煤热电联产机组控制执行装置118包括调度控制信号收发编码存储器302、驱动电路303及机械齿轮控制装置304，所述调度控制信号经调度控制信号收发编码存储器302解码以后生成燃煤热电联产机组调度控制指令，经过驱动电路303输出的电力拖动信号触发机械齿轮控制装置304，机械齿轮控制装置304再控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的输入蒸汽量阀门①动作、采暖供热出力抽汽量阀门②动作及发电蒸汽量阀门③动作。从而控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃料输入、采暖用途抽汽流量及发电用途蒸汽流量。

综合调度控制装置115包括：

接收用户非采暖耗电数据、用户热水消耗数据、用户管道距离信息、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的供暖出力热水流量、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的发电出力电量和风力发电机组B的发电出力电量的第一数据接收单元201；将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元202；对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元203；生成调度控制信号的调度控制信号计算单元204；将所述调度控制信号进行编码的信号编码器205；及将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器1121、第二远程集中控制器1122的发送单元206。

综合调度控制装置115通过电力光纤120与云计算计算服务系统917连接，并驱动云计算计算服务系统917计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置115通过电力光纤120接收云计算计算服务系统917计算获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式发布该调度控制信号给第一远程集中控制器、第二远程集中控制器。

本发明热电联合调度系统的调度方法包括以下步骤：

1)、测量：

1.1)、测量供给侧：

第一远程集中控制器(1121)采集0～T×ΔT时间段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组(A)的发电出力P_CHP(t)和热出力H_CHP(t)；采样周期为ΔT；T为采集的次数，T为自然数；

第三远程集中控制器(1123)采集0～M号风力发电机在0～T×ΔT时间段的发电出力

并发送到综合调度控制装置；

1.2)、测量用户侧：i＝0～N，N为用户个数；每个用户均具有空调器热泵(108)和热水式采暖散热器(110)；

1.2.1)、第二远程集中控制器(1122)采集N个用户距热源燃煤抽汽凝汽式热电联产机组(A)的管道距离S_i；

1.2.2)、第二远程集中控制器(1122)采集0～T×ΔT时间段N个用户非采暖耗电量P_i(t)，采样频率为ΔT；

1.2.3)、第二远程集中控制器(1122)采集0～T×ΔT时间段N个用户的热水式采暖散热器(110)的耗热量H_i(t)，采样频率为ΔT；

1.2.4)、第二远程集中控制器(1122)采集N个用户的空调器热泵(108)装机容量

1.2.5)、第二远程集中控制器(1122)采集N个用户输入的热惯性时间T_i；

2)、计算

2.1)计算风力发电机在0～T×ΔT时间段的总出力

然后根据总出力

利用已知的SPSS(Statistical Product and Service Solutions)统计分析方法或多元回归统计分析方法，预测(T～2T)×ΔT时间段的风力发电机总出力P_wind(t)；

由采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组在(0～T)×ΔT时间段的热出力H_CHP(t)，预测出(T～2T)×ΔT时间段的热出力H_CHP(t)；由采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组在(0～T)×ΔT时间段的发电出力P_CHP(t)，预测出(T～2T)×ΔT时间段的发电出力P_CHP(t)；

2.2)、用户分组：计算每个用户到热源的等效距离

做取整运算，使将相同的s_i的用户分为同一组，s_i＝l，分为0，，，l，，，L组，计为L组，L为自然数；v为热水在管道中的流速；ΔT为单位调节时间min，即综合调度控制装置发出控制信号的周期，本发明中单位调节时间等于采样周期；

2.3)、对步骤2.2)中分得的L个组，分别求出各组所有用户的总采暖负荷H_load(l)和热泵容量P_EHP(l)；

H_i(t，l)为第l组用户i在t时刻的采暖负荷；

为第l组用户i的热泵容量；

3)、控制计算

3.1)目标函数为：

$\mathrm{\&Delta;p}=\sqrt{\underset{t=T}{\overset{2T}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-P_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{need}})}^2/(T+1)}---\left(1\right)$

其中p_wind(t)为调节后t时段的等效风电总出力，

为系统需要的风电出力；

p_wind(t)＝P_wind(t)+(p_CHP(t)-P_CHP(t))-p_EHPs(t)；                  (2)

