CN108253506A - 一种基于运筹学理论的新能源集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于运筹学理论的新能源集成系统，包括自然供暖子系统、燃气供暖子系统、热机供暖子系统和运筹控制器，所述自然供暖子系统、燃气供暖子系统和热机供暖子系统均通过初级热水管和次级冷水管连接有储水罐，所述储水罐通过次级热水管和初级冷水管连接有用水子系统，所述初级冷水管通过减压阀连接有供水子系统，所述初级冷水管通过三通混水阀与次级热水管直接连通，所述初级热水管和次级热水管上均设有流量调节阀，所述流量调节阀与运筹控制器电性连接；运筹各个子系统与整个复杂大系统的关联关系，最终取得全局的最优化或次优化。

Description

一种基于运筹学理论的新能源集成系统

技术领域

本发明涉及运筹技术领域，具体为一种基于运筹学理论的新能源集成系统。

背景技术

近年来，多能源综合互补的系统引起了国内外非常广泛的关注。太阳能、地热能与燃气能以及机械能互补混合供暖系统就属于多能源综合互补混合加热取暖系统。种系统能促进可再生能源大规模开发利用、可维持加热供暖系统的连续性及稳定性。能克服单纯新能源投资成本高、利用率低等不足，是缓解一次能源紧张局面以及减少环境污染的有效途径，可作为调整能源结构的一个发展方向，以实现更深层次的节能减排。

集成新能源的混合加热供暖系统，是在传统加热供暖机组的基础上，合理将新能源与传统机组进行耦合的一种加热供暖模式。可降低单纯新能源发电的投资成本、提高新能源的利用率，因此可作为促进新能源大规模利用和火电机组技术节能发展的一个方向。但是现有技术下，对于新能源系统的不稳定和不连续性尚且得不到合理的处理，不能在整个系统的全局优化下获得最好的效果，而且系统运筹的结构复杂。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于运筹学理论的新能源集成系统，结构简单，运筹各个子系统与整个复杂大系统的关联关系，最终取得全局的最优化或次优化，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于运筹学理论的新能源集成系统，包括自然供暖子系统、燃气供暖子系统、热机供暖子系统和运筹控制器，所述自然供暖子系统、燃气供暖子系统和热机供暖子系统均通过初级热水管和次级冷水管连接有储水罐，所述储水罐通过次级热水管和初级冷水管连接有用水子系统，所述初级冷水管通过减压阀连接有供水子系统，所述初级冷水管通过三通混水阀与次级热水管直接连通，所述初级热水管和次级热水管上均设有流量调节阀，所述流量调节阀与运筹控制器电性连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述自然供暖子系统包括地热采暖系统和太阳能采暖系统，所述地热采暖系统由低温辐射地板采暖装置和地热交换装置组成，所述低温辐射地板采暖装置和地热交换装置通过分水器分别与初级热水管和次级冷水管连接构成循环回路，所述太阳能采暖系统包括太阳能集热板和太阳能循环组件，所述太阳能集热板和太阳能循环组件构成局部循环系统，且太阳能循环组件分别与初级热水管和次级冷水管连接构成循环回路。

作为本发明一种优选的技术方案，所述燃气供暖子系统由燃气热水器组成，所述燃气热水器与初级热水管和次级冷水管连接构成循环回路。

作为本发明一种优选的技术方案，所述热机供暖子系统包括热泵装置和水泵，所述热泵装置通过自循环导热管与储水罐连接，且在自循环导热管位于储水罐内的部分上固定安装有鳍状散热片，所述水泵设在自循环导热管上，且在水泵上设置有电磁调节开关，所述电磁调节开关与运筹控制器电性连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述三通混水阀和用水子系统之间设有水流量传感器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述运筹控制器包括PLC控制器，所述PLC控制器分别电性连接有A/D转换模块和D/A转换模块，所述PLC控制器通过D/A转换模块电性连接有PID控制算法模块，所述PID控制算法模块连接有执行机构，其中A/D转换模块连接有通信模块，所述通信模块与执行机构无线通讯连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述执行机构由流量调节阀、太阳能循环组件、电磁调节开关和水流量传感器组成。

在本发明中，需要解释的几个术语：

自然供暖子系统由自然能提供热量加热的，所述的自然能包括但不限于地热能和太阳能；

燃气供暖子系统通过天然气或液化石油气提供热源的加热系统；

热机供暖子系统具体指的是各种机械在运行的过程中产生的热量，并且综合利用该部分的热量来加热取暖的系统；

低温辐射地板采暖装置是以温度不高于60℃的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖系统，在本发明中严格来说也属于用水子系统，但是由于现有技术中低温辐射多采用的是地热，水温高于60℃，在自循环的过程中有大量的热量剩余，具有综合应用的基础；

地热交换装置，亦称为热交换器或热交换设备，是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用，在本发明中热源采用地热；

