CN111948991A - 基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法，包括中央控制中心、综合能源控制站、采集子站、数据控制中心和协同运作系统，本发明涉及综合能源技术领域。该基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法，解决各能源通常采取独立的采集和控制系统，无法满足综合能源系统对各能源协同控制的要求，在各项能源中出现电力系统故障时，无法进行及时的大数据上传，导致无法对各项电能进行协调运作，会造成一项电能短时间无法使用，无法调用其他电能来进行启动运作，除时间尺度的差异外，综合能源系统中存在能源耦合设备，各设备建立的能源耦合关系以及设备的动态特性使综合能源系统的控制变得十分复杂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源技术领域，具体为基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法。
背景技术
综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统，理论上讲，综合能源系统并非一个全新的概念，因为在能源领域中，长期存在着不同能源形式协同优化的情况，如CCHP发电机组通过高低品位热能与电能的协调优化，以达到燃料利用效率提升的目的；冰蓄冷设备则协调电能和冷能(也可视为一种热能)，以达到电能削峰填谷的目的。本质上讲，CCHP和冰蓄冷设备都属于局部的综合能源系统，事实上，综合能源系统的概念最早来源于热电协同优化领域的研究，综合能源系统特指在规划、建设和运行等过程中，通过对能源的产生、传输与分配(能源网络)、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后，形成的能源产供销一体化系统。它主要由供能网络(如供电、供气、供冷/热等网络)、能源交换环节(如CCHP机组、发电机组、锅炉、空调、热泵等)、能源存储环节(储电、储气、储热、储冷等)、终端综合能源供用单元(如微网)和大量终端用户共同构成。
由于各能源物理特性的差异，综合能源系统内的多种能源在采集监测和控制的时间尺度上存在多种需求，目前，各能源通常采取独立的采集和控制系统，无法满足综合能源系统对各能源协同控制的要求。
在各项能源中出现电力系统故障时，无法进行及时的大数据上传，导致无法对各项电能进行协调运作，会造成一项电能短时间无法使用，无法调用其他电能来进行启动运作。
除时间尺度的差异外，综合能源系统中存在能源耦合设备，如天然气热电联供设备、电制热设备等，各设备建立的能源耦合关系以及设备的动态特性使综合能源系统的控制变得十分复杂。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法，解决了各能源通常采取独立的采集和控制系统，无法满足综合能源系统对各能源协同控制的要求，在各项能源中出现电力系统故障时，无法进行及时的大数据上传，导致无法对各项电能进行协调运作，会造成一项电能短时间无法使用，无法调用其他电能来进行启动运作，除时间尺度的差异外，综合能源系统中存在能源耦合设备，如天然气热电联供设备、电制热设备等。各设备建立的能源耦合关系以及设备的动态特性使综合能源系统的控制变得十分复杂的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于综合能源服务系统的优化控制系统，包括中央控制中心、综合能源控制站、采集子站、数据控制中心和协同运作系统，所述中央控制中心与综合能源控制站实现双向电性连接，所述采集子站与数据控制中心实现双向电性连接，所述协同运作系统分别与综合能源控制站和数据控制中心实现双向电性连接。
所述综合能源控制站包括电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统，所述综合能源控制站的输出端分别与电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统的输入端电信连接，所述数据控制中心包括数据检测系统、数据显示系统和日长数据传输单元，且数据控制中心的输出端分别与数据检测系统和数据显示系统的输入端电性连接，所述数据显示系统的输出端与日长数据传输单元的输入端电性连接。
优选的，所述电能控制系统包括风力发电控制器、水力发电控制器、火力发电控制器、生物发电控制器和核能发电控制器，所述电能控制系统的输出端与光伏发电控制器的输入端电性连接，所述电能控制系统的输出端与风力发电控制器的输入端电性连接，所述电能控制系统的输出端与水力发电控制器的输入端电性连接，所述电能控制系统的输出端与火力发电控制器的输入端电性连接，所述电能控制系统的输出端与生物发电控制器的输入端电性连接，所述电能控制系统的输出端与核能发电控制器的输入端电性连接。
优选的，所述热能控制系统包括蒸汽发热控制器、热泵发热控制器和电热炉发热控制器，所述热能控制系统的输出端与蒸汽发热控制器的输入端电性连接，所述热能控制系统的输出端与热泵发热控制器的输入端电性连接，所述热能控制系统的输出端与电热炉发热控制器的输入端电性连接。
