CN106765519A - 气电互补电采暖需求响应控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能服务管理技术领域，是一种气电互补电采暖需求响应控制系统，气电互补电采暖需求响应控制系统包括智能采暖需求响应管理主站系统、电网调度系统和至少一个用户侧电气互补供暖控制管理子站，所述电网调度系统的输出端与智能采暖需求响应管理主站系统的输入端之间通信连接，智能采暖需求响应管理主站系统与用户侧电气互补供暖控制管理子站双向通信连接。本发明通过建设智能采暖需求响应管理主站系统和用户侧电气互补供暖控制管理子站，实现电锅炉控制指令制定和执行，以及运行数据监测和分析，有利于电锅炉运营的管控，同时达到了消纳风电剩余产能目的，节约了天然气和石油资源，为电网调峰提供需求响应，为电网运行提供辅助服务。

Description

气电互补电采暖需求响应控制系统

技术领域

本发明涉及电能服务管理技术领域，是一种气电互补电采暖需求响应控制系统。

背景技术

目前北方冬季采暖主要采用天然气、煤炭等化石能源，燃煤锅炉供热占总供热很高的比例。而燃煤、燃气锅炉在供热过程中的排放对大气将产生严重的污染。从长远角度观点来讲，大气污染对局部地区和全球气候都会产生巨大的影响。

我国北方地区风能资源丰富，截至2015年底，新疆电网装机容量达到6576.2万千瓦，其中风电1690万千瓦，光伏527万千瓦，风电和光伏装机容量均居全国第一位，新能源占比达到33.7%。随着国家大力发展光伏和风力发电等清洁能源，清洁能源消纳问题日益凸显，弃风率和弃光率逐年增大，这不仅限制电力企业的发展，而且造成可再生能源的极大浪费。

发明内容

本发明提供了一种气电互补电采暖需求响应控制系统，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的供暖系统采用燃煤或燃气锅炉造成冬季大气污染严重以及现有的清洁能源发电量富余造成能源浪费的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：气电互补电采暖需求响应控制系统包括智能采暖需求响应管理主站系统、电网调度系统和至少一个用户侧电气互补供暖控制管理子站，所述电网调度系统的输出端与智能采暖需求响应管理主站系统的输入端之间通信连接，智能采暖需求响应管理主站系统与用户侧电气互补供暖控制管理子站双向通信连接；所述电网调度系统向智能采暖需求响应管理主站系统提供弃风数据、负荷数据和可支配数据，所述智能采暖需求响应管理主站系统实时接收电网调度系统的数据，实时接收用户侧电气互补供暖控制管理子站的负荷数据并向用户侧电气互补供暖控制管理子站发出控制指令，对用户侧电气互补供暖控制管理子站负荷进行监测，所述用户侧电气互补供暖控制管理子站通信连接有对应的电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统，所述电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统均向用户侧电气互补供暖控制管理子站提供实时监测的设备数据并接收用户侧电气互补供暖控制管理子站发出的控制指令。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述智能采暖需求响应管理主站系统包括数据库和前置采集主站，所述数据库与前置采集主站之间通信连接，用户侧电气互补供暖控制管理子站与前置采集主站通信连接，所述电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统均与前置采集主站之间通信连接。

上述所述用户侧电气互补供暖控制管理子站与智能采暖需求响应管理主站系统的通信接口为Socket接口；或/和电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统与智能采暖需求响应管理主站系统的通信接口为Socket接口。

上述所述电锅炉监控系统包括控制器、温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块，所述温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块均与控制器电连接，控制器与用户侧电气互补供暖控制管理子站通信连接。

上述电锅炉监控系统还包括语音报警模块，所述语音报警模块与控制器电连接。

上述控制器为PLC控制器。

本发明通过建设智能采暖需求响应管理主站系统和用户侧电气互补供暖控制管理子站，实现电锅炉控制指令制定和执行，以及运行数据监测和分析，有利于电锅炉运营的管控，同时达到了消纳风电剩余产能目的，节约了天然气和石油资源，为电网调峰提供需求响应，为电网运行提供辅助服务。智能采暖需求响应管理主站系统通过连接电网调度系统，获得风电、光伏启停情况，电网负荷状态监测情况等数据，从而判断风电富余情况，为热力公司供热控制系统提供控制策略，并对控制策略进行管理，结合风电的发电量对电锅炉设备的启停进行远程控制，降低化石能源使用量及污染物排放量，提高能源使用效率，为采暖项目集中运营管理提供统一的优化运行策略，从而降低采暖系统的运营成本，提升管理水平，进而提高能源利用的经济效益。由于风力和光伏发电的随机性，单一新能源提供的电采暖供暖稳定性差,而电锅炉可以增加电网低谷用电，与燃气锅炉结合，可以保证用户稳定供暖，同时减少燃气使用，保障能源安全。本发明实现供暖控制策略制定和执行，以及运行数据监测和分析，推动新能源发电的有效利用，促进电网供需平衡，有效管控用户侧电力负荷。

