CN111928337B - 适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统及其方法，其主要技术特点是：该系统包括蓄热式电采暖本地监控模块和蓄热式电采暖监控终端；蓄热式电采暖本地监控模块与能源需求互动平台和第三方平台相连接实现数据交互功能，该蓄热式电采暖本地监控模块与蓄热式电采暖监控终端相连接；所述蓄热式电采暖监控终端与蓄热式电采暖本体相连接。本发明能够根据自身系统运行状态、需求响应公告的补贴政策和实时的环境信息、电价信息，制定蓄热式电采暖的优化控制策略，有序地控制底层加热装置、蓄热装置、电动阀门、循环泵的状态，为开展蓄热式电采暖系统优化运行与和电网友好互动示范应用提供相关支撑。

Description

适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统及其方法

技术领域

本发明属于计算机控制领域，尤其是一种适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统及其方法。

背景技术

电采暖作为一种安全、清洁、舒适的采暖方式，被认为有利于环境改善，对治理城市空气污染、提高居民生活质量有显著的作用。截至2018年9月，北方地区“煤改电”项目累计完成223.83万户，覆盖面积15897万平方米，涉及村（社区）11278个。其中：蓄热式电采暖确认面积6370万平方米，占北方地区的40%。电采暖是北欧国家通常使用的供暖方法，电采暖设备维护和使用较为简单，通过控制电采暖系统的温控器，将温度准确地保持在所设定的温度达到采暖的目的。蓄热式电采暖的国际市场消费主要分布在美洲、欧洲和亚洲，且基本形成三足鼎立的局面。近年来，全球蓄热式电采暖市场一直保持稳定增长趋势。

以华北地区某地为例，在冬季春节期间，电力负荷大幅削减，热电联供机组受“热电耦合”运行特性限制，供热能力不足，居民取暖得不到保障。为应对上述问题，保障国计民生，政府在冬季春节期间实施了电力需求响应工作。蓄热式电采暖作为优质的可中断、可调节负荷资源，对解决冬季春节期间的热电矛盾具有双重作用，供热优势非常明显。

目前，国内外已有相关学者对蓄热式电采暖系统的运行进行了相关研究。大连理工大学吕泉、刘永成等学者研究了蓄热电锅炉方案在解决新能源消纳方面的应用问题，对比了固定时段运行策略与灵活协调运行策略两种运行方式在对新能源消纳方面的效果，东北电力大学李国庆等学者则将电化学储能也纳入综合能源系统内，将其与蓄热电锅炉一起考虑，以消纳风电和设备调节次数最小为目标提出了频繁弃风区域的新能源就地消纳方案。Mehleri, E. D , Sarimveis, H等人研究了小型社区级的供热和供电需求平衡模型，模型中包括集中电网和多类微型热电联产单元，以及辅助供能的燃气锅炉，应用混合整数线性规划方法对模型进行求解，其研究的特点在于考虑了管道中的能源损耗。

上述蓄热式电采暖控制装置，通常只能实现在手动或者固定时间段的启停控制，控制方式粗放且缺乏有效互动控制手段。如何在需求响应工作以常规化机制，充分发挥蓄热式电采暖负荷优质的可中断、可调节、可储能的优势是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统及其方法，能够为蓄热式电采暖用户参与和电网互动、促进可再生能源消纳、提升采暖系统经济运行水平、降低电网峰谷差和促进蓄热式电采暖系统推广。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统，包括相互连接蓄热式电采暖本地监控模块和蓄热式电采暖监控终端；所述蓄热式电采暖本地监控模块与第三方平台相连接，接收第三方平台的天气、电价实时信息，并将系统运行状态信息上传至第三方平台；所述蓄热式电采暖本地监控模块与能源需求互动平台相连接，接收需求响应公告信息，计算需求响应的可响应量、响应时段信息并发送给能源需求互动平台；所述蓄热式电采暖监控终端与蓄热式电采暖本体相连接采集蓄热式电采暖本体的状态信息，实时计算蓄热式电采暖本体的可调控容量并向蓄热式电采暖本地监控模块发送；所述蓄热式电采暖本地监控模块计算响应期间的加热功率、放热功率、加热时段、放热时段的运行指令，制定出蓄热式电采暖系统的优化控制策略并下发至蓄热式电采暖监控终端用于控制蓄热式电采暖本体的运行。

而且，所述蓄热式电采暖本地监控模块采用微处理器实现，包括基本控制模块、高级控制模块及通信接口，基本控制模块实现系统的运行策略制定、统计分析、系统管理和设备管理功能；高级控制模块实现系统的电费管理、热费管理、需求响应量计算、需求响应时段计算和远程控制；通过通信接口分别与电采暖控制终端、能源需求互动平台和第三方平台相连接。

