CN111062635A - 一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统，包括系统软硬件和系统功能，所述系统软硬件包括自底向上依次构建的硬件平台、操作系统平台、通用中间件层、统一支撑平台层和应用软件层，系统功能包括数据采集、处理、实时数据管理、历史数据库管理、人机交互、报表功能、运行监控、储能系统能量分配。本发明的有益效果是：在熔盐储能联合火电调峰中实现数据采集与处理、阀门控制、熔盐的维护管理、人机交互，满足火电调峰的管理需求，实现对熔盐储能系统的能量分配和维护管理，保障熔盐系统正常运行，提高调峰效率和安全性。

Description

一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统

技术领域

本发明涉及一种能量管理系统，具体为一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统，属于能源管理技术领域。

背景技术

我国电力资源和区域经济分布不平衡，电网负荷波动大，调峰资源稀缺，供热机组比重加大，火电机组深度调峰危机自身和电网安全。随着可再生能源的集约化发展，给电网调峰和电网运行调控带来了一系列的问题。目前国内建设抽水蓄能电站是解决电网调峰和电网运行调控的主要手段，但是抽水蓄能电站选址受到地理位置、水头、地形地质等方面影响，大多数电网调峰资源极其短缺，基本上依靠火力发电机组进行调峰甚至深度调峰。

大型化、高参数机组参与调峰会造成机组金属疲劳，损害机组寿命，长时间低负荷运行其能效将会降低、经济性会变差、安全性也会降低，环保效能也会受到危害，而且受制于火电机组本身局限性，其短时间内适应负荷变化难度较大，调峰效果差。国内一般煤电机组负荷率低于50％的时候，脱硫系统吸收塔入口烟气流量下降，引风机会降速运行，可能导致发生塌床；负荷率低于35％左右的时候，脱硫系统停运。煤电机组长时间低负荷运行会导致进入脱硝系统的烟温过低，脱硝催化剂效果受影响，大大影响脱硝效率，导致氮氧化合物排放增加。

随着火电机组大面积供热改造，供热机组在电网中的比例越来越高，为了保证冬季供暖需求，供热机组必须维持在一定的负荷运行，这就更加大了电网调峰难度，威胁电网自身安全运行。其他调峰机组为了适应电网负荷需求变化，需要频繁升降负荷，长时间在特殊工况下运行，造成汽轮机调门频繁摆动，锅炉及其他辅助设备长期承受剧烈的温度变化和交变应力，严重损害设备使用寿命，不仅导致检修频率增加，维护成本上升，更可怕的是导致机组非计划停运次数增多，严重威胁机组、电网和运行人员人身安全。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统，包括系统软硬件和系统功能，所述系统软硬件包括自底向上依次构建的硬件平台、操作系统平台、通用中间件层、统一支撑平台层和应用软件层，该系统通过所述通用中间件层在硬件平台和操作系统平台上进行运行，所述统一支撑平台层构建在通用中间件层之上，所述应用软件层构建在统一支撑平台层之上；

其中，所述硬件平台可以是RISC体系结构的计算机，也可以是CISC体系结构的计算机；可以是32位机，也可以是64位机；所述操作系统可以为UNIX，LINUX和MicrosoftWindows等系统；所述统一支撑平台层包括数据库管理、网络管理、系统管理、平台接口等多个子系统；

所述系统功能包括：

数据采集、处理：一方面通过专用协议与熔盐储能控制装置进行通讯，采集控制器数据，并进行实时的监控操作；另一方面，采集储能系统和机组运行状态数据，实现熔盐储能调峰多维度指标分析；

实时数据管理：数据库管理系统是一个面向对象的分布式实时数据库管理系统，采用面向对象的数据模型，支持类之间的继承、聚集关系以及对象标识等面向对象的特性，能够构造复杂的结构模型，支持用户自定义数据类型和方法；

历史数据库管理：采用实时库与历史库相统一管理的模式，以满足实时应用对数据库实时性、一致性、完整性和开放性的特殊要求，通过历史库模式定义工具，可保证历史库与实时库模式定义的一致性；通过通用、统一访问接口，可实现跨实时、历史的透明数据访问，从而将实时库和历史库融合为一个整体；

人机交互：提供方便、直观和快速的操作方法，具有多窗口显示、菜单驱动，操作简单、屏幕显示信息准确特点，并且对一些操作作了人性化的设计，以便用户可以更好、更方便的使用；