太阳能循环组件是指运用于太阳能的一次集热循环系统，它调节一次集热系统的循环，从而实现太阳能储热水箱温度的控制，循环组件基集多种功能元件为一体，同时起到安全、注/泄循环液、温度/压力检测的作用，在本实施方式中，具体可选择意大利莱菲255-256型循环组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过对子系统的监测，并且将监测数据进行运筹处理，进而将系统的总体功能与目标按照一定的比例关系分配给各个子系统，依靠各个子系统各自的执行机构实现自身的最优化，再在各个子系统上加以必要的协调器(即本实施方式中的运筹控制器)，利用各个子系统与整个复杂大系统的关联关系，最终取得全局的最优化或次优化。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明运筹控制器系统框图；

图3为本发明流程框图；

图中标号：1-自然供暖子系统；2-燃气供暖子系统；3-热机供暖子系统；4-运筹控制器；5-初级热水管；6-次级冷水管；7-储水罐；8-次级热水管；9-初级冷水管；10-用水子系统；11-减压阀；12-供水子系统；13-三通混水阀；14-流量调节阀；15-水流量传感器；

101-地热采暖系统；102-太阳能采暖系统；103-低温辐射地板采暖装置；104-地热交换装置；105-分水器；106-太阳能集热板；107-太阳能循环组件；

301-热泵装置；302-水泵；303-自循环导热管；304-鳍状散热片；305-电磁调节开关；

401-PLC控制器；402-A/D转换模块；403-D/A转换模块；404-PID控制算法模块；405-执行机构；406-通信模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明提供了一种基于运筹学理论的新能源集成系统，包括自然供暖子系统1、燃气供暖子系统2、热机供暖子系统3和运筹控制器4，所述自然供暖子系统1、燃气供暖子系统2和热机供暖子系统3均通过初级热水管5和次级冷水管6连接有储水罐7，所述储水罐7通过次级热水管8和初级冷水管9连接有用水子系统10，所述初级冷水管5通过减压阀11连接有供水子系统12，所述初级冷水管9通过三通混水阀13与次级热水管8直接连通，所述初级热水管5和次级热水管8上均设有流量调节阀14，所述流量调节阀14与运筹控制器4电性连接。

其中，所述三通混水阀13和用水子系统10之间设有水流量传感器15。

在现有的供热模式中，单一热源来说加热效果是十分有限的，成本也是相对较高的，在现有技术的条件下，基于大数据的统筹性规划才是新能源利用的趋势，这是由于在统筹规划的前提下能够实现数据的协调和控制，能够保证系统的全局优化性能。

在本实施方式中，大数据的统筹模式下能够综合考虑系统各个模块之间的相互关联关系与作用机理，能够解决新能源利用过程中的不确定性和未知性的缺陷，而且能够综合各个子系统模块之间的监测数据，实现整个系统的自我调整。

因此，为了更好的阐述上述问题，有必要针对本实施方式中各个子系统进行介绍：

作为优选的实施方式，所述自然供暖子系统1包括地热采暖系统101和太阳能采暖系统102，所述地热采暖系统101由低温辐射地板采暖装置103和地热交换装置104组成，所述低温辐射地板采暖装置103和地热交换装置104通过分水器105分别与初级热水管5和次级冷水管6连接构成循环回路，所述太阳能采暖系统102包括太阳能集热板106和太阳能循环组件107，所述太阳能集热板106和太阳能循环组件107构成局部循环系统，且太阳能循环组件107分别与初级热水管5和次级冷水管6连接构成循环回路。

另外，所述燃气供暖子系统2由燃气热水器组成，所述燃气热水器与初级热水管5和次级冷水管6连接构成循环回路。

在本实施方式中，所述热机供暖子系统3包括热泵装置301和水泵302，所述热泵装置301通过自循环导热管303与储水罐7连接，且在自循环导热管303位于储水罐7内的部分上固定安装有鳍状散热片304，所述水泵302设在自循环导热管303上，且在水泵302上设置有电磁调节开关305，所述电磁调节开关305与运筹控制器4电性连接。

优选的是，所述运筹控制器4包括PLC控制器401，所述PLC控制器401分别电性连接有A/D转换模块402和D/A转换模块403，所述PLC控制器401通过D/A转换模块403电性连接有PID控制算法模块404，所述PID控制算法模块404连接有执行机构405，其中A/D转换模块402连接有通信模块406，所述通信模块406与执行机构405无线通讯连接。

在本实施方式中，将系统的总体功能与目标按照一定的比例关系分配给各个子系统，依靠各个子系统各自的执行机构405实现自身的最优化，再在各个子系统上加以必要的协调器(即本实施方式中的运筹控制器4)，利用各个子系统与整个复杂大系统的关联关系，最终取得全局的最优化或次优化。

进一步说明的是，所述执行机构405由流量调节阀14、太阳能循环组件107、电磁调节开关305和水流量传感器15组成。

综合上述，本发明首先获取大数据的运筹数据，然后将系统数据进行综合，在这基础上通过大系统数据分析，获取广义的模型，得到最基本的处理模式，再通过反馈方式将其应用于大系统综合数据上，通过上述的反馈式循环结构实现最基本的运筹计算，从而获取本实施方式的最优方式。