优选的，所述天然气控制系统的输出端与天然气控制器的输入端电性连接。
优选的，所述数据控制中心包括数据检测系统、数据显示系统和日长数据传输单元，所述数据控制中心的输出端与数据检测系统的输入端电性连接，所述数据控制中心的输出端与数据显示系统的输入端电性连接，且数据显示系统的输出端与日长数据传输单元的输入端电性连接。
优选的，所述协同运作系统包括信号汇总线和能源交付总线，所述协同运作系统的输出端与信号汇总线的输入端电性连接。
优选的，所述能源交付总线中包括控制器、无线连接器。
优选的，所述信号汇总线为无线连接。
本发明还公开了基于综合能源服务系统的优化控制方法，控制方法包括如下步骤：
S1、集中控制的连接：首先将通过综合能源控制站将综合能源中的电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统全部进行连接，并且进行集体整合，另外在通过信号汇总线将综合能源控制站中的电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统进行数据的总连接，以及通过能源交付总线将电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统全部进行并联模式控制；
S2、数据的上传：通过信号汇总线将综合能源控制站中的电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统进行数据的连接会传输到数据控制中心中的日长数据传输单元，日长数据传输单元会进行每天数据的更新和储存，以及数据显示系统会对日长数据传输单元每天的数据进行显示，来观察数据的变化，以及通过能源交付总线将电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统全部进行控制，控制后的信号汇总线、能源交付总线和日长数据传输单元全部将数据输出到数据控制中心中，由数据控制中心将数据输出到采集子站中，在通过采集子站的输出使中央控制中心来接收全部的大数据；
S3、故障检测：由中央控制中心通过数据显示系统可以检测综合能源控制站每天的数据，当综合能源控制站呈现出来的数据出现变化时，通过数据检测系统控制信号汇总线来检测电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统的数据，当电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统中数据存在异常，通过工作人员对其分别进行检测，最终的检测数据需要通过信号汇总线传输到数据控制中心中，在数据控制中心传输到采集子站中，最后由采集子站传输到中央控制中心中；
S4、启动备用模式：中央控制中心中传输的数据中发生电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统中任意一处光伏发电控制器、风力发电控制器、水力发电控制器、火力发电控制器、生物发电控制器和核能发电控制器，和蒸汽发热控制器、热泵发热控制器和电热炉发热控制器，以及天然气控制器存在异常时，由中央控制中心通过采集子站将所需要的指令输出到数据控制中心中，在由数据控制中心控制能源交付总线来控制综合能源控制站，使综合能源控制站中其他的电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统中的光伏发电控制器、风力发电控制器、水力发电控制器、火力发电控制器、生物发电控制器和核能发电控制器，和蒸汽发热控制器、热泵发热控制器和电热炉发热控制器来进行启动，对异常一处其进行连接，并进行启动运作；
S5、故障排除：当S4步骤中电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统发出的异常在故障检测完成时，在通过中央控制中心通过能源交付总线，来关闭连接，接触对其进行连接。
(三)有益效果
本发明提供了基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法，通过综合能源控制站来将独立在外的电能源、热能源和天然气能源全部进行集体整合，来进行全部的连通，解决各能源通常采取独立的采集和控制系统，无法满足综合能源系统对各能源协同控制的要求，。
(2)、该基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法，通过信号汇总线和能源交付总线来将电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统进行全部的数据上传和并联共同控制，可以解决在各项能源中出现电力系统故障时，无法进行及时的大数据上传，导致无法对各项电能进行同意协调运作，会造成一项电能短时间无法使用，无法调用其他电能来进行启动运作。
(3)、该基于综合能源服务系统的优化控制系统及其方法，通过数据检测系统和采集子站来进行不同种类电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统之间存在的数据差异，来进行大数据的整合进行上传，使所有设备每天数据全部进行更行，来观察电能控制系统、热能控制系统和天然气控制系统的数据变化，解决除时间尺度的差异外，综合能源系统中存在能源耦合设备，如天然气热电联供设备、电制热设备等。各设备建立的能源耦合关系以及设备的动态特性使综合能源系统的控制变得十分复杂。
