CN106949662B - 满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法,包括以下步骤:1)获取冷电负荷刚性需求用户的用能特征和用能安全性,确定区域能源系统采用的独立供能子系统及其备用关系;2)获取所述区域能源系统中大惯性设备的稳定输出时间;3)根据所述区域能源系统当前所处故障状态,考虑经济性,对区域能源系统中的各独立供能子系统对应的设备进行切换控制,实现能量调度。与现有技术相比,本发明具有调度可靠性、安全性高等优点。

Description

满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法
技术领域
本发明涉及一种区域能源系统控制方法,尤其是涉及一种满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法。
背景技术
随着我国经济增长速度的逐渐放缓,相应的能源需求增加速度也将会变慢,与此同时人们对生活环境的要求越来越高,这就迫使我们更多地从能源消费的结构和能源利用的效率方面考虑未来的用能形式和用能策略,而区域分布式能源系统的优势就在于较高的能源利用效率和清洁的能源消费结构,因此在可预见的未来,区域分布式能源系统的应用场景和普遍程度将会越来越高。于是,区域能源系统为刚性冷电负荷需求的用户提供稳定安全冷电的情况也会越来越多。最典型的就是园区型的集中式的网络数据中心,其对电力和冷量的需求往往是不间断的且安全性为100%,这就导致了大型数据中心的高能耗和高碳排问题。
要解决数据中心高能耗、高碳排和梯级能源需求的问题,就必须在数据中心能源系统的规划、设计和运行阶段充分考虑清洁能源、可再生能源和一次能源利用效率等指标。在已有的能源生产与转化技术条件下,区域综合能源系统正好可以解决以上问题。将区域综合能源系统引入数据中心的建设和后期运营,不仅为数据中心建设者提供一种新的能源解决方案,实现能源的梯级利用和低碳排,同时也可以降低后期运营中高额的能源费用。但正是由于区域综合能源系统冷量供应的不连续性和设备启停的大惯性(溴化锂吸收式制冷机组)导致了冷量刚性需求用户(如大型数据中心等)的不安全性,所以亟需一种新的解决方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法,包括以下步骤:
1)获取冷电负荷刚性需求用户的用能特征和用能安全性,确定区域能源系统采用的独立供能子系统及其备用关系;
2)获取所述区域能源系统中大惯性设备的稳定输出时间;
3)根据所述区域能源系统当前所处故障状态,考虑经济性,对区域能源系统中的各独立供能子系统对应的设备进行切换控制,实现能量调度。
所述独立供能子系统包括独立市电子系统、不间断供电子系统、独立燃气发电机组、补燃式溴化锂吸收式机组、独立电制冷机组子系统和蓄冷子系统中一个或多个;
所述大惯性设备为补燃式溴化锂吸收式机组。
所述故障状态包括双路市电故障、燃气供应故障、燃气内燃机发电机组故障、制冷机组故障、UPS故障、水泵故障、冷却塔故障和末端空调设备故障。
所述双路市电故障时的切换控制具体为:
101)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则执行步骤102),若否,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束;
102)启动不间断供电子系统、独立燃气发电机组和补燃式溴化锂吸收式机组,所述不间断供电子系统为IT设备供电,所述独立燃气发电机组发电供应独立电制冷机组子系统制冷供冷,同时补燃式溴化锂吸收式机组供冷;
103)设定控制时间t=0;
104)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔,获取不间断供电子系统的供电时间t1;
105)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤106)-107),若否,则执行步骤108)-111);
106)判断t1是否满足t1>T,T为补燃式溴化锂吸收式机组的稳定输出时间,若是,则执行步骤107),若否,则产生故障提示,结束;
107)判断t是否满足t≥t1-ε,若是,则独立燃气发电机组发电供应IT设备,补燃式溴化锂吸收式机组供冷,结束,若否,则返回步骤104);
108)获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
109)判断t1、t2是否满足t1+t2>T,若是,则执行步骤110),若否,则产生故障提示,结束;
110)判断t是否满足t≥t1-ε,若是,则启动蓄冷子系统释冷,独立燃气发电机组发电供应IT设备,停止补燃式溴化锂吸收式机组;
111)判断t是否满足t≥T,若是,则停止蓄冷子系统,启动补燃式溴化锂吸收式机组供冷,结束,若否,则t=t+ε,返回步骤110)。
所述燃气供应故障时的切换控制具体为:
201)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束,若否,则执行步骤202);
202)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤203),若否,则产生故障提示,结束;
203)启动独立市电子系统、蓄冷子系统和独立电制冷机组子系统;
204)设定控制时间t=0,并获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
205)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
206)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤207),若否,则产生故障提示,结束;
207)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止蓄冷子系统,结束,若否,则返回步骤205)。
所述燃气内燃机发电机组故障时的切换控制具体为:
301)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束,若否,则执行步骤302);
302)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤303)-307),若否,则执行步骤308)-310);
303)启动独立市电子系统、蓄冷子系统和独立电制冷机组子系统;
304)设定控制时间t=0,并获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
305)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
