CN1945472A - 冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法 - Google Patents

冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法，涉及楼宇型或区域型建筑供冷、供热和供电三种能源联网供应的技术领域。本发明方法在终端设备控制单元存储设备不同数据信息；通过设备接口单元建立接口程序通用通道，将设备数据信息与中央控制单元接通并实时通讯，中央控制单元依据设备数据信息和约束条件判别选择器的选择结果，运行优化数学模型函数器，并依据该运行结果输出控制信号，控制终端设备的运行状态或调整设备的运行参数。达到集中优化控制三联供系统实现节能低成本运行自动控制的发明目的。

Description

冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于楼宇型或区域型建筑供冷、供热和供电三种能源联网供应中央控制系统的集中优化控制方法。
背景技术
冷热电三联供系统包含发电机组、余热利用设备、制冷、制热、蓄能等多种设备。与本发明最接近的现有技术，参见图1，目前普遍应用的集散型(DCS)控制系统，原理上可以将控制系统分成几个级别，如管理级、控制级、执行级。管理级是最高级，主要用于发布决策性指令，对三联供系统就是实时跟踪负荷的变化，指定各个设备应发出多少功率，管理级在中央控制室中的计算机系统完成。控制级可认为是各设备本身带有的控制器，实行独立设备的控制，如发电机、制冷机等的控制柜或控制盘，它一方面接受管理级的指令，控制设备本身的运行，也可向管理级反馈执行情况和修正的信号。执行级一般由各种执行机构和反馈信号仪表组成，直接使设备及其辅机产生动作达到预定的运行参数。当前，已有的三联供系统作为最高层的控制管理级实际上还不是对系统全部设备实行一体化最优控制，只是对其中的部分设备，如作为余热利用的后端设备如空调装置和供热装置的优化控制，并未包括作为系统主体的发动机-发电机组的一体化最优控制，因而还不是整个系统运行的最优化控制模型。
本发明的目的正在于克服这种缺点，建立起发动机-发电机-余热利用设备和其他后端设备一体化的、完整的最优控制系统，充分发挥控制管理级(中央控制室)的运行决策作用，最终达到三联供系统的最经济与节能运行。
该方案的关键在于运行中建立各种设备之间合理的匹配关系。即在冷热电负荷实时变化的条件下，各设备能跟踪负荷的变化，每个设备应该分别输出多少功率，既满足了冷热电负荷的要求，又需要最少的燃料总消耗量和最低的能源费用，这是三联供控制系统的中央控制室应该发出的决策指令。本发明就是为系统的中央控制室发出决策性指令而建立的最优化控制方法，是解决三联供自控系统中的一个最核心的技术问题。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法，实现对冷热电三联供能源系统的集中优化控制，使其运行在经济节能的最优化自动控制状态。
为此目的，本发明提供的冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法包括以下步骤：
A、终端设备控制单元的多个存储器，分别存储终端设备的不同设备数据信息；
B、设备接口单元建立接口程序通用通道，连通终端设备控制单元和中央控制单元，将终端设备控制单元存储器所存储的相关设备数据信息，与中央控制单元实时通讯，传送设备数据信息和输出控制信号；
C、中央控制单元，依据所述设备数据信息和约束条件判别选择器的选择结果，通过运行自身建立的不同优化数学模型函数器，并依据该运行结果输出控制信号，经由设备接口单元传送给终端设备控制单元；
D、终端设备控制单元根据中央控制单元的指令信号，控制终端设备的运行状态或调整设备的运行参数。
上述设备数据信息包括设备编号数据信息、设备类型数据信息、设备数量数据信息、额定参数数据信息以及运行价格参数数据信息。
上述约束条件判别选择器包括以热定电运行识别信息、以电定热运行识别信息、设备独立运行识别信息和并网运行识别信息以及电和燃气价格识别信息。
上述优化数学模型函数器可以运行费用优化目标函数和能耗优化目标函数。
上述终端设备包括发电机组和余热利用设备以及冷供热供辅助设备。
与现有技术相比较，本发明提供的冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法，通过设备接口单元建立接口通道，把终端设备的数据信息传给中央控制单元，利用优化模型函数器，求解优化目标函数，中央控制单元根据优化目标函数的运算结果集中控制终端设备的运行状态，达到经济、节能自动控制运行的目的。
下面将结合附图对本发明作进行一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明现有三联供控制系统的控制结构图。