报表功能：报表工具具有“报表模板制作”和“报表浏览”两大功能，用于实现报表模板的制作、管理、浏览、定时打印等。模板制作用于编辑生成各种不同类型不同样式的报表模板，报表浏览根据设置的报表时间，从数据库中自动取得的历史数据和实时数据，生成的报表可以保存为Excel文件或文本文件，用于WEB发布或归档；

运行监控：实时监视熔盐储能调峰系统的运行状态、锅炉运行状态、调峰指令与机组实际出力、熔盐转换速率和熔盐剩余状态、各类设备运行和告警信息，并进行控制模式、控制算法切换等操作；

储能系统能量分配：根据调峰指令，基于系统工况自动进行计算，得到实时的锅炉蒸汽的出力要求，将出力指令实时下发，控制熔盐储能系统调峰，使系统满足调度的调峰指令。

作为本发明再进一步的方案：所述系统功能的主要采集数据包括：

1)储能系统

监控的具体范围包括PCS、BMS、PCS本地控制装置等。采集的信息包括运行状态、电气信息、运行参数、保护信息等；

2)电厂RTU

采集的信息为调度调峰指令；

3)电厂DCS

锅炉的输出蒸汽、发电机的功率；

4)环境监控

监控的具体范围包括箱内环境。采集的信息包括温度、湿度、烟雾报警等。

作为本发明再进一步的方案：所述系统功能的数据采集与监控系统按双重化和互为备用的原则配置，且由运行人员控制层、控制层、就地层组成；

其中，运行人员控制层为全站设备监视、测量、控制、管理的中心，布置在集装箱内的服务器柜内，配置两台服务器，同时，在数据采集与监控系统站控层配置两套冗余的远动工作站，实现远动数据处理、接收、发送、通信功能。远动工作站信息为直采直送，采用双通道向调度传送信息，与调度主站端的通信可采用点对点和数据网两种方式；

控制层按照不同的工作类型和控制类型分为储热系统控制器和放热系统控制器，以相对独立的方式分散在各个工作场所。控制层接收就地层采集的现场相关信息，通过网络传送给站级计算机，同时还能接收运行人员控制控层的操作控制命令，对熔盐储能设备进行控制、调节；

就地层按间隔设置冗余的就地I/O单元，为采集设备的相关信息并上传至控制层，同时执行其控制层的指令，完成对应设备的操作控制。

本发明的有益效果是：该用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统设计合理，在熔盐储能联合火电调峰中实现数据采集与处理、阀门控制、熔盐的维护管理、人机交互，满足火电调峰的管理需求，实现对熔盐储能系统的能量分配和维护管理，保障熔盐系统正常运行，提高调峰效率和安全性。

附图说明

图1为本发明通信拓扑结构示意图。

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。

请参阅图1，一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统，包括系统软硬件和系统功能，所述系统软硬件包括自底向上依次构建的硬件平台、操作系统平台、通用中间件层、统一支撑平台层和应用软件层，该系统通过所述通用中间件层在硬件平台和操作系统平台上进行运行，所述统一支撑平台层构建在通用中间件层之上，为各类电力系统应用软件的开发和运行提供统一的支撑平台，所述应用软件层构建在统一支撑平台层之上，实现各类电力系统应用软件，如SCADA、控制和操作、统计计算等；

其中，所述硬件平台可以是RISC体系结构的计算机，也可以是CISC体系结构的计算机；可以是32位机，也可以是64位机；所述操作系统可以为UNIX，LINUX和MicrosoftWindows等系统；所述统一支撑平台层包括数据库管理、网络管理、系统管理、平台接口等多个子系统；

所述系统功能包括：

数据采集、处理：一方面通过专用协议与熔盐储能控制装置进行通讯，采集控制器数据，并进行实时的监控操作；另一方面，采集储能系统和机组运行状态数据，实现熔盐储能调峰多维度指标分析；

实时数据管理：数据库管理系统是一个面向对象的分布式实时数据库管理系统，采用面向对象的数据模型，支持类之间的继承、聚集关系以及对象标识等面向对象的特性，能够构造复杂的结构模型，支持用户自定义数据类型和方法，面向对象的数据模型，不仅易于描述电力系统及其拓扑关系，更能直接定义CIM中的类，不需要任何映射，是最容易接纳标准，并适应其版本变化的数据模型。采用面向对象模型可以免去模型转换和数据映射的麻烦，既可以遵循IEC 61970国际标准，又能保持实时库的高访问效率。具有开放性和实时性的完美统一。