其中，p_CHP(t)为调节后t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力，p_EHPs(t)为t时所有用户空调器热泵耗电功率；P_wind(t)为步骤2.1)预测出t时段的风力发电机总出力；P_CHP(t)为步骤2.1)预测出t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力；

3.2)、约束方程

3.2.1)热负荷平衡方程

减少热水出力，在供给侧供暖不足的功率为Δh(t)，其表达式如下：

Δh(t)＝H_CHP(t)-h_CHP(t)；                                (3)

其中H_CHP(t)为预测出t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力，h_CHP(t)为调节后t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力；

第t时段热电联产热水供给不足是由各个用户组使用热泵耗电采暖获得的，由于热水传输的延时性，热水不足的影响也存在延时，而这个延时随着用户组距离的变化而变化。例如，将所有用户分为近似的0，1，..，l，..，L用户组，对于第1用户组，热水流到其的时间为一个单位调度时长，所以热水不足也将会在第t+1时段影响到第1用户组，同理，热水不足将会在第t+l影响到第l用户组。综上所述，第t时段热电联产热水供给不足将由0～L用户组的空调热泵，分别在t～(t+L)时段通过用电来补偿。具体公式为：

$\mathrm{\&Delta;h}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{\mathrm{EHP}}(t+l,l)(T\&le;t+l\&le;2T)---\left(4\right)$

其中：h_EHP(t+l，l)为t+l时刻第l组用户热泵的供暖功率之和，单位为MW；h_EHP(t，l)为t时刻第l组用户热泵的供暖功率之和，单位为MW；

如果式中h_EHP(t，l)可以取0的话，一方面，某些时段并不是所有用户组都参与补偿；另一方面，如果超过了规定的总调度时间，热水供给不足仍未影响到处于远端的用户组，那么这些用户组也将不参与补偿。

3.2.2)、抽凝式热电机组约束：

发电出力下限：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\min }\left(t\right)=l_{\mathrm{CHP}}^{\min }\&CenterDot;h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)+n_{\mathrm{CHP}}^{\min }---\left(5\right)$

发电出力上限：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)=l_{\mathrm{CHP}}^{\max }\&CenterDot;h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)+n_{\mathrm{CHP}}^{\max }---\left(6\right)$

发电出力限制：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\min }\left(t\right)<p_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)\&le;p_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)---\left(7\right)$

供暖出力约束：

$5\&le;h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)\&le;h_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)---\left(8\right)$

其中

为热电机组工况曲线参数，为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的电出力的下限；

为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的电出力的上限；

为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力上限；而为了避免热电联产机组供暖出力为0时，重启耗时，特在公式(13)中限制了供暖出力下限为5MW。

3.2.3)、用户侧热泵约束：

热电比约束：

h_EHP(t，l)＝COP_EHP·p_EHP(t，l)                                    (9)

热泵出力上限：

0≤p_EHP(t，l)≤min(P_EHP(l)，H_load(l)/COP_EHP)                      (10)

其中，P_EHP(l)为第l组用户的热泵容量之和，单位为MW；H_load(l)为第l组用户的采暖负荷，单位为MW；COP_EHP为热泵性能系数；p_EHP(t，l)为第l组用户的空调器耗电量之和，单位为MW；

最后空调热泵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，因此，需要求出各时段所有用户组的空调热泵耗电量之和：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)---\left(11\right)$

将步骤1)中直接采集变量P_CHP(t)，

步骤2)中计算变量P_wind(t)，H_CHP(t)，P_CHP(t)，H_load(l)，P_EHP(l)代入控制计算中，对公式1～11进行联合求解，以获取目标函数最小值为结果，由目标函数(1)和约束条件(2～11)组成优化问题进行迭代求解，求得优化后所得执行变量燃煤抽汽凝汽式热电联产机组发电出力p_CHP(t)、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组热出力h_CHP(t)、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t，l)和供暖功率h_EHP(t，l)；

4)、发送控制信号到供给和用户执行动作：

综合调度控制装置115根据步骤3)的优化后所得执行变量，将变量信号发送至供给侧的第一远程集中控制器1121、用户的第二远程集中控制器1122，执行具体动作，如下：

A、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组发电出力p_CHP(t)和热出力h_CHP(t)信号，控制热电联产在未来调节时间内各时段的动作；

B、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t，l)和供热量h_EHP(t，l)，控制用户侧不同距离用户使用热泵供暖量，以及关闭散热器量。