其中，大数据的运筹数据包括但不限于上述执行机构405的监测信息。

需要补充说明的是，在新能源加热取暖过程中，各个子系统并入整体系统比较分散，而且极容易受到外界因素的影响，存在极大的不稳定性，相对于传统的系统存在极大的安全风险。

结合上述我们可以知道，新能源加热取暖具有间歇性和随机性的特征，因此，要想实现新能源系统的稳定，就必须要保证各个子系统之间的配合关系和协同关系，也就是要保证各个结构在各个监测节点和各个时间点实现平衡。

为了达到上述目的，新能源系统之间将会存在复杂的信息和数据交互关系，而且这种交互关系的随机扰动性强，采用上述的大数据统筹进行规划，可以有效的降低新能源系统的扰动性，提高了其可控性。

综合上述，在新能源大系统的结构已经基本明确的条件下，其性能分析需要广泛地借助大数据技术来完成。在可协调性分析方面，需要以大数据采集技术、大数据挖掘技术分析被控制者与控制者之间的能量流、信息流，并结合研究任务与资源的分配、完成情况；在稳定性分析方面，需要利用大数据识别技术识别当前系统状态，并通过大数据模拟技术对新能源大系统添加干扰因素以验证其稳定性；在能通性分析方面，需要利用大数据辨识技术研究新能源电力大系统实时运行条件下的信息流通导向，通过大数据分析技术分析模块之间信息传递的流动性和完整性。除此之外，还会应用到大数据清理技术(剔除异常数据)、大数据解读技术(数据深层剖析及多维度展示)、大数据存储技术，以及近期兴起的新型大数据技术(批处理与流处理的融合技术、领域普适知识挖掘技术、数据可视化技术、数据起源技术)等。

而在上述的处理过程中，通过运行多次获取的大数据模式，即可获得运筹计算的基本前提，因此可以获得最为基础的运筹计算模型，并通过各个模式之间的相互优化和反馈调节，实现大数据的运筹计算。

基于上述，本发明还需要强调的一点在于，对于初始计算，由于运筹数据较少，实际优化效果不理想，必须进行大数据运行后，根据大数据的运筹结构才能更好的获得优化效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种基于运筹学理论的新能源集成系统，其特征在于：包括自然供暖子系统(1)、燃气供暖子系统(2)、热机供暖子系统(3)和运筹控制器(4)，所述自然供暖子系统(1)、燃气供暖子系统(2)和热机供暖子系统(3)均通过初级热水管(5)和次级冷水管(6)连接有储水罐(7)，所述储水罐(7)通过次级热水管(8)和初级冷水管(9)连接有用水子系统(10)，所述初级冷水管(5)通过减压阀(11)连接有供水子系统(12)，所述初级冷水管(9)通过三通混水阀(13)与次级热水管(8)直接连通，所述初级热水管(5)和次级热水管(8)上均设有流量调节阀(14)，所述流量调节阀(14)与运筹控制器(4)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于运筹学理论的新能源集成系统，其特征在于：所述自然供暖子系统(1)包括地热采暖系统(101)和太阳能采暖系统(102)，所述地热采暖系统(101)由低温辐射地板采暖装置(103)和地热交换装置(104)组成，所述低温辐射地板采暖装置(103)和地热交换装置(104)通过分水器(105)分别与初级热水管(5)和次级冷水管(6)连接构成循环回路，所述太阳能采暖系统(102)包括太阳能集热板(106)和太阳能循环组件(107)，所述太阳能集热板(106)和太阳能循环组件(107)构成局部循环系统，且太阳能循环组件(107)分别与初级热水管(5)和次级冷水管(6)连接构成循环回路。

3.根据权利要求1所述的一种基于运筹学理论的新能源集成系统，其特征在于：所述燃气供暖子系统(2)由燃气热水器组成，所述燃气热水器与初级热水管(5)和次级冷水管(6)连接构成循环回路。

4.根据权利要求1所述的一种基于运筹学理论的新能源集成系统，其特征在于：所述热机供暖子系统(3)包括热泵装置(301)和水泵(302)，所述热泵装置(301)通过自循环导热管(303)与储水罐(7)连接，且在自循环导热管(303)位于储水罐(7)内的部分上固定安装有鳍状散热片(304)，所述水泵(302)设在自循环导热管(303)上，且在水泵(302)上设置有电磁调节开关(305)，所述电磁调节开关(305)与运筹控制器(4)电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于运筹学理论的新能源集成系统，其特征在于：所述三通混水阀(13)和用水子系统(10)之间设有水流量传感器(15)。

6.根据权利要求1所述的一种基于运筹学理论的新能源集成系统，其特征在于：所述运筹控制器(4)包括PLC控制器(401)，所述PLC控制器(401)分别电性连接有A/D转换模块(402)和D/A转换模块(403)，所述PLC控制器(401)通过D/A转换模块(403)电性连接有PID控制算法模块(404)，所述PID控制算法模块(404)连接有执行机构(405)，其中A/D转换模块(402)连接有通信模块(406)，所述通信模块(406)与执行机构(405)无线通讯连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于运筹学理论的新能源集成系统，其特征在于：所述执行机构(405)由流量调节阀(14)、太阳能循环组件(107)、电磁调节开关(305)和水流量传感器(15)组成。