附图说明

附图1为本发明整体架构图。

附图2为本发明气电互补电采暖需求响应控制系统的结构框图。

附图3为本发明数据交互结构框图。

附图4为本发明电锅炉监控系统结构框图。

附图5为本发明实施例2的气电互补供暖换热站结构框图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2、3所示，气电互补电采暖需求响应控制系统包括智能采暖需求响应管理主站系统、电网调度系统和至少一个用户侧电气互补供暖控制管理子站，所述电网调度系统的输出端与智能采暖需求响应管理主站系统的输入端之间通信连接，智能采暖需求响应管理主站系统与用户侧电气互补供暖控制管理子站双向通信连接；所述电网调度系统向智能采暖需求响应管理主站系统提供弃风数据、负荷数据和可支配数据，所述智能采暖需求响应管理主站系统实时接收电网调度系统的数据，实时接收用户侧电气互补供暖控制管理子站的负荷数据并向用户侧电气互补供暖控制管理子站发出控制指令，对用户侧电气互补供暖控制管理子站负荷进行监测，所述用户侧电气互补供暖控制管理子站通信连接有对应的电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统，所述电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统均向用户侧电气互补供暖控制管理子站提供实时监测的设备数据并接收用户侧电气互补供暖控制管理子站发出的控制指令。实际工作时，在电网调度系统、智能采暖需求响应管理主站系统和用户侧电气互补供暖控制管理子站将电力盈亏信息、可增加用电负荷量、可消减负荷量以及启停电锅炉、燃气锅炉信息进行传递，完成“气电互补”电采暖需求响应工作。智能采暖需求响应管理主站系统实时接收电网调度系统的数据，实时接收各智能采暖需求响应管理主站系统的负荷数据，智能采暖需求响应管理主站系统根据所获得的数据进行数据建模、智能运算从而得到计算结果，从而向用户侧电气互补供暖控制管理子站发出控制指令，以指导用户侧供暖系统的运行。

本发明通过建设智能采暖需求响应管理主站系统和用户侧电气互补供暖控制管理子站，实现电锅炉控制指令制定和执行，以及运行数据监测和分析，有利于电锅炉运营的管控，同时达到了消纳风电剩余产能目的，节约了天然气和石油资源，为电网调峰提供需求响应，为电网运行提供辅助服务。通过智能采暖需求响应管理主站系统通过连接电网调度系统，可获得风电、光伏启停情况，电网负荷状态监测情况等数据，从而判断风电富余情况，为热力公司供热控制系统提供控制策略，并对控制策略进行管理，结合风电的具体情况对电锅炉设备的启停进行远程控制，降低化石能源使用量及污染物排放量，提高能源使用效率，为采暖项目集中运营管理提供统一的优化运行策略，从而降低采暖系统的运营成本，提升管理水平，进而提高能源利用的经济效益。由于风力和光伏发电的随机性，单一新能源提供的电采暖供暖稳定性差,而电锅炉可以增加电网低谷用电，与燃气锅炉结合，可以保证用户稳定供暖，同时减少燃气使用，保障能源安全。本发明实现供暖控制策略制定和执行，以及运行数据监测和分析，推动新能源发电的有效利用，促进电网供需平衡，有效管控用户侧电力负荷。

