CN102506451B - 包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统及方法，用户采用热水散热器和热泵耗电两种方式供热，其中的热水来源于燃气联合循环机组，电力由燃气联合循环机组与风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；这样根据风能发电、热电联产综合起来，使得预测的出力经调整后更接近系统实际需求的风电出力。

Description

包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统及方法

技术领域

本发明涉及城市综合能源供应系统，尤其涉及一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统及方法。

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。而风力发电受到气候、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力发电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

本发明所要解决的技术问题是一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统及方法，通过本发明调度系统及其调度方法，可以大大减小系统实际需要的风力发电与目标风力发电之间的误差，以有利于系统运行和规划，减小调度困难。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统，包括：用于产出电力和采暖热水的燃气联合循环机组；用于产出电力的风力发电机组；与所述燃气联合循环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气联合循环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；与所述燃气联合循环机组相连接的热水式采暖散热器，所述燃气联合循环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，采集燃气联合循环机组的供暖出力热水流量和发电出力电量，并将该供暖出力热水流量和发电出力电量数据传送给综合调度控制装置；第二远程集中控制器，其内存储有热水式采暖散热器与燃气联合循环机组之间的距离信息，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，然后将上述热水消耗数据以及热水式采暖散热器与燃气联合循环机组之间距离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，将该发电出力电量数据传送给综合调度控制装置；综合调度控制装置，根据热水式采暖散热器与燃气联合循环机组之间距离计算并生成最终调度控制燃气联合循环机组的发电出力和热出力以及用户不同时刻的空调器热泵的耗电量和供热量的控制信号；所述第一远程集中控制器接收到综合调度控制装置所发出的调度控制信号后，以该调度控制信号控制燃气联合循环机组的执行装置动作；所述第二远程集中控制器接收到综合调度控制装置所发出的调度控制信号后，以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开关机动作。

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；所述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；燃气联合循环机组控制执行装置，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；所述燃气联合循环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：接收第一远程集中控制器发送的燃气联合循环机组的供暖出力热水流量和发电出力电量的第一数据接收单元；接收第二远程集中控制器发送的采暖热水消耗数据及用户管道距离信息的第二数据接收单元；接收第三远程集中控制器发送的风力发电机组的发电出力电量数据的第三数据接收单元；将第一、第二和第三数据接收单元接收到的数据进行解码的数据解码器；对所述解码后的数据进行存储的数据存储器；对数据存储器内所存储的数据进行计算并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转换编码器；及将编码后的调度控制信号分别传递给第一远程集中控制器和第二远程集中控制器的发送单元；

所述燃气联合循环机组控制执行装置包括调度控制信号收发编码存储单元、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单元解码后生成燃气联合循环机组调度控制指令，该控制指令经过驱动电路输出电力拖动信号并触发机械齿轮控制装置，机械齿轮控制装置再控制燃气联合循环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；

所述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；所述综合调度控制装置通过电力光纤接收云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和第二远程集中控制器；

所述第二远程集中控制器包括依次连接的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；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将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号并进行解码，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开关机动作；

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；

一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统的调度方法，包括以下步骤：

1）测量以下数据：每间隔ΔT周期测量一次，其中，ΔT为采样周期，采样次数为T，T为自然数

1.1）测量供给侧：采集燃气联合循环机组的燃气联合循环机组的发电出力P_comb（t）和热出力H_comb（t）、供暖锅炉的热出力H_boil（t）、第三远程集中控制器采集风力发电机组的发电出力

1.2）用户侧：

（a）N个用户的热水式采暖散热器距燃气联合循环机组的管道距离S_i；

（b）N个用户的热水式采暖散热器的耗热量H_i（t）；

（c）N个用户的空调器热泵装机容量P_i ^EHP；

（d）N个用户输入的热惯性时间T_i；

2）计算：

2.1）计算风力发电机组总的发电出力M为风力发电机组的机组数量；

2.2）根据2.1）中计算出的风力发电机组总的发电出力

利用统计分析方法计算预测出未来一段时间风力发电机组的发电出力P_wind(t)；根据1.1）采集的燃气联合循环机组的燃气联合循环的热出力H_comb(t)，预测未来一段时间的燃气联合循环机组的燃气联合循环的热出力H_comb(t);根据1.1）采集的燃气联合循环机组的燃气联合循环的发电出力P_comb（t），预测未来一段时间的燃气联合循环机组的燃气联合循环的发电出力P_comb（t）；根据未来一段时间燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力H_boil（t），预测未来一段时间供暖锅炉的热出力H_boil（t）；