306)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤307),若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组后,执行步骤309)-310);
307)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止蓄冷子系统,结束,若否,则返回步骤305);
308)启动补燃式溴化锂吸收式机组、独立市电子系统和独立电制冷机组子系统,设定控制时间t=0;
309)对t进行赋值,t=t+ε;
310)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止补燃式溴化锂吸收式机组,结束,若否,则返回步骤309)。
所述制冷机组故障时的切换控制具体为:
401)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤403)-406),若否,则判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则产生预警信号,结束,若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组和备用制冷机,执行步骤407)-409);
402)启动备用制冷机,设定控制时间t=0;
403)获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
404)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
405)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤406),若否,则判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则产生预警信号,结束,若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组,执行步骤407)-409);
406)判断t是否满足t≥T1,若是,则结束,若否,则返回步骤404);
407)设定控制时间t=0;
408)对t进行赋值,t=t+ε;
409)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止补燃式溴化锂吸收式机组补燃模式,备用制冷机供冷,结束,若否,则返回步骤408)。
所述UPS故障、水泵故障、冷却塔故障或末端空调设备故障时,切换相应的备用设备工作。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1)本发明能够在考虑经济性和安全性的前提下实现有效的能量调度,解决了刚性冷电需求用户使用区域能源站溴化锂吸收式制冷机组供能的安全性问题,实现了能量供应的经济高效和梯级利用的同时保障系统的高安全性。
2)本发明提出了面向区域能源站刚性冷需求的溴化锂吸收式制冷机组安全供冷的调度方法,能够解决以下两个问题:
(a)刚性冷电需求用户采用区域能源站供能形式后,利用独立燃气发电机组替代原有备用的燃油发电机,系统遇到设备故障时,如何实现设备启停和能量调度的无缝切换和安全稳定;
(b)刚性冷电需求用户采用区域能源站供能形式后,由于采用蓄能子系统,如何在保证经济性的前提下实现日间设备的无缝切换和安全稳定。
3)本发明通过UPS供能时间、蓄能系统释冷时间、补燃式溴化锂吸收式机组输出稳定时间以及独立电制冷机组子系统的启动时间之间的关系进行能量调度,调度可靠性、安全性高。
附图说明
图1为满足用户刚性冷电需求的区域能源系统;
图2为双路市电发生故障时的设备切换控制逻辑图;
图3为燃气供应发生故障时的设备切换控制逻辑图;
图4为燃气内燃机发电机组故障时的设备切换控制逻辑图;
图5为制冷机组发生故障时的设备切换控制逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供一种满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法,该方法包括步骤:1)获取冷电负荷刚性需求用户的用能特征和用能安全性,确定区域能源系统采用的独立供能子系统及其备用关系;2)获取所述区域能源系统中大惯性设备的稳定输出时间;3)根据所述区域能源系统当前所处故障状态,考虑经济性,对区域能源系统中的各独立供能子系统对应的设备进行切换控制,实现能量调度。
刚性冷电需求用户是指区域供能范围内的高星级数据中心等。满足用户刚性冷电需求的区域能源系统包括多种独立供能子系统,所述独立供能子系统包括独立市电子系统、不间断供电子系统、独立燃气发电机组、补燃式溴化锂吸收式机组、独立电制冷机组子系统和蓄冷子系统中一个或多个,如图1所示,保证市电加电制冷机组,燃气发电机组加补燃式溴化锂吸收式机组能够分别独立运行,且在各自发生故障时能够保证用户的用能需求。所述大惯性设备为补燃式溴化锂吸收式机组。
所述的独立市电子系统包括独立变压器和ATS配电柜,为用户的电力需求、电制冷机组、不间断供电电源以及其他负载提供独立的电力供应;所述的不间断供电子系统是指保证一定时间T内用户不间断供电;所述的独立燃气发电机组是指燃气发电机组的发电功率能够满足用户的所有用电需求,且在充分利用余热制冷的同时保证用户的刚性冷量需求;所述的补燃式溴化锂吸收式机组是指在充分利用发电机组余热制冷的同时,可以适当通过燃气补燃的方式增加机组的冷出力;所述的独立电制冷机组子系统是指电制冷机组能够独立保证用户所有的冷量需求;蓄冷子系统是指充分利用峰谷电价实现经济效益和利用溴化锂吸收式机组回收更多的余热。
刚性冷电需求用户采用区域能源站供能形式后,由于采用蓄能子系统,其经济性造成的日间设备切换控制策略。蓄能设备经济性是指在日间峰谷电价策略下,为保证用户冷量的连贯性和充分的经济效益而优化得到的日间设备切换控制策略。
所述故障状态包括双路市电故障、燃气供应故障、燃气内燃机发电机组故障、制冷机组故障、UPS故障、水泵故障、冷却塔故障和末端空调设备故障,其中UPS故障、水泵故障、冷却塔故障或末端空调设备故障时,切换相应的备用设备工作,由相应的备份设备代替。
如图2所示,双路市电故障时的切换控制具体为:
101)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则执行步骤102),若否,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束;
102)启动不间断供电子系统、独立燃气发电机组和补燃式溴化锂吸收式机组,所述不间断供电子系统为IT设备供电,所述独立燃气发电机组发电供应独立电制冷机组子系统制冷供冷,同时补燃式溴化锂吸收式机组供冷;
103)设定控制时间t=0;
104)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔,获取不间断供电子系统的供电时间t1;