可根据实际需要，对上述气电互补电采暖需求响应控制系统作进一步优化或/和改进：

如附图1、2、3所示，智能采暖需求响应管理主站系统包括数据库和前置采集主站，所述数据库与前置采集主站之间通信连接，用户侧电气互补供暖控制管理子站与前置采集主站通信连接，所述电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统均与前置采集主站之间通信连接。这里前置采集主站采集电锅炉和燃气锅炉的设备数据信息并通过数据总线传送至数据库，及时更新数据库，智能采暖需求响应管理主站通过数据总线能够随时调用数据库存储的电锅炉和燃气锅炉的设备数据信息。电网调度系统和电锅炉用户通过智能采暖需求响应管理主站系统建立数据交互连接，实现新能源发电出力盈余或不足的数据信息的交互并获得电锅炉用户的用电信息。当新能源发电量有富余时，预计将发生弃光、弃风电量时，电网调度系统将这一数据信息传递给智能采暖需求响应管理主站系统，前置采集主站根据接入的电锅炉用户的运行情况，判断可消纳的弃风、弃光电量，通过前置采集主站与电锅炉用户确认了每户可消纳量后，向电网调度系统申请开启一定数量的电锅炉，消纳富余电量；当气候条件发生变化，新能源发电量不足时，电网调度系统将供电缺口数据信息发送至智能采暖需求响应管理主站系统，确定电锅炉用户消减用电负荷，转用燃气锅炉的燃气量。

如附图1、2、3所示，所述用户侧电气互补供暖控制管理子站与智能采暖需求响应管理主站系统的通信接口为Socket接口；或/和电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统与智能采暖需求响应管理主站系统的通信接口为Socket接口。实际工作时，数据通信接口包括数据接口和功能接口，数据接口包括与电网调度系统的具体数据实时交互，与设备单元相关运行数据、状态信息数据的实时交互；功能接口实现与电网调度系统需求响应指令的响应执行及反馈，设备单元控制指令的下发及执行反馈。

如附图4所示，所述电锅炉监控系统包括控制器、温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块，所述温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块均与控制器电连接，控制器与用户侧电气互补供暖控制管理子站通信连接。

如附图4所示，电锅炉监控系统还包括语音报警模块，所述语音报警模块与控制器电连接。

如附图4所示，控制器为PLC控制器。

实施例2：如图5所示，乌鲁木齐博雅文轩小区气电互补供暖换热站的气电运行模式，博洋雅居144户居民供暖，供热面积为16700平方米。智能采暖需求响应管理主站系统根据新疆乌鲁木齐电网调度系统提供的发电量数据，在冬季时，在00:00-08:00为电网谷电，采用电锅炉供暖方式，依次启动电动阀-循环泵-电锅炉，在08:00-00:00由启动燃气锅炉供暖模式。

电锅炉监控系统包括PLC控制器、温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块，所述温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块均与PLC控制器电连接，PLC控制器与用户侧电气互补供暖控制管理子站通信连接。

控制器检测锅炉循环水的出口、回口温度及环境温度，根据设定的电锅炉循环水的出口、回口温度差值自动控制变频器的工作频率，同时检测锅炉循环水的出口、回口的压力，当系统压力超出设定范围时，或系统温差值超出设定范围时PLC控制器都会自动报警，并能通过通信模块发出短信和语音报警，同时控制器和智能采暖需求响应管理主站系统自动记录报警信息。

对电加热投切循环进行控制方式为使用温度控制加热组和回水温度控制加热组；

温度控制加热组：各加热组在不同时间进行动作，动作间隔依据“启动时间”设定值所规定的时间；当炉水温度达到“停炉温度”或比“使用温度”高10℃时，控制器逐个关闭全部加热组；当炉水温度比“使用温度”低10℃以上时，控制器逐个投入全部加热组；当炉水温度与“使用温度”的差值在10℃时，控制器桉下述规则进行功率调整。时间间隔由“停止时间”规定；具体步骤为：

a.控制器首先计算到下一次功率调整时的炉水温度预估值，计算公式为：

温度预估=现在温度+（现在温度-上次功率调整时的温度）

b.如炉水温度预估值比“使用温度”低2℃以上时，控制器投入加热组；

c.如炉水温度预估值比“使用温度”高2℃以上时，控制器切下加热组；

d.如炉水温度预估值比“使用温度”的差值不大于2℃时，控制器保持加热组不变。

回水温度控制加热组：当炉水温度达到“停炉温度”或回水温度比“回水控温”高10℃时，控制器逐个关闭全部加热组；当回水温度比“回水控温”低10℃以上时，控制器逐个投入全部加热组；当回水温度比“回水控温”的差值小于10℃时，控制器按下述规则进行功率调整。时间间隔由“停止时间”规定；具体步骤为：