2.3）根据热水式采暖散热器（110）与燃气联合循环机组（A）之间距离S_i将所有用户分为L组，L为自然数，然后分别求出各组中所有用户的总采暖负荷H_load(l)=∑H_i(t,l)和空调器热泵容量P_EHP(l)=∑P_i ^EHP(l)，H_i(t,l)为第l组热水式采暖散热器在t时刻的采暖负荷，P_i ^EHP(l)为第l组热水式采暖散热器的热泵容量，其中用户分组方法为：首先计算出热水式采暖散热器与燃气联合循环机组之间的等效距离

v为热水在管道中的流速，然后对

取整得到s_i，接着，将具有相同s_i的用户分为同一组，其中，s_i=l，l为L分组中的第l组；

2.4）根据上述计算和预测出的各参数迭代计算调节后燃气联合循环机组的燃气联合循环的发电出力p_comb(t)和热出力h_comb(t)、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力h_boil、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供热量h_EHP(t,l)。

所述调节后燃气联合循环的发电出力p_comb(t)和热出力h_comb(t)、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力h_boil、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供热量h_EHP(t,l)的计算方法为：联合以下公式（1）～（9）即可得知在Δp最小的情况下，调节后燃气联合循环的发电出力p_comb(t)和热出力h_comb(t)、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力h_boil、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供热量h_EHP(t,l)：

（A）确立目标函数

$\mathrm{\Δp}=\sqrt{\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-P_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{need}})}^2/(T+1)}---\left(1\right)$

其中，Δp为调节后风力发电机组的等效发电出力与目标发电出力的标准误差，单位MW；

p_wind(t)为调节后风力发电机组的等效发电出力，单位MW；

为风力发电机组的目标发电出力，单位MW；

p_wind(t)的表达式如下：

p_wind(t)=P_wind(t)+(p_comb(t)-P_comb(t))-p_EHPs(t)       （2）

其中，p_wind(t)为调节后风力发电机组的等效发电出力，单位MW；

P_wind(t)为步骤2.2）中预测的风力发电机组的发电出力，单位MW；

p_comb(t)为调节后燃气联合循环机组A的发电出力，单位MW；

P_comb(t)为步骤2.2）中预测的燃气联合循环机组A的发电出力，单位MW；

p_EHPs(t)为t时所有用户热泵的耗电功率，单位MW；

（B）确立约束方程

热负荷平衡方程：

Δh(t)=|(H_comb(t)+H_boil(t))-(h_comb(t)+h_boil(t))|        （3）

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

其中，

Δh(t)表示第t时段燃气联合循环机组热水供暖不足的功率，单位MW；

H_comb(t)+H_boil(t)为预测的燃气联合循环机组供暖热出力，单位MW；

h_comb(t)+h_boil(t)为调节后燃气联合循环机组供暖热出力，单位MW；

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MW；

燃气联合循环机组约束：

$h_{\mathrm{comb}}\left(t\right)=f_{\mathrm{comb}}\left(t\right)\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{comb}}^q---\left(5\right)$

$p_{\mathrm{comb}}\left(t\right)=f_{\mathrm{comb}}\left(t\right)\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{comb}}^e---\left(6\right)$

上述公式（5）～（6）中，h_comb(t)为调节后燃气联合循环的热出力，单位MW;f_comb(t)为燃气联合循环的功率能耗；p_comb(t)为调节后燃气联合循环的电出力，单位MW；