而且，所述蓄热式电采暖监控终端包括计量模块、处理模块、人机接口模块、通信接口模块；所述人机接口模块、通信接口模块均与处理模块连接；所述计量模块包括电压采集电路、电流采集电路、非电气量收集电路，所述电压采集电路、电流采集电路、非电气量收集电路一端与蓄热式电采暖本体相连接，电压采集电路的一端、电流采集电路的一端和非电气量收集电路的另一端与处理模块连接。

而且，所述处理模块内置有需求响应场景的蓄热式电采暖监控终端的可调节潜力量化算法，该可调节潜力量化算法用于计算蓄热式电采暖本体的可调控容量。

而且，所述计量模块采集的数据包括电流、电压、辅机耗电量、出水温度、回水温度、水压、水位、工作状态和故障状态。

而且，所述可调控容量包括蓄热式电采暖的受控调节功率、蓄热式电采暖的热功率和蓄热式电采暖的电功率。

而且，所述蓄热式电采暖本体由加热、蓄热、管路、阀门、循环泵及UPS构成。

一种适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统的方法，包括以下步骤：

步骤1、蓄热式电采暖监控终端采集蓄热式电采暖本体的状态信息，计算当前蓄热式电采暖本体的运行状态，并将运行状态上传给蓄热式电采暖本地监控模块；

步骤2、蓄热式电采暖监控终端采用可调节潜力量化方法，实时计算蓄热式电采暖本体的可调控容量并向蓄热式电采暖本地监控模块发送；

步骤3、蓄热式电采暖本地监控模块接收第三方平台的天气、电价实时信息，并将系统运行状态信息上传至第三方平台；

步骤4、蓄热式电采暖本地监控模块根据需求响应公告信息，结合系统运行状态和外部市场、环境信息，计算出需求响应的可响应量、响应时段信息，报送给能源供需互动服务平台；蓄热式电采暖本地监控模块计算系统在响应期间的加热功率、放热功率、加热时段、放热时段的运行指令，并基于上述指令制定出蓄热式电采暖系统的优化控制策略；

步骤5、蓄热式电采暖本地监控模块将优化控制策略下发到蓄热式电采暖监控终端，蓄热式电采暖监控终端通过指令生成、指令分配、指令下发给蓄热式电采暖本体并实现控制功能；蓄热式电采暖监控终端实时监测蓄热式电采暖系统的运行状态信息，并上传给蓄热式电采暖本地监控模块；

步骤6、蓄热式电采暖本地监控模块根据实时运行状态信息、第三方平台信息和需求响应信息，计算和调整运行指令，实现闭环控制功能。

而且，所述步骤2蓄热式电采暖本体的可调控容量包括：蓄热式电采暖的受控调节功率、蓄热式电采暖的热功率、蓄热式电采暖的电功率，其关系需满足以下关系：

其中，

为蓄热式电采暖的受控调节功率，代表蓄热式电采暖响应需求响应的实际调控量；

为蓄热式电采暖的热功率，代表其对外释放的热量；

为蓄热式电采暖的电功率，代表电加热部分的功率；

为不受控条件下的自然消耗功率，其数值与室内外温差正相关，

为室内外温差；

为蓄热式电采暖的极限负荷，代表其未参与需求响应条件下的电功率；

为需求响应开始时刻；

为需求响应持续时间；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热量；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热下限；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热上限。

而且，所述蓄热式电采暖监控终端采集蓄热式电采暖本体的状态信息包括当前进回水温度、蓄热量、阀门开度和管道流量信息。

本发明的优点和积极效果是：

本发明根据蓄热式电采暖的运行特点，能够在需求响应公告发布后，根据自身系统运行状态、需求响应公告的补贴政策和实时的环境信息、电价信息，计算出针对该需求响应公告的可响应量、响应时段，制定蓄热式电采暖的优化控制策略，有序地控制底层加热装置、蓄热装置、电动阀门、循环泵的状态，为开展蓄热式电采暖系统优化运行与和电网友好互动示范应用提供相关支撑；同时为蓄热式电采暖用户参与和电网互动、促进可再生能源消纳、提升采暖系统经济运行水平、降低电网峰谷差和促进蓄热式电采暖系统推广等方面提供一种切实有效的解决途径。