系统的分布式体系结构使得数据库在系统的任意结点可配置，每个实时库只有一个主本，其他都是副本。数据库管理系统负责主副本之间的同步，应用程序既可以通过紧耦合方式直接存取本地库，获得内存指针级的访问速度；也可通过客户/服务器方式访问任一节点的数据库；

历史数据库管理：采用实时库与历史库相统一管理的模式，以满足实时应用对数据库实时性、一致性、完整性和开放性的特殊要求，通过历史库模式定义工具，可保证历史库与实时库模式定义的一致性；通过通用、统一访问接口，可实现跨实时、历史的透明数据访问，从而将实时库和历史库融合为一个整体；

系统充分利用商用关系数据库安全性高、处理速度快、保存容量大、具有标准开放的SQL数据访问接口等特点，提供对大量历史信息的存储、处理和检索的平台；

实时历史数据库系统是一个分布式系统，其主要功能是对海量数据进行采集、处理、压缩、存储、计算查询、统计等。时序数据库由若干个数据客户端和若干个数据服务器组成。数据客户端向开发人员提供数据存储和查询的接口；数据服务器是实时历史库系统的核心，完成时序数据的压缩存储和查询功能。为了保证数据处理的高效，在数据服务器端采取了多线程设计，分别完成数据收发，数据处理，数据压缩等功能，实现了并行处理；

人机交互：提供方便、直观和快速的操作方法，具有多窗口显示、菜单驱动，操作简单、屏幕显示信息准确等特点。并且对一些操作作了人性化的设计，以便用户可以更好、更方便的使用它。提供统计功能，积分值、平均值、最大值、最小值、极值时间等多曲线、多坐标轴同屏显示；可导出EXCEL兼容的CSV格式，也将当前曲线以图片格式导出；采用曲线拟合和平滑算法处理各个数据点，使曲线显示平滑没有毛刺；

报表功能：报表工具具有“报表模板制作”和“报表浏览”两大功能，用于实现报表模板的制作、管理、浏览、定时打印等。模板制作用于编辑生成各种不同类型不同样式的报表模板，如运行日志(日报)、月统计报表(月报)、年统计报表(年报)和各种管理报表。报表浏览根据设置的报表时间，从数据库中自动取得的历史数据和实时数据，用户不需要知道数据来源于历史库还是实时库，直接生成最终报表。生成的报表可以保存为Excel文件或文本文件，用于WEB发布或归档；

运行监控：实时监视熔盐储能调峰系统的运行状态、锅炉运行状态、调峰指令与机组实际出力、熔盐转换速率和熔盐剩余状态、各类设备运行和告警信息，并进行控制模式、控制算法切换等操作；

储能系统能量分配：根据调峰指令，基于系统工况自动进行计算，得到实时的锅炉蒸汽的出力要求，将出力指令实时下发，控制熔盐储能系统调峰，使系统满足调度的调峰指令。

进一步的，在本发明实施例中，所述系统功能的主要采集数据包括：

1)储能系统

监控的具体范围包括PCS、BMS、PCS本地控制装置等。采集的信息包括运行状态、电气信息、运行参数、保护信息等；

2)电厂RTU

采集的信息为调度调峰指令；

3)电厂DCS

锅炉的输出蒸汽、发电机的功率；

4)环境监控

监控的具体范围包括箱内环境。采集的信息包括温度、湿度、烟雾报警等。

进一步的，在本发明实施例中，所述系统功能的数据采集与监控系统按双重化和互为备用的原则配置，且由运行人员控制层、控制层、就地层组成；

其中，运行人员控制层为全站设备监视、测量、控制、管理的中心，布置在集装箱内的服务器柜内，配置两台服务器，同时，在数据采集与监控系统站控层配置两套冗余的远动工作站，实现远动数据处理、接收、发送、通信功能。远动工作站信息为直采直送，采用双通道向调度传送信息，与调度主站端的通信可采用点对点和数据网两种方式；

控制层按照不同的工作类型和控制类型分为储热系统控制器和放热系统控制器，以相对独立的方式分散在各个工作场所。控制层接收就地层采集的现场相关信息，通过网络传送给站级计算机，同时还能接收运行人员控制控层的操作控制命令，对熔盐储能设备进行控制、调节；

就地层按间隔设置冗余的就地I/O单元，为采集设备的相关信息并上传至控制层，同时执行其控制层的指令，完成对应设备的操作控制。

工作原理：在使用该用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统时，在熔盐储能联合火电调峰中实现数据采集与处理、阀门控制、熔盐的维护管理、人机交互，满足火电调峰的管理需求，实现对熔盐储能系统的能量分配和维护管理，保障熔盐系统正常运行，提高调峰效率和安全性。