为燃气联合循环的联合循环热效率；

为燃气联合循环的联合循环发电效率；

用户侧热泵约束：

热电比约束：h_EHP(t,l)=COP_EHP·p_EHP(t,l)       （7）

热泵出力上限：0≤p_EHP(t,l)≤min(P_EHP(l),H_load(l)/COP_EHP)     （8）

其中，h_EHP(t,l)为t时刻第l组用户热泵的供暖功率之和，单位MW；

COP_EHP为热泵性能系数；

p_EHP(t,l)为t时刻第l组用户热泵的耗电功率之和，单位MW；

所有用户组的空调热泵耗电量：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)---\left(9\right).$

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明利用用户至热源的管道距离，根据终端用户的负荷能耗的需求调节燃气联合循环机组的燃料消耗量、发电出力和采暖供热出力、终端用户的空调热泵采暖的电力消耗量、及终端用户的散热器的采暖供热量，从而大大减小系统实际需要的风力发电与目标风力发电之间的误差，以有利于系统运行和规划，减小调度困难。

附图说明

图1为本发明包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统的结构框图；

图2为本发明第二远程集中控制器的结构框图；

图3为本发明燃气联合循环机组控制执行装置的结构框图；

图4为本发明综合调度控制装置的结构框图；

图5为本发明综合调度控制装置与云计算服务系统的连接图；

图6为经本发明调度系统及调度方法调节后风力发电机组发电处理与目标发电处理的对比曲线图。

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所示，本发明的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统包括：

用于产出电力和采暖热水的燃气联合循环机组A；

用于产出电力的风力发电机组B；

通过电力电缆113与所述燃气联合循环机组A和风力发电机组并联的空调器热泵108，所述空调器热泵108由所述燃气联合循环机组A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108的空调器热泵遥控开关117；

通过供热管道114与所述燃气联合循环机组A相连接的热水式采暖散热器110，所述燃气联合循环机组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，采集燃气联合循环机组A的供暖出力热水流量和发电出力电量，并将采集的燃气联合循环机组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，存储有热水式采暖散热器与燃气联合循环机组A之间的距离信息，再将该热水式采暖散热器与燃气联合循环机组A之间的距离信息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，再将该采集的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传送给综合调度控制装置115；

综合调度控制装置115，根据热水式采暖散热器110与燃气联合循环机组A之间距离，计算并生成最终调度控制燃气联合循环机组A的发电出力和热出力以及用户不同时刻的空调热泵的耗电量和供热量的控制信号；

第一远程集中控制器接收到综合调度控制装置115所发出的调度控制信号后，以该调度控制信号控制燃气联合循环机组A的执行装置动作；

第二远程集中控制器到接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号后，以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；

终端用户处的空调器热泵108在燃气联合循环机组A和风力发电机组产生的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。燃气联合循环机组A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。燃气联合循环机组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。所述终端用户处的空调器热泵108通过输电线路113与燃气联合循环机组A和风力发电机组并联，由所述燃气联合循环机组A和风力发电机组产生的电能驱动空调器热泵108产生采暖热能，进而为空调用户提供采暖供热。所述空调器热泵108还包括空调器热泵开关⑤。

请参照图1，所述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。所述散热器110通过供热管道114与所述燃气联合循环机组A相连接，并由所述燃气联合循环机组A产出的热水流入所述散热器110中产生采暖热能。所述热水消耗计量表111与所述散热器110相耦合，用于检测所述散热器110的采暖耗热数据。所述散热器110设有开关阀门⑥。第二远程集中控制器112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,然后再将该热水消耗数据传送给综合调度控制装置115。

请参照图2所示，第二远程集中控制器1122包括依次连接的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；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的采暖流量数据和热水式采暖散热器与燃气联合循环机组A之间的距离信息，采暖热水流量脉冲计数器检测得到的采暖流量数据和距离信息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；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执行开关机动作。

第一远程集中控制器1121，采集燃气联合循环机组A的供暖出力热水流量和发电出力电量，并将采集的燃气联合循环机组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。

请参照图3所示，燃气联合循环机组A控制执行装置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解码以后生成燃气联合循环机组调度控制指令，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再控制燃气联合循环机组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。从而控制燃气联合循环机组A的燃料输入、采暖用途抽汽流量及发电用途蒸汽流量。