附图说明

图1为本发明适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统的连接图；

图2为本发明的蓄热式电采暖本地监控模块的功能示意图；

图3为本发明的蓄热式电采暖监控终端电路方框图；

图4为本发明的蓄热式电采暖监控终端的功能示意图；

图5为本发明的蓄热式电采暖系统的连接图；

图6为本发明可调节潜力量化方法示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

一种适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统，如图1所示，包括蓄热式电采暖本地监控模块和蓄热式电采暖监控终端；所述蓄热式电采暖本地监控模块与能源需求互动平台和第三方平台相连接实现数据交互功能，该蓄热式电采暖本地监控模块与蓄热式电采暖监控终端相连接，蓄热式电采暖本地监控模块下发控制指令给蓄热式电采暖监控终端，蓄热式电采暖监控终端向蓄热式电采暖本地监控模块提供状态信息；所述蓄热式电采暖监控终端与蓄热式电采暖本体相连接，实现采集蓄热式电采暖本体的温度数据、压力数据、流量数据及电气数据功能并可向蓄热式电采暖本体发送控制命令控制蓄热式电采暖本体的运行。

如图2所示，蓄热式电采暖本地监控模块采用微处理器实现，包括基本控制模块、高级控制模块及多个通信接口。基本控制模块实现系统的运行策略制定、统计分析、系统管理和设备管理功能。高级控制模块实现系统的电费管理、热费管理、需求响应量计算、需求响应时段计算和远程控制。蓄热式电采暖本地监控模块能够根据能源供需互动服务平台发布的需求响应公告以及第三方平台提供的天气信息、电价信息，并结合蓄热式电采暖监控终端提供的蓄热式电采暖可调控容量，制定最优的发热、蓄热、放热策略。蓄热式电采暖本地监控模块通过通信接口向能源供需互动服务平台报送需求响应情况信息，通过通信接口向第三方平台提供蓄热式电采暖系统的运行数据。

如图3所示，所述蓄热式电采暖监控终端包括计量模块、处理模块、人机接口模块、通信接口模块。所述计量模块、人机接口模块、通信接口模块分别与处理模块连接。所述计量模块包括电压采集电路、电流采集电路、非电气量收集电路，所述电压采集电路、电流采集电路、非电气量收集电路一端与蓄热式电采暖本体相连接，电压采集电路的一端、电流采集电路的一端和非电气量收集电路的另一端与处理模块连接。

如图4所示，所述蓄热式电采暖监控终端能够实现蓄热式电采暖系统的数据监视功能，处理模块固化有需求响应场景的蓄热式电采暖监控终端的可调节潜力量化方法，实时计算蓄热式电采暖本体的可调控容量，并根据蓄热式电采暖本地监控模块的运行策略实现对蓄热式电采暖本体进行控制。该蓄热式电采暖监控终端的通信接口模块可以实现蓄热式电采暖系统数据的监视和运行的控制。该蓄热式电采暖监控终端在收到蓄热式电采暖本地监控模块的运行策略或人机交互指令信息后，通过指令生成、指令分配、指令下发，实现对蓄热式电采暖本体的控制功能。该蓄热式电采暖监控终端通过数据采集、数据处理实现蓄热式电采暖系统的数据监视功能，同时该蓄热式电采暖监控终端能够进行数据存储并生成数据报表。该蓄热式电采暖监控终端监测到运行数据异常时，进行报警。

在本实施例中，蓄热式电采暖本地监控模块、多个蓄热式电采暖监控终端及蓄热式电采暖本体连接在一起构成蓄热式电采暖系统，如图5所示。所述蓄热式电采暖本体由加热、蓄热、管路、阀门、循环泵及UPS构成。所述蓄热式电采暖监控终端接收温度传感器、流量传感器、压力传感器、电测量装置等信息采集装置提供的监视信息，同时下发优化控制指令到蓄热式电采暖本体，实现需求响应场景下的蓄热式电采暖优化控制功能。蓄热式电采暖监控终端监视的为蓄热式电采暖的运行状态信息，该信息通过温度传感器、流量传感器、压力传感器、电测量装置等信息采集装置采集得到。具体包括：电流、电压、辅机耗电量、出水温度、回水温度、水压、水位、工作状态、故障状态、报警信息。

蓄热式电采暖监控终端根据优化控制策略，下发控制指令至蓄热式电采暖本体的加热部分、蓄热部分、阀门、循环泵等装置，包括：加热部分电功率、放热功率、阀门开度、循环泵流量等。同时向蓄热式电采暖本地监控模块反馈蓄热式电采暖本体的受控调节量、电采暖的出力调节上边界、电采暖的出力调节下边界。

基于上述适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统，本发明还提出一种适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控方法，包括以下步骤：

步骤1、蓄热式电采暖监控终端通过计量模块采集蓄热式电采暖本体当前进回水温度、蓄热量、阀门开度、管道流量等信息，计算当前蓄热式电采暖本体的运行状态，并将运行状态上传给蓄热式电采暖本地监控模块。