A.控制器首先计算到下一次功率调整时的炉水温度预估值，计算公式为：

温度预估=现在温度+（现在温度-上次功率调整时的温度）

B.如回水温度预估值比“回水控温”低2℃以上时，控制器投入加热组；

C.如回水温度预估值比“回水控温”高2℃以上时，控制器切下加热组；

D.如回水温度预估值比“回水控温”的差值不大于2℃时，控制器保持加热组不变。

从燃气锅炉切换至电锅炉的过程中，通过PLC控制器控制电动阀，打开电锅炉侧电动阀的同时关闭燃气锅炉侧电动阀，此时切换至电锅炉供暖。因本地电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统均与智能采暖需求响应管理主站系统通信连接，通过智能采暖需求响应管理主站系统亦可以控制电锅炉和燃气锅炉的启停。

智能采暖需求响应管理主站系统可以远程实现对PLC控制器的控制，自动控制、调整变频器的工作频率，自动投切电锅炉加热组个数，这样不仅能对电采暖系统的运行状态实时调整，而且能将调整过程及运行状态完整自动记录，工作状态可以在触摸屏上实时显示，通过触摸屏调整控制装置工作参数；同时可以实现远程控制燃气锅炉和电锅炉的启停，用户侧可以实现无人值守，节省人力资源。

新疆峰谷平电价如表1所示：

根据实际情况计算可知：电锅炉在00:00-08:00这个时间段使用，充分利用晚上的谷电，一个完整的采暖期内：乌鲁木齐市只用燃气供暖和采用本发明气电互补供暖费用进行比较，燃气供暖采暖期费用22元/m²（政府补贴后）,如果政府不补贴，采暖期燃气锅炉供暖采暖费用大约38元/m²；

通过完整采暖期采暖费用统计，采用气电互补采暖期采暖费用为20元/m²。每平米节约2元，乌鲁木齐博雅文轩小区一个采暖期可以节约33400元。具有推广参考价值，相比较燃气锅炉集中供热，电锅炉供暖可以在每个小区内安装电锅炉，实现就近供暖，减少管网的热损耗。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (9)

1.一种气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于包括智能采暖需求响应管理主站系统、电网调度系统和至少一个用户侧电气互补供暖控制管理子站，所述电网调度系统的输出端与智能采暖需求响应管理主站系统的输入端之间通信连接，智能采暖需求响应管理主站系统与用户侧电气互补供暖控制管理子站双向通信连接；所述电网调度系统向智能采暖需求响应管理主站系统提供弃风数据、负荷数据和可支配数据，所述智能采暖需求响应管理主站系统实时接收电网调度系统的数据，实时接收用户侧电气互补供暖控制管理子站的负荷数据并向用户侧电气互补供暖控制管理子站发出控制指令，对用户侧电气互补供暖控制管理子站负荷进行监测，所述用户侧电气互补供暖控制管理子站通信连接有对应的电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统，所述电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统均向用户侧电气互补供暖控制管理子站提供实时监测的设备数据并接收用户侧电气互补供暖控制管理子站发出的控制指令。

2.根据权利要求1所述的气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于智能采暖需求响应管理主站系统包括数据库和前置采集主站，所述数据库与前置采集主站之间通信连接，用户侧电气互补供暖控制管理子站与前置采集主站通信连接，所述电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统均与前置采集主站之间通信连接。

3.根据权利要求1或2所述的气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于所述用户侧电气互补供暖控制管理子站与智能采暖需求响应管理主站系统的通信接口为Socket接口；或/和电锅炉监控系统和燃气锅炉监控系统与智能采暖需求响应管理主站系统的通信接口为Socket接口。

4.根据权利要求1或2所述的气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于所述电锅炉监控系统包括控制器、温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块，所述温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块均与控制器电连接，控制器与用户侧电气互补供暖控制管理子站通信连接。

5.根据权利要求3所述的气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于所述电锅炉监控系统包括控制器、温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块，所述温度传感器、压力传感器、循环泵、补水泵、电动阀和通信模块均与控制器电连接，控制器与用户侧电气互补供暖控制管理子站通信连接。

6.根据权利要求4所述的气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于电锅炉监控系统还包括语音报警模块，所述语音报警模块与控制器电连接。

7.根据权利要求5所述的气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于电锅炉监控系统还包括语音报警模块，所述语音报警模块与控制器电连接。

8.根据权利要求4所述的气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于PLC控制器。

9.根据权利要求5或6或7所述的气电互补电采暖需求响应控制系统，其特征在于PLC控制器。