请参照图4，综合调度控制装置115包括：

接收第一远程集中控制器发送的燃气联合循环机组（A）的供暖出力热水流量和发电出力电量的第一数据接收单元200；

接收第二远程集中控制器发送的采暖热水消耗数据及用户管道距离信息的第二数据接收单元201；

接收第三远程集中控制器发送的风力发电机组的发电出力电量数据的第三数据接收单元；

将第一、第二和第三数据接收单元接收到的数据进行解码的数据解码器202；

对所述解码后的数据进行存储的数据存储器；

对数据存储器内所存储的数据进行计算并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转换编码器205；及

将编码后的调度控制信号分别传递给第一远程集中控制器和第二远程集中控制器的发送单元206。

请参照图5，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115通过电力光纤120接收云计算服务系统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1121、第二远程集中控制器1122。

本发明包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统的调度方法包括以下步骤：

1)测量——每间隔ΔT周期测量一次，其中，ΔT为采样周期，采样次数为T，T为自然数

（1.1）测量供给侧：

测量燃气联合循环机组A的燃气联合循环机组的发电出力P_comb（t）和热出力H_comb（t）、供暖锅炉的热处理H_boil（t）、第三远程集中控制器采集风力发电机组的发电出力

（1.2）测量用户侧：（i=0～N，N为用户个数）

1.2.1）N个用户的热水式采暖散热器距燃气联合循环机组A的管道距离S_i；

1.2.2）N个用户的热水式采暖散热器的耗热量H_i（t）；

1.2.3）N个用户的空调热泵装机容量P_i ^EHP；

1.2.4）N个用户输入的热惯性时间T_i

2)计算：

2.1）计算风力发电机组总的发电出力

M为风力发电机组的机组数量;

2.2）根据2.1）中计算出的风力发电机组总的发电出力利用已知SPSS(Statistical Product and Service Solutions)统计分析方法，预测出未来一段时间风力发电机组的发电出力P_wind(t);根据1.1）采集的燃气联合循环机组A的燃气联合循环的热出力H_comb(t)，预测未来一段时间的燃气联合循环机组A的燃气联合循环的热出力H_comb(t);根据1.1）采集的燃气联合循环机组A的燃气联合循环的发电出力P_comb（t），预测未来一段时间的燃气联合循环机组A的燃气联合循环的发电出力P_comb（t）；根据未来一段时间燃气联合循环机组A的供暖锅炉的热出力H_boil，预测未来一段时间供暖锅炉的热出力H_boil；

2.3）用户分组：计算每个用户到热源的等效距离

并做取整运算得

将相同的

的用户分为同一组，s_i=l，总计为L组（L为自然数；v为热水在管道中的流速）；

2.4）对2.3）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

P_i ^EHP(l)为第l组用户i的热泵容量

3)控制计算

将1）中计算和预测的各参数代入以下控制计算中：

（3.1）目标函数

$\mathrm{\Δp}=\sqrt{\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-P_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{need}})}^2/(T+1)}$          公式（1）