本发明中步骤1)中t为采集的时间段，t∈0～T；步骤3)、4)中t为调度的时间段，t∈(T+1)～2T。

如图6a～6c所示，图6a所示的实际风电出力变化曲线，6b所示的目标所需要的等效风电出力变化曲线，可以看出两者相差变化非常大；而图6c所示为调节后的等效风电出力曲线，可以看出与6b所示的目标等效风电出力变化曲线基本一致。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (1)

1.一种热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统的调度方法，其特征在于，

所述热电联产与采暖负荷联合控制的风电出力调度系统，包括：

用于产出电力和采暖热水的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）；

用于产出电能的风力发电机组（B）；

通过电力电缆（113）与所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）和风力发电机组（B）并联的空调器热泵（108），所述空调器热泵（108）由所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）和风力发电机组（B）产生的电能驱动而产生采暖热能；

控制空调器热泵（108）的空调器热泵遥控开关（117）；

采集用户非采暖用电的电表；

通过供热管道（114）与所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）相连接的热水式采暖散热器（110），所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）生产的热水流入所述热水式采暖散热器（110）中产生采暖热能；

热水式采暖散热器热水消耗计量表（111）,用于检测所述热水式采暖散热器（110）热水消耗的数据；

控制热水式采暖散热器（110）的热水式采暖散热器流水阀门遥控开关（116）；

第一远程集中控制器（1121），采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）的供暖出力热水流量，发电出力电量；并将采集的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）的供暖出力热水流量，发电出力电量传送给综合调度控制装置（115）；

第二远程集中控制器（1122），其记载热水式采暖散热器（110）与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）之间的管道距离信息；第二远程集中控制器（1122）采集热水式采暖散热器热水消耗计量表（111）检测的热水消耗数据，采集用户的非采暖用电，然后将管道距离信息、用户的非采暖用电、热水消耗数据传送给综合调度控制装置（115）；

第三远程集中控制器（1123），采集风力发电机组（B）的发电出力电量；并将采集的风力发电机组（B）的发电出力电量传送给综合调度控制装置（115）；

综合调度控制装置（115），由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）的供暖出力热水流量、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）的发电出力电量、风力发电机组（B）的发电出力电量、用户的热水式采暖散热器（110）的管道距离信息、用户的非采暖用电数据和用户的热水消耗数据，生成调度控制信号；

第一远程集中控制器（1121）接收综合调度控制装置（115）所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）的燃煤抽汽凝汽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）接收综合调度控制装置（115）所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号分别驱动空调器热泵遥控开关（117）、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关（116）执行动作；

所述调度方法包括以下步骤：

1）、测量：

1.1）、测量供给侧：

第一远程集中控制器（1121）采集0～T×ΔT时间段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）的发电出力P_CHP(t)和热出力H_CHP(t)；ΔT为采样周期；T为采集的次数，T为自然数；

第三远程集中控制器（1123）采集0～M号风力发电机在0～T×ΔT时间段的发电出力

并发送到综合调度控制装置；

1.2）、测量用户侧：i=0～N，N为用户个数；每个用户均具有空调器热泵（108）和热水式采暖散热器（110）；

1.2.1）、第二远程集中控制器（1122）采集N个用户距热源燃煤抽汽凝汽式热电联产机组（A）的管道距离S_i；

1.2.2）、第二远程集中控制器（1122）采集0～T×ΔT时间段N个用户非采暖耗电量P_i(t)；

1.2.3）、第二远程集中控制器（1122）采集0～T×ΔT时间段N个用户的热水式采暖散热器（110）的耗热量H_i(t)；

1.2.4）、第二远程集中控制器（1122）采集N个用户的空调器热泵（108）装机容量

1.2.5）、第二远程集中控制器（1122）采集N个用户输入的热惯性时间T_i；

2）计算以下变量：

2.1）计算风力发电机在0～T×ΔT时间段的总出力

然后根据总出力

利用统计分析方法，预测T～2T×ΔT时间段的风力发电机总出力P_wind(t)；

由采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组在（0～T）×ΔT时间段的热出力H_CHP(t)，预测出（T～2T）×ΔT时间段的热出力H_CHP(t)；由采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组在（0～T）×ΔT时间段的发电出力P_CHP(t)，预测出（T～2T）×ΔT时间段的发电出力P_CHP(t)；