附图说明
图1为本发明结构原理框图；
图2为本发明综合能源控制站结构的原理框图；
图3为本发明电能控制系统结构的原理框图；
图4为本发明热能控制系统结构的原理框图；
图5为本发明天然气控制系统结构的原理框图；
图6为本发明能源交付总线连接结构的原理框图；
图7为本发明数据检测系统结构的原理框图；
图8为本发明协同运作结构的原理框图；
图9为本发明故障检测的逻辑图；
图10为本发明测试放大的流程图；
图中：1、中央控制中心；2、综合能源控制站；21、电能控制系统；211、光伏发电控制器；212、风力发电控制器；213、水力发电控制器；214、火力发电控制器；215、生物发电控制器；216、核能发电控制器；22、热能控制系统；221、蒸汽发热控制器；222、热泵发热控制器；223、电热炉发热控制器；23、天然气控制系统；231、天然气控制器；3、采集子站；4、数据控制中心；41、数据检测系统；42、数据显示系统；43、日长数据传输单元；5、协同运作系统；51、信号汇总线；52、能源交付总线。
具体实施方式
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，本发明实施例提供一种技术方案：基于综合能源服务系统的优化控制系统，包括中央控制中心1、综合能源控制站2、采集子站3、数据控制中心4和协同运作系统5，中央控制中心1与综合能源控制站2实现双向电性连接，采集子站3与数据控制中心4实现双向电性连接，协同运作系统5分别与综合能源控制站2和数据控制中心4实现双向电性连接；
请参阅图2，综合能源控制站2包括电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23，综合能源控制站2的输出端分别与电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23的输入端电信连接。
请参阅图3-6，电能控制系统21包括风力发电控制器212、水力发电控制器213、火力发电控制器214、生物发电控制器215和核能发电控制器216，电能控制系统21的输出端与光伏发电控制器211的输入端电性连接，电能控制系统21的输出端与风力发电控制器212的输入端电性连接，电能控制系统21的输出端与水力发电控制器213的输入端电性连接，电能控制系统21的输出端与火力发电控制器214的输入端电性连接，电能控制系统21的输出端与生物发电控制器215的输入端电性连接，电能控制系统21的输出端与核能发电控制器216的输入端电性连接，热能控制系统22包括蒸汽发热控制器221、热泵发热控制器222和电热炉发热控制器223，热能控制系统22的输出端与蒸汽发热控制器221的输入端电性连接，热能控制系统22的输出端与热泵发热控制器222的输入端电性连接，热能控制系统22的输出端与电热炉发热控制器223的输入端电性连接，天然气控制系统23的输出端与天然气控制器231的输入端电性连接，数据控制中心4包括数据检测系统41、数据显示系统42和日长数据传输单元43，数据控制中心4的输出端与数据检测系统41的输入端电性连接，数据控制中心4的输出端与数据显示系统42的输入端电性连接，且数据显示系统42的输出端与日长数据传输单元43的输入端电性连接。
请参阅图7，数据控制中心4包括数据检测系统41、数据显示系统42和日长数据传输单元43，且数据控制中心4的输出端分别与数据检测系统41和数据显示系统42的输入端电性连接，数据显示系统42的输出端与日长数据传输单元43的输入端电性连接。
请参阅图8，协同运作系统5包括信号汇总线51和能源交付总线52，协同运作系统5的输出端与信号汇总线51的输入端电性连接，能源交付总线52中包括控制器、无线连接器，信号汇总线51为无线连接。
请参阅图9-10，本发明还公开了基于综合能源服务系统的优化控制方法，控制方法包括如下步骤：
S1、集中控制的连接：首先将通过综合能源控制站2将综合能源中的电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23全部进行连接，并且进行集体整合，另外在通过信号汇总线51将综合能源控制站2中的电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23进行数据的总连接，以及通过能源交付总线52将电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23全部进行并联模式控制；
S2、数据的上传：通过信号汇总线51将综合能源控制站2中的电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23进行数据的连接会传输到数据控制中心4中的日长数据传输单元43，日长数据传输单元43会进行每天数据的更新和储存，以及数据显示系统42会对日长数据传输单元43每天的数据进行显示，来观察数据的变化，以及通过能源交付总线52将电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23全部进行控制，控制后的信号汇总线51、能源交付总线52和日长数据传输单元43全部将数据输出到数据控制中心4中，由数据控制中心4将数据输出到采集子站3中，在通过采集子站3的输出使中央控制中心1来接收全部的大数据。