其中，Δp为调节后风力发电机组的等效发电出力与目标发电出力的标准误差，单位MW；

p_wind(t)为调节后风力发电机组的等效发电出力，单位MW；

为风力发电机组的目标发电出力，单位MW。

p_wind(t)的表达式如下：

p_wind(t)=P_wind(t)+(p_comb(t)-P_comb(t))-p_EHPs(t)      公式（2）

其中，p_wind(t)为调节后风力发电机组的等效发电出力，单位MW；

P_wind(t)为步骤2.2）中预测的风力发电机组的发电出力，单位MW；

p_comb(t)为调节后燃气联合循环机组A的发电出力，单位MW；

P_comb(t)为步骤2.2）中预测的燃气联合循环机组A的发电出力，单位MW；

p_EHPs(t)为t时所有用户热泵的耗电功率，单位MW。

（3.2）约束方程

3.2.1热负荷平衡方程

空调热泵用电供暖代替燃气联合循环机组热水供暖出力的不足是方法的核心，如果Δh(t)表示第t时段燃气联合循环机组热水供暖不足的功率，则，其表达式为：

Δh(t)=|(H_comb(t)+H_boil(t))-(h_comb(t)+h_boil(t))|        公式（3）

其中，Δh(t)表示第t时段燃气联合循环机组热水供暖不足的功率，单位MW

H_comb(t)+H_boil(t)为预测的燃气联合循环机组供暖热出力，单位MW；

h_comb(t)+h_boil(t)为调节后燃气联合循环机组供暖热出力，单位MW。

第t时段燃气联合循环机组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，根据上文中将所有用户分为近似的0,1,..,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时段影响到第l用户组。终上所述，第t时段燃气联合循环机组热水供给不足将由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：

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

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燃气联合循环机组约束：

$h_{\mathrm{comb}}\left(t\right)=f_{\mathrm{comb}}\left(t\right)\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{comb}}^q;$         公式（5）

$p_{\mathrm{comb}}\left(t\right)=f_{\mathrm{comb}}\left(t\right)\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{comb}}^e;$        公式（6）

上述公式（5）～（6）中，h_comb(t)为调节后燃气联合循环的热出力，单位MW;f_comb(t)为燃气联合循环的功率能耗；p_comb(t)为调节后燃气联合循环的电出力，单位MW；

为燃气联合循环的联合循环热效率；

为燃气联合循环的联合循环发电效率。同时在方法概述一节提到为了保证燃气联合循环机组依然能够满足原有区域电力负荷的需求，可以另外限制燃气联合循环发电出力大于原计划发电出力：

p_comb(t)≥P_comb；            公式（7）

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)               公式（8）

热泵出力上限

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

其中，h_EHP(t,l)为t时刻第l组用户热泵的供暖功率之和，单位MW；

COP_EHP为热泵性能系数；

p_EHP(t,l)为t时刻第l组用户热泵的耗电功率之和，单位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：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)$       公式（10）

4)发送控制信号到供给和用户—执行动作

根据3）优化后得执行变量，将该执行变量信号发送至供给侧和用户，执行具体动作，如下：

A燃气联合循环机组的燃气联合循环的发电出力p_comb(t)和热出力h_comb(t)、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力h_boil(t)信号，控制燃气联合循环机组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。

所述燃气联合循环机组的燃气联合循环的发电出力p_comb(t)和热出力h_comb(t)、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力h_boil(t)信号和用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供热量h_EHP(t,l)联合上述公式（1）～公式（10）即可得到。

请参照图6所示，由图可知，经发明调度方法调节后，用户的用电负荷与目标负荷曲线基本接近一致。

本发明以减少热水的输出而调节燃气联合循环机组的发电量，最终调节电力负荷，如此，可以在大大节能的基础上，使得预测的用电负荷与目标负荷一致。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统，其特征在于：包括：

用于产出电力和采暖热水的燃气联合循环机组（A）；

用于产出电力的风力发电机组（B）;

与所述燃气联合循环机组（A）和风力发电机组并联的空调器热泵（108），所述空调器热泵（108）由所述燃气联合循环机组（A）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（108）的空调器热泵遥控开关（117）；

与所述燃气联合循环机组（A）相连接的热水式采暖散热器（110），所述燃气联合循环机组（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），采集燃气联合循环机组（A）的供暖出力热水流量和发电出力电量，并将该供暖出力热水流量和发电出力电量数据传送给综合调度控制装置（115）；

第二远程集中控制器（1122），其内存储有热水式采暖散热器（110）与燃气联合循环机组（A）之间的距离信息，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，然后将上述热水消耗数据以及热水式采暖散热器（110）与燃气联合循环机组（A）之间距离数据传送给综合调度控制装置（115）；

第三远程集中控制器（1123），采集风力发电机组的发电出力电量，将该发电出力电量数据传送给综合调度控制装置（115）；

综合调度控制装置（115），根据热水式采暖散热器（110）与燃气联合循环机组（A）之间距离计算并生成最终调度控制燃气联合循环机组（A）的发电出力和热出力以及用户不同时刻的空调器热泵的耗电量和供热量的控制信号；