105)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统(即蓄冷设备),若是,则执行步骤106)-107),若否,则执行步骤108)-111);
106)判断t1是否满足t1>T,T为补燃式溴化锂吸收式机组的稳定输出时间,若是,则执行步骤107),若否,则产生故障提示,结束;
107)判断t是否满足t≥t1-ε,若是,则独立燃气发电机组发电供应IT设备,补燃式溴化锂吸收式机组供冷,结束,若否,则返回步骤104);
108)获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
109)判断t1、t2是否满足t1+t2>T,若是,则执行步骤110),若否,则产生故障提示,结束;
110)判断t是否满足t≥t1-ε,若是,则启动蓄冷子系统释冷,独立燃气发电机组发电供应IT设备,停止补燃式溴化锂吸收式机组;
111)判断t是否满足t≥T,若是,则停止蓄冷子系统,启动补燃式溴化锂吸收式机组供冷,结束,若否,则t=t+ε,返回步骤110)。
在产生故障警示时可采用两种方法保证供能系统的安全性,所述的两种方法是指,一是增大燃气发电机组和配套溴化锂吸收式制冷机组的配置容量,使得在溴化锂机组预冷的时间内发出足够的电量满足用户设备和制冷机的电力需求,二是增大UPS后备电源的容量或增加蓄冷容量。
如图3所示,燃气供应故障时的切换控制具体为:
201)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束,若否,则执行步骤202);
202)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤203),若否,则产生故障提示,结束;
203)启动独立市电子系统、蓄冷子系统和独立电制冷机组子系统;
204)设定控制时间t=0,并获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
205)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
206)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤207),若否,则产生故障提示,结束;
207)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止蓄冷子系统,结束,若否,则返回步骤205)。
当系统无蓄冷设备或者蓄冷设备的释冷时间t2<T1时系统可能发生故障,因此,应保证蓄冷设备的释冷时间始终维持在T1以上。
如图4所示,燃气内燃机发电机组故障时的切换控制具体为:
301)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束,若否,则执行步骤302);
302)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤303)-307),若否,则执行步骤308)-310);
303)启动独立市电子系统、蓄冷子系统和独立电制冷机组子系统;
304)设定控制时间t=0,并获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
305)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
306)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤307),若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组后,执行步骤309)-310);
307)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止蓄冷子系统,结束,若否,则返回步骤305);
308)启动补燃式溴化锂吸收式机组、独立市电子系统和独立电制冷机组子系统,设定控制时间t=0;
309)对t进行赋值,t=t+ε;
310)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止补燃式溴化锂吸收式机组,结束,若否,则返回步骤309)。
由上述过程可知,燃气内燃机发电机组故障时可以通过溴化锂的补燃方式取消对蓄冷设备的约束。
如图5所示,制冷机组故障时的切换控制具体为:
401)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤403)-406),若否,则判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则产生预警信号,结束,若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组和备用制冷机,执行步骤407)-409);
402)启动备用制冷机,设定控制时间t=0;
403)获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
404)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
405)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤406),若否,则判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则产生预警信号,结束,若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组,执行步骤407)-409);
406)判断t是否满足t≥T1,若是,则结束,若否,则返回步骤404);
407)设定控制时间t=0;
408)对t进行赋值,t=t+ε;
409)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止补燃式溴化锂吸收式机组补燃模式,备用制冷机供冷,结束,若否,则返回步骤408)。
通过上述设备切换过程可以解决区域能源系统在冷电负荷刚性需求情境下的设备无缝切换问题和保证用户用能安全性问题,本发明面向区域能源站刚性冷需求的溴化锂吸收式制冷机组安全供冷的调度方法,可实现能量供应的经济高效和梯级利用的同时保障系统的高安全性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)获取冷电负荷刚性需求用户的用能特征和用能安全性,确定区域能源系统采用的独立供能子系统及其备用关系;
2)获取所述区域能源系统中大惯性设备的稳定输出时间;
3)根据所述区域能源系统当前所处故障状态,考虑经济性,对区域能源系统中的各独立供能子系统对应的设备进行切换控制,实现能量调度;
所述独立供能子系统包括独立市电子系统、不间断供电子系统、独立燃气发电机组、补燃式溴化锂吸收式机组、独立电制冷机组子系统和蓄冷子系统中一个或多个;所述大惯性设备为补燃式溴化锂吸收式机组;