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。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统，包括系统软硬件和系统功能，其特征在于：所述系统软硬件包括自底向上依次构建的硬件平台、操作系统平台、通用中间件层、统一支撑平台层和应用软件层，该系统通过所述通用中间件层在硬件平台和操作系统平台上进行运行，所述统一支撑平台层构建在通用中间件层之上，所述应用软件层构建在统一支撑平台层之上；

其中，所述硬件平台可以是RISC体系结构的计算机，也可以是CISC体系结构的计算机；可以是32位机，也可以是64位机；所述操作系统可以为UNIX，LINUX和Microsoft Windows等系统；所述统一支撑平台层包括数据库管理、网络管理、系统管理、平台接口等多个子系统；

所述系统功能包括：

数据采集、处理：一方面通过专用协议与熔盐储能控制装置进行通讯，采集控制器数据，并进行实时的监控操作；另一方面，采集储能系统和机组运行状态数据，实现熔盐储能调峰多维度指标分析；

实时数据管理：数据库管理系统是一个面向对象的分布式实时数据库管理系统，采用面向对象的数据模型，支持类之间的继承、聚集关系以及对象标识等面向对象的特性，能够构造复杂的结构模型，支持用户自定义数据类型和方法；

历史数据库管理：采用实时库与历史库相统一管理的模式，以满足实时应用对数据库实时性、一致性、完整性和开放性的特殊要求，通过历史库模式定义工具，可保证历史库与实时库模式定义的一致性；通过通用、统一访问接口，可实现跨实时、历史的透明数据访问，从而将实时库和历史库融合为一个整体；

人机交互：提供方便、直观和快速的操作方法，具有多窗口显示、菜单驱动，操作简单、屏幕显示信息准确特点，并且对一些操作作了人性化的设计，以便用户可以更好、更方便的使用；

报表功能：报表工具具有“报表模板制作”和“报表浏览”两大功能，用于实现报表模板的制作、管理、浏览、定时打印等。模板制作用于编辑生成各种不同类型不同样式的报表模板，报表浏览根据设置的报表时间，从数据库中自动取得的历史数据和实时数据，生成的报表可以保存为Excel文件或文本文件，用于WEB发布或归档；

运行监控：实时监视熔盐储能调峰系统的运行状态、锅炉运行状态、调峰指令与机组实际出力、熔盐转换速率和熔盐剩余状态、各类设备运行和告警信息，并进行控制模式、控制算法切换等操作；

储能系统能量分配：根据调峰指令，基于系统工况自动进行计算，得到实时的锅炉蒸汽的出力要求，将出力指令实时下发，控制熔盐储能系统调峰，使系统满足调度的调峰指令。

2.根据权利要求1所述的一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统，其特征在于：所述系统功能的主要采集数据包括：

1)储能系统

监控的具体范围包括PCS、BMS、PCS本地控制装置等。采集的信息包括运行状态、电气信息、运行参数、保护信息等；

2)电厂RTU

采集的信息为调度调峰指令；

3)电厂DCS

锅炉的输出蒸汽、发电机的功率；

4)环境监控

监控的具体范围包括箱内环境。采集的信息包括温度、湿度、烟雾报警等。

3.根据权利要求1所述的一种用于熔盐储能联合火电调峰的能量管理系统，其特征在于：所述系统功能的数据采集与监控系统按双重化和互为备用的原则配置，且由运行人员控制层、控制层、就地层组成；

其中，运行人员控制层为全站设备监视、测量、控制、管理的中心，布置在集装箱内的服务器柜内，配置两台服务器，同时，在数据采集与监控系统站控层配置两套冗余的远动工作站，实现远动数据处理、接收、发送、通信功能。远动工作站信息为直采直送，采用双通道向调度传送信息，与调度主站端的通信可采用点对点和数据网两种方式；

控制层按照不同的工作类型和控制类型分为储热系统控制器和放热系统控制器，以相对独立的方式分散在各个工作场所。控制层接收就地层采集的现场相关信息，通过网络传送给站级计算机，同时还能接收运行人员控制控层的操作控制命令，对熔盐储能设备进行控制、调节；

就地层按间隔设置冗余的就地I/O单元，为采集设备的相关信息并上传至控制层，同时执行其控制层的指令，完成对应设备的操作控制。

Images