S3、故障检测：由中央控制中心1通过数据显示系统42可以检测综合能源控制站2每天的数据，当综合能源控制站2呈现出来的数据出现变化时，通过数据检测系统41控制信号汇总线51来检测电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23的数据，当电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23中数据存在异常，通过工作人员对其分别进行检测，最终的检测数据需要通过信号汇总线51传输到数据控制中心4中，在数据控制中心4传输到采集子站3中，最后由采集子站3传输到中央控制中心1中。
S4、启动备用模式：中央控制中心1中传输的数据中发生电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23中任意一处光伏发电控制器211、风力发电控制器212、水力发电控制器213、火力发电控制器214、生物发电控制器215和核能发电控制器216，和蒸汽发热控制器221、热泵发热控制器222和电热炉发热控制器223，以及天然气控制器231存在异常时，由中央控制中心1通过采集子站3将所需要的指令输出到数据控制中心4中，在由数据控制中心4控制能源交付总线52来控制综合能源控制站2，使综合能源控制站2中其他的电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23中的光伏发电控制器211、风力发电控制器212、水力发电控制器213、火力发电控制器214、生物发电控制器215和核能发电控制器216，和蒸汽发热控制器221、热泵发热控制器222和电热炉发热控制器223来进行启动，对异常一处其进行连接，并进行启动运作。
S5、故障排除：当S4步骤中电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23发出的异常在故障检测完成时，在通过中央控制中心1通过能源交付总线52，来关闭连接，接触对其进行连接。
在本实施例中需要说明的是，信号汇总线51将电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23的数据全部进行连接，可以监控全部的数据，能源交付总线52可以将电能控制系统21、热能控制系统22和天然气控制系统23的控制系统全部并联在一起，当一处出现故障不用时，来控制气体电能。热能和天然气能来进行连接，保证在故障检测时也不会出现一处的无法使用，实现协同运作的目的。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.基于综合能源服务系统的优化控制系统，包括中央控制中心(1)、综合能源控制站(2)、采集子站(3)、数据控制中心(4)和协同运作系统(5)，其特征在于：所述中央控制中心(1)与综合能源控制站(2)实现双向电性连接，所述采集子站(3)与数据控制中心(4)实现双向电性连接，所述协同运作系统(5)分别与综合能源控制站(2)和数据控制中心(4)实现双向电性连接；
所述综合能源控制站(2)包括电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)，所述综合能源控制站(2)的输出端分别与电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)的输入端电信连接，所述数据控制中心(4)包括数据检测系统(41)、数据显示系统(42)和日长数据传输单元(43)，且数据控制中心(4)的输出端分别与数据检测系统(41)和数据显示系统(42)的输入端电性连接，所述数据显示系统(42)的输出端与日长数据传输单元(43)的输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于综合能源服务系统的优化控制系统，其特征在于：所述电能控制系统(21)包括风力发电控制器(212)、水力发电控制器(213)、火力发电控制器(214)、生物发电控制器(215)和核能发电控制器(216)，所述电能控制系统(21)的输出端与光伏发电控制器(211)的输入端电性连接，所述电能控制系统(21)的输出端与风力发电控制器(212)的输入端电性连接，所述电能控制系统(21)的输出端与水力发电控制器(213)的输入端电性连接，所述电能控制系统(21)的输出端与火力发电控制器(214)的输入端电性连接，所述电能控制系统(21)的输出端与生物发电控制器(215)的输入端电性连接，所述电能控制系统(21)的输出端与核能发电控制器(216)的输入端电性连接。
3.根据权利要求1所述的基于综合能源服务系统的优化控制系统，其特征在于：所述热能控制系统(22)包括蒸汽发热控制器(221)、热泵发热控制器(222)和电热炉发热控制器(223)，所述热能控制系统(22)的输出端与蒸汽发热控制器(221)的输入端电性连接，所述热能控制系统(22)的输出端与热泵发热控制器(222)的输入端电性连接，所述热能控制系统(22)的输出端与电热炉发热控制器(223)的输入端电性连接。