所述第一远程集中控制器（1121）接收到综合调度控制装置（115）所发出的调度控制信号后，以该调度控制信号控制燃气联合循环机组（A）的执行装置动作；

所述第二远程集中控制器（1122）接收到综合调度控制装置（115）所发出的调度控制信号后，以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。

2.根据权利要求1所述的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统，其特征在于，

所述热水式采暖散热器流水阀门遥控开关（116），通过第二远程集中控制器（1122）以遥控方式与所述综合调度控制装置（115）耦合；

所述空调器热泵遥控开关（117），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（115）耦合；

燃气联合循环机组控制执行装置，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（115）耦合；

所述燃气联合循环机组控制执行装置（118）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。

3.根据权利要求1所述的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统，其特征在于，所述综合调度控制装置（115）包括：

接收第一远程集中控制器发送的燃气联合循环机组（A）的供暖出力热水流量和发电出力电量的第一数据接收单元（200）；

接收第二远程集中控制器发送的采暖热水消耗数据及用户管道距离信息的第二数据接收单元（201）；

接收第三远程集中控制器发送的风力发电机组的发电出力电量数据的第三数据接收单元；

将第一、第二和第三数据接收单元接收到的数据进行解码的数据解码器（202）；

对所述解码后的数据进行存储的数据存储器（203）；

对数据存储器内所存储的数据进行计算并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转换编码器（205）；及

将编码后的调度控制信号分别传递给第一远程集中控制器和第二远程集中控制器的发送单元（206）。

4.根据权利要求1所述的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统，其特征在于，所述燃气联合循环机组控制执行装置包括调度控制信号收发编码存储单元（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单元解码后生成燃气联合循环机组调度控制指令，该控制指令经过驱动电路输出电力拖动信号并触发机械齿轮控制装置，机械齿轮控制装置再控制燃气联合循环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。

5.根据权利要求1所述的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统，其特征在于，所述综合调度控制装置（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；所述综合调度控制装置（115）通过电力光纤（120）接收云计算服务系统（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和第二远程集中控制器。

6.根据权利要求1所述的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统，其特征在于，所述第二远程集中控制器包括依次连接的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；

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将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）发出的调度控制信号并进行解码，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）执行开关机动作。

7.根据权利要求1所述的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统，其特征在于，所述第二远程集中控制器（1122）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（115）。

8.根据权利要求1所述的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统的调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）测量以下数据：每间隔ΔT周期测量一次，其中，ΔT为采样周期，采样次数为T，T为自然数：

1.1）测量供给侧：第一远程集中控制器（1121）采集燃气联合循环机组（A）的燃气联合循环机组的发电出力P_comb（t）和热出力H_comb（t）、供暖锅炉的热出力H_boil（t）、第三远程集中控制器采集风力发电机组的发电出力

1.2）用户侧：第二远程集中控制器（1122）采集以下数据：

（a）N个用户的热水式采暖散热器距燃气联合循环机组（A）的管道距离S_i；

（b）N个用户的热水式采暖散热器的耗热量H_i（t）；

（c）N个用户的空调器热泵装机容量P_i ^EHP；

（d）N个用户输入的热惯性时间T_i；

2）计算：

2.1）计算风力发电机组总的发电出力M为风力发电机组的机组数量；

2.2）根据2.1）中计算出的风力发电机组总的发电出力

利用统计分析方法计算预测出未来一段时间风力发电机组发电出力P_wind(t)；根据1.1）采集的燃气联合循环机组（A）的燃气联合循环的热出力H_comb(t)，预测未来一段时间的燃气联合循环机组（A）的燃气联合循环的热出力H_comb(t);根据1.1）采集的燃气联合循环机组（A）的燃气联合循环的发电出力P_comb（t），预测未来一段时间的燃气联合循环机组（A）的燃气联合循环的发电出力P_comb（t）；根据未来一段时间燃气联合循环机组（A）的供暖锅炉的热出力H_boil（t），预测未来一段时间供暖锅炉的热出力H_boil（t）；