2.2）计算每个用户到燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的等效距离

v为热水在管道中的流速；并对计算结果做取整运算

将相同s_i的用户分为同一组，计为第l组，s_i=l；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Hl_oad(l)和热泵容量P_EHP(l)；

H_load(l)=∑H_i(t,l)，H_i(t,l)为第l组用户i在t时刻的采暖负荷；

为第l组用户i的热泵容量；

3）控制计算：

3.1）目标函数为：

$\mathrm{\&Delta;p}=\sqrt{\underset{t=T}{\overset{2T}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-p_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{need}})}^2/(T+1)}---\left(1\right)$

其中p_wind(t)为调节后t时段的等效风电总出力，为系统需要的风电出力；

p_wind(t)=P_wind(t)+(p_CHP(t)-P_CHP(t))-p_EHPs(t)；                      （2）

其中，p_CHP(t)为调节后t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力，p_EHPs(t)为t时所有用户空调器热泵耗电功率；P_wind(t)为步骤2.1）预测出t时段的风力发电机总出力；P_CHP(t)为步骤2.1）预测出t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的发电出力；

3.2）约束条件

3.2.1）热负荷平衡方程

减少热水出力，在供给侧供暖不足的功率为Δh(t)，其表达式如下：

Δh(t)=H_CHP(t)-h_CHP(t)；                         （3）

其中H_CHP(t)为预测出t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力，h_CHP(t)为调节后t时段的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力；

考虑到热水在管道流入用户的时间和热惯性时间，用户使用热泵所需要的补偿Δh(t)表示为：

$\mathrm{\&Delta;h}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{\mathrm{EHP}}(t+l,l);(T\&le;t+l\&le;2T)---\left(4\right)$

h_EHP(t+l,l)为t+l时刻第l组用户热泵的供暖功率之和；

3.2.2）、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组约束：

发电出力下限：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\min }\left(t\right)=l_{\mathrm{CHP}}^{\min }\&CenterDot;h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)+n_{\mathrm{CHP}}^{\min }---\left(5\right)$

发电出力上限：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)=l_{\mathrm{CHP}}^{\max }\&CenterDot;h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)+n_{\mathrm{CHP}}^{\max }---\left(6\right)$

发电出力限制：

$p_{\mathrm{CHP}}^{\min }\left(t\right)<p_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)\&le;p_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)---\left(7\right)$

供暖出力约束：

$5\&le;h_{\mathrm{CHP}}\left(t\right)\&le;h_{\mathrm{CHP}}^{\max }\left(t\right)---\left(8\right)$

其中

为热电机组工况曲线参数；

为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的电出力的下限；

为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的电出力的上限；

为t时段燃煤抽汽凝汽式热电联产机组的热出力上限；

3.2.3）用户侧热泵约束条件

热电比约束：

h_EHP(t,l)=COP_EHP·p_EHP(t,l)           （9）

热泵出力上限：

0≤p_EHP(t,l)≤min(P_EHP(l),H_load(l)/COP_EHP)           （10）

其中，P_EHP(l)为第l组用户的热泵容量之和，单位为MW；H_load(l)为第l组用户的采暖负荷，单位为MW；COP_EHP为热泵性能系数；p_EHP(t,l)为第l组用户的空调器耗电量之和，单位为MW；

各时段所有用户组的空调热泵耗电量之和：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)---\left(11\right)$

将步骤1）中直接采集变量P_CHP(t)，步骤2）中计算变量P_wind(t)，H_CHP(t)，P_CHP(t)，H_load(l)，P_EHP(l)代入公式1～11中并进行联合求解，以获取目标函数最小值为结果，由目标函数（1）和约束条件（3）～（11）组成优化问题进行迭代求解，求得优化后所得执行变量燃煤抽汽凝汽式热电联产机组发电出力p_CHP(t)、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组热出力h_CHP(t)、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供暖功率h_EHP(t,l)；

4）综合调度控制装置发送控制信号给到供给侧和用户执行动作：

综合调度控制装置（115）根据步骤3）的优化后所得执行变量，将变量信号发送至供给侧的第一远程集中控制器（1121）和用户的第二远程集中控制器（1122），具体执行如下动作：

A、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组发电出力p_CHP(t)和热出力h_CHP(t)信号，控制热电联产在未来调节时间内各时段的动作；

B、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供热量h_EHP(t,l)，控制用户侧不同距离用户使用热泵供暖量，以及关闭散热器量。

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