步骤2、蓄热式电采暖监控终端采用可调节潜力量化方法，实时计算蓄热式电采暖本体的可调控容量并向蓄热式电采暖本地监控模块发送。

在本步骤中，蓄热式电采暖本体的可调控容量包括：蓄热式电采暖的受控调节功率、蓄热式电采暖的热功率、蓄热式电采暖的电功率，其关系需满足以下关系：

其中，

为蓄热式电采暖的受控调节功率，代表蓄热式电采暖响应需求响应的实际调控量；

为蓄热式电采暖的热功率，代表其对外释放的热量；

为蓄热式电采暖的电功率，代表电加热部分的功率；

为不受控条件下的自然消耗功率，其数值与室内外温差正相关，

为室内外温差；

为蓄热式电采暖的极限负荷，代表其未参与需求响应条件下的电功率；

为需求响应开始时刻；

为需求响应持续时间；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热量；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热下限；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热上限。

步骤3、蓄热式电采暖本地监控模块通过通信接口接收第三方平台的天气、电价等实时信息，以实时掌握外部市场、气象等信息；同时，蓄热式电采暖本地监控模块将系统运行状态信息通过通信接口上传至第三方平台。

步骤4、在能源供需互动服务平台发布需求响应公告后，蓄热式电采暖本地监控模块根据需求响应公告信息，结合系统运行状态和外部市场、环境信息，计算出需求响应的可响应量、响应时段等信息，报送给能源供需互动服务平台；蓄热式电采暖本地监控模块计算系统在响应期间的加热功率、放热功率、加热时段、放热时段等运行指令，并基于上述指令制定出蓄热式电采暖系统的优化控制策略。

步骤5、蓄热式电采暖本地监控模块将优化控制策略下发到蓄热式电采暖监控终端，蓄热式电采暖监控终端通过指令生成、指令分配、指令下发给蓄热式电采暖本体并实现控制功能；蓄热式电采暖监控终端实时监测蓄热式电采暖系统的运行状态信息，并上传给蓄热式电采暖本地监控模块。

步骤6、蓄热式电采暖本地监控模块根据该实时运行状态信息、天气、电价等实时信息和需求响应信息，计算和调整运行指令，实现闭环控制功能。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统的方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1、蓄热式电采暖监控终端采集蓄热式电采暖本体的状态信息，计算当前蓄热式电采暖本体的运行状态，并将运行状态上传给蓄热式电采暖本地监控模块；

步骤2、蓄热式电采暖监控终端采用可调节潜力量化方法，实时计算蓄热式电采暖本体的可调控容量并向蓄热式电采暖本地监控模块发送；

步骤3、蓄热式电采暖本地监控模块接收第三方平台的天气、电价实时信息，并将系统运行状态信息上传至第三方平台；

步骤4、蓄热式电采暖本地监控模块根据需求响应公告信息，结合系统运行状态和外部市场、环境信息，计算出需求响应的可响应量、响应时段信息，报送给能源供需互动服务平台；蓄热式电采暖本地监控模块计算系统在响应期间的加热功率、放热功率、加热时段、放热时段的运行指令，并基于上述指令制定出蓄热式电采暖系统的优化控制策略；

步骤5、蓄热式电采暖本地监控模块将优化控制策略下发到蓄热式电采暖监控终端，蓄热式电采暖监控终端通过指令生成、指令分配、指令下发给蓄热式电采暖本体并实现控制功能；蓄热式电采暖监控终端实时监测蓄热式电采暖系统的运行状态信息，并上传给蓄热式电采暖本地监控模块；

步骤6、蓄热式电采暖本地监控模块根据实时运行状态信息、第三方平台信息和需求响应信息，计算和调整运行指令，实现闭环控制功能；

所述步骤2蓄热式电采暖本体的可调控容量包括：蓄热式电采暖的受控调节功率、蓄热式电采暖的热功率、蓄热式电采暖的电功率，其关系需满足以下关系：

其中，

为蓄热式电采暖的受控调节功率，代表蓄热式电采暖响应需求响应的实际调控量；

为蓄热式电采暖的热功率，代表其对外释放的热量；

为蓄热式电采暖的电功率，代表电加热部分的功率；

为不受控条件下的自然消耗功率，其数值与室内外温差正相关，

为室内外温差；

为蓄热式电采暖的极限负荷，代表其未参与需求响应条件下的电功率；

为需求响应开始时刻；

为需求响应持续时间；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热量；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热下限；

为蓄热式电采暖蓄热部分的蓄热上限。

2.根据权利要求1所述的适用于需求响应场景的蓄热式电采暖监控系统的方法，其特征在于：所述蓄热式电采暖监控终端采集蓄热式电采暖本体的状态信息包括当前进回水温度、蓄热量、阀门开度和管道流量信息。

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