4.根据权利要求1所述的基于综合能源服务系统的优化控制系统，其特征在于：所述天然气控制系统(23)的输出端与天然气控制器(231)的输入端电性连接。
5.根据权利要求1所述的基于综合能源服务系统的优化控制系统，其特征在于：所述数据控制中心(4)包括数据检测系统(41)、数据显示系统(42)和日长数据传输单元(43)，所述数据控制中心(4)的输出端与数据检测系统(41)的输入端电性连接，所述数据控制中心(4)的输出端与数据显示系统(42)的输入端电性连接，且数据显示系统(42)的输出端与日长数据传输单元(43)的输入端电性连接。
6.根据权利要求1所述的基于综合能源服务系统的优化控制系统，其特征在于：所述协同运作系统(5)包括信号汇总线(51)和能源交付总线(52)，所述协同运作系统(5)的输出端与信号汇总线(51)的输入端电性连接。
7.根据权利要求6所述的基于综合能源服务系统的优化控制系统，其特征在于：所述能源交付总线(52)中包括控制器、无线连接器。
8.根据权利要求6所述的基于综合能源服务系统的优化控制系统，其特征在于：所述信号汇总线(51)为无线连接。
9.一种根据权利要求1-8所述的任意基于综合能源服务系统的优化系统，其特征在于，控制方法包括如下步骤：
S1、集中控制的连接：首先将通过综合能源控制站(2)将综合能源中的电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)全部进行连接，并且进行集体整合，另外在通过信号汇总线(51)将综合能源控制站(2)中的电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)进行数据的总连接，以及通过能源交付总线(52)将电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)全部进行并联模式控制；
S2、数据的上传：通过信号汇总线(51)将综合能源控制站(2)中的电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)进行数据的连接会传输到数据控制中心(4)中的日长数据传输单元(43)，日长数据传输单元(43)会进行每天数据的更新和储存，以及数据显示系统(42)会对日长数据传输单元(43)每天的数据进行显示，来观察数据的变化，以及通过能源交付总线(52)将电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)全部进行控制，控制后的信号汇总线(51)、能源交付总线(52)和日长数据传输单元(43)全部将数据输出到数据控制中心(4)中，由数据控制中心(4)将数据输出到采集子站(3)中，在通过采集子站(3)的输出使中央控制中心(1)来接收全部的大数据；
S3、故障检测：由中央控制中心(1)通过数据显示系统(42)可以检测综合能源控制站(2)每天的数据，当综合能源控制站(2)呈现出来的数据出现变化时，通过数据检测系统(41)控制信号汇总线(51)来检测电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)的数据，当电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)中数据存在异常，通过工作人员对其分别进行检测，最终的检测数据需要通过信号汇总线(51)传输到数据控制中心(4)中，在数据控制中心(4)传输到采集子站(3)中，最后由采集子站(3)传输到中央控制中心(1)中；
S4、启动备用模式：中央控制中心(1)中传输的数据中发生电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)中任意一处光伏发电控制器(211)、风力发电控制器(212)、水力发电控制器(213)、火力发电控制器(214)、生物发电控制器(215)和核能发电控制器(216)，和蒸汽发热控制器(221)、热泵发热控制器(222)和电热炉发热控制器(223)，以及天然气控制器(231)存在异常时，由中央控制中心(1)通过采集子站(3)将所需要的指令输出到数据控制中心(4)中，在由数据控制中心(4)控制能源交付总线(52)来控制综合能源控制站(2)，使综合能源控制站(2)中其他的电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)中的光伏发电控制器(211)、风力发电控制器(212)、水力发电控制器(213)、火力发电控制器(214)、生物发电控制器(215)和核能发电控制器(216)，和蒸汽发热控制器(221)、热泵发热控制器(222)和电热炉发热控制器(223)来进行启动，对异常一处其进行连接，并进行启动运作；
S5、故障排除：当S4步骤中电能控制系统(21)、热能控制系统(22)和天然气控制系统(23)发出的异常在故障检测完成时，在通过中央控制中心(1)通过能源交付总线(52)，来关闭连接，接触对其进行连接。
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