2.3）根据热水式采暖散热器（110）与燃气联合循环机组（A）之间距离S_i将所有用户分为L组，L为自然数，然后分别求出各组中所有用户的总采暖负荷H_load(l)=∑H_i(t,l)和空调器热泵容量P_EHP(l)=∑P_i ^EHP(l)，H_i(t,l)为第l组热水式采暖散热器在t时刻的采暖负荷，P_i ^EHP(l)为第l组热水式采暖散热器的热泵容量，其中用户分组方法为：首先计算出热水式采暖散热器（110）与燃气联合循环机组（A）之间的等效距离

v为热水在管道中的流速，然后对

取整得到s_i，接着，将具有相同s_i的用户分为同一组，其中，s_i=l，l为L分组中的第l组；

2.4）根据上述测量和预测出的各参数迭代计算调节后燃气联合循环机组的燃气联合循环的发电出力p_comb(t)和热出力h_comb(t)、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力h_boil、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供热量h_EHP(t,l)。

9.根据权利要求8所述的一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统的调度方法，其特征在于：调节后燃气联合循环的发电出力p_comb(t)和热出力h_comb(t)、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力h_boil、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供热量h_EHP(t,l)的计算方法为：联合以下公式（1）～（9）即可得知在Δp最小的情况下，调节后燃气联合循环的发电出力p_comb(t)和热出力h_comb(t)、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力h_boil、用户不同时刻热泵耗电量p_EHP(t,l)和供热量h_EHP(t,l)：

（A）确立目标函数

$\mathrm{\Δp}=\sqrt{\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-P_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{need}})}^2/(T+1)}---\left(1\right)$

其中，Δp为调节后风力发电机组的等效发电出力与目标发电出力的标准误差，单位MW；

p_wind(t)为调节后风力发电机组的等效发电出力，单位MW；

为风力发电机组的目标发电出力，单位MW；

p_wind(t)的表达式如下：

p_wind(t)=P_wind(t)+(p_comb(t)-P_comb(t))-p_EHPs(t)       （2）

其中，p_wind(t)为调节后风力发电机组的等效发电出力，单位MW；

P_wind(t)为步骤2.2）中预测的风力发电机组的发电出力，单位MW；

p_comb(t)为调节后燃气联合循环机组（A）的发电出力，单位MW；

P_comb(t)为步骤2.2）中预测的燃气联合循环机组（A）的发电出力，单位MW；

p_EHPs(t)为t时所有用户热泵的耗电功率，单位MW；

（B）确立约束方程

热负荷平衡方程：

Δh(t)=|(H_comb(t)+H_boil(t))-(h_comb(t)+h_boil(t))|       （3）

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

其中，Δh(t)表示第t时段燃气联合循环机组热水供暖不足的功率，单位MW；

H_comb(t)+H_boil(t)为预测的燃气联合循环机组供暖热出力，单位MW；

h_comb(t)+h_boil(t)为调节后燃气联合循环机组供暖热出力，单位MW；

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MW；

燃气联合循环机组约束：

$h_{\mathrm{comb}}\left(t\right)=f_{\mathrm{comb}}\left(t\right)\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{comb}}^q---\left(5\right)$

$p_{\mathrm{comb}}\left(t\right)=f_{\mathrm{comb}}\left(t\right)\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{comb}}^e---\left(6\right)$

上述公式（5）～（6）中，h_comb(t)为调节后燃气联合循环的热出力，单位MW;f_comb(t)为燃气联合循环的功率能耗；p_comb(t)为调节后燃气联合循环的电出力，单位MW；

为燃气联合循环的联合循环热效率；

为燃气联合循环的联合循环发电效率；

用户侧热泵约束：

热电比约束：h_EHP(t,l)=COP_EHP·p_EHP(t,l)       （7）

热泵出力上限：0≤p_EHP(t,l)≤min(P_EHP(l),H_load(l)/COP_EHP)     （8）

其中，h_EHP(t,l)为t时刻第l组用户热泵的供暖功率之和，单位MW；

COP_EHP为热泵性能系数；

p_EHP(t,l)为t时刻第l组用户热泵的耗电功率之和，单位MW；

所有用户组的空调热泵耗电量：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)---\left(9\right).$

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