所述故障状态包括双路市电故障、燃气供应故障、燃气内燃机发电机组故障、制冷机组故障、UPS故障、水泵故障、冷却塔故障和末端空调设备故障;
所述双路市电故障时的切换控制具体为:
101)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则执行步骤102),若否,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束;
102)启动不间断供电子系统、独立燃气发电机组和补燃式溴化锂吸收式机组,所述不间断供电子系统为IT设备供电,所述独立燃气发电机组发电供应独立电制冷机组子系统制冷供冷,同时补燃式溴化锂吸收式机组供冷;
103)设定控制时间t=0;
104)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔,获取不间断供电子系统的供电时间t1;
105)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤106)-107),若否,则执行步骤108)-111);
106)判断t1是否满足t1>T,T为补燃式溴化锂吸收式机组的稳定输出时间,若是,则执行步骤107),若否,则产生故障提示,结束;
107)判断t是否满足t≥t1-ε,若是,则独立燃气发电机组发电供应IT设备,补燃式溴化锂吸收式机组供冷,结束,若否,则返回步骤104);
108)获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
109)判断t1、t2是否满足t1+t2>T,若是,则执行步骤110),若否,则产生故障提示,结束;
110)判断t是否满足t≥t1-ε,若是,则启动蓄冷子系统释冷,独立燃气发电机组发电供应IT设备,停止补燃式溴化锂吸收式机组;
111)判断t是否满足t≥T,若是,则停止蓄冷子系统,启动补燃式溴化锂吸收式机组供冷,结束,若否,则t=t+ε,返回步骤110)。
2.根据权利要求1所述的满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法,其特征在于,所述燃气供应故障时的切换控制具体为:
201)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束,若否,则执行步骤202);
202)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤203),若否,则产生故障提示,结束;
203)启动独立市电子系统、蓄冷子系统和独立电制冷机组子系统;
204)设定控制时间t=0,并获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
205)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
206)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤207),若否,则产生故障提示,结束;
207)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止蓄冷子系统,结束,若否,则返回步骤205)。
3.根据权利要求1所述的满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法,其特征在于,所述燃气内燃机发电机组故障时的切换控制具体为:
301)判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则维持区域能源系统的当前工作状态,结束,若否,则执行步骤302);
302)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤303)-307),若否,则执行步骤308)-310);
303)启动独立市电子系统、蓄冷子系统和独立电制冷机组子系统;
304)设定控制时间t=0,并获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
305)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
306)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤307),若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组后,执行步骤309)-310);
307)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止蓄冷子系统,结束,若否,则返回步骤305);
308)启动补燃式溴化锂吸收式机组、独立市电子系统和独立电制冷机组子系统,设定控制时间t=0;
309)对t进行赋值,t=t+ε;
310)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止补燃式溴化锂吸收式机组,结束,若否,则返回步骤309)。
4.根据权利要求1所述的满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法,其特征在于,所述制冷机组故障时的切换控制具体为:
401)判断区域能源系统是否含有蓄冷子系统,若是,则执行步骤403)-406),若否,则判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则产生预警信号,结束,若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组和备用制冷机,执行步骤407)-409);
402)启动备用制冷机,设定控制时间t=0;
403)获取蓄冷子系统的供冷时间t2;
404)对t进行赋值,t=t+ε,ε为控制时间间隔;
405)判断t2是否满足t2≥T1,T1为独立电制冷机组子系统的启动时间,若是,则执行步骤406),若否,则判断当前独立市电子系统是否处于工作状态,若是,则产生预警信号,结束,若否,则启动补燃式溴化锂吸收式机组,执行步骤407)-409);
406)判断t是否满足t≥T1,若是,则结束,若否,则返回步骤404);
407)设定控制时间t=0;
408)对t进行赋值,t=t+ε;
409)判断t是否满足t≥T1,若是,则停止补燃式溴化锂吸收式机组补燃模式,备用制冷机供冷,结束,若否,则返回步骤408)。
5.根据权利要求1所述的满足用户刚性冷电需求的区域能源系统设备切换控制方法,其特征在于,所述UPS故障、水泵故障、冷却塔故障或末端空调设备故障时,切换相应的备用设备工作。
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