图2是本发明三联供系统控制方法的示意图。
图3是本发明冷热电三联供系统集中优化控制方法流程图。
具体实施方式
如图3所示，本发明提供的冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法，包括以下步骤：
终端设备选型，步骤11，包括发电机组和余热利用设备以及冷供热供辅助设备。同时终端设备控制单元的多个存储器，分别存储终端设备的不同设备数据信息，包括设备编号数据信息、设备类型数据信息、设备数量数据信息、额定参数数据信息以及运行价格参数数据信息。
给定系统运行各种约束条件，步骤12、13，将约束条件输入约束条件判别选择器，包括以热定电运行识别信息、以电定热运行识别信息、设备独立运行识别信息和并网运行识别信息以及电和燃气价格识别信息等。
设备接口单元建立接口程序通用通道，编制最优数学模型的计算子程序，步骤14，连通终端设备控制单元和中央控制单元，步骤16，将终端设备控制单元存储器所存储的相关设备数据信息，与中央控制单元实时通讯，传送设备数据信息和输出控制信号；
中央控制单元，建立的不同优化数学模型函数器，步骤15，包括价格优化目标函数和能耗优化目标函数。依据所述设备数据信息和约束条件判别选择器的选择结果，通过运行优化数学模型函数器，(步骤17)并依据该运行结果输出控制信号，经由设备接口单元传送给终端设备控制单元；终端设备控制单元根据中央控制单元的指令信号，控制终端设备的运行状态或调整设备的运行参数，步骤18。
为了进一步理解本发明，请参见图2，图2是发明三联供控制系统控制方法的模型示意图。本发明方法近似采用了独特的“地球-卫星-地面站结构”，各模块的功能解释如下。
地球：放置本发明采用的最优化数学规划和求解模型，它是程序的基本模块并具有充分的通用性，可以解决各种三联供自控系统最高管理层所需要的最优化决策问题。
卫星：放置各个既定的三联供工程项目及其给定的设计及运行条件，如需要满足的冷热电负荷、设备的类型、设备台数、设备额定功率和变工况性能曲线、燃料价格、峰谷电价、设备折旧费等。
地面站：针对每个工程项目和规定的设计与运行条件，设计一个子程序把需要求解的工程问题(卫星)和基本模块(地球)连接起来，形成一个完整的最优化模型和可执行的目标计算程序。每个具体的工程问题的特点包括：三联供系统中包括哪些设备，台数，运行中满足何种条件(如以热定电或以电定热等)，各设备的运行参数限制范围，效率性能曲线等，写出数学表达式并编制成子程序，这就是最优化数学模型。因为只要将这个子程序和上述“地球”中的核心算法主程序相连接，计算机就可以求解出目标函数的最优解，即系统运行的最低总价格。最优化数学模型：
求优化变量X＝(X1，X2，.....Xn)T    (Xi代表每个独立设备)
使目标函数f(X)＝f(X1，X2，.......，Xn)取得最小值，并满足如下约束条件：          gk(X)＝gk(X1，X2，...Xn)≥0，k＝1，2，.....，p
          ai≤Xi≤bi，                 I＝1，2，......，n...
本数学模型特点：是一种多变量(X1，X2，---Xn)的优化模型，在三联供工程中每个变量可以表示任意一个特定的设备。在其它应用中可代表每个独立的自变量；是一种广义的目标函数，在三联供工程中可以代表最小的运行费用，也可代表最小的能耗；在其它类型工程中可以代表需要极小化的目标；是一种可以求解线性或非线性的最优化问题，如可将设备非线性的性能曲线和参数表达式嵌入计算模型，求解三联供系统额定工况和变工况下的全部最优化问题，使三联供系统运行实现最大的经济效益。
本发明的意义还在于它不仅应用于三联供工程，同时适用于包括各种再生能源和新能源利用的分布能源工程、“能源公园”工程，以及当前国际上正在发展的“微电网”技术。
优化目标函数包括：最经济运行、最节能运行；约束条件包括：以热定电、以电定热、孤岛运行、并网运行等方式。本模型实时跟踪冷热电负荷变化可以快速(2-3秒)更新逐年、逐月、逐时的运行策略、发出指令、实现三联供系统最优化运行。
由于本发明实现了整个系统而不是部分设备的最优化运行，可以给三联供工程带来更显著的经济效益和节能效果。应用本发明的方法控制系统的运行将得到显著不同的运行费用，在优化计算的起点(迭代次数为零时)系统运行费用是5000元/小时，计算经过300次迭代收敛后的系统运行费用降到了3000元小时，节约2/5的运行费。
基于本发明的设计构思，三联供能源供应系统的集中优化控制方案在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种冷热电三联供能源供应系统的集中优化控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
A、终端设备控制单元的多个存储器，分别存储终端设备的不同设备数据信息；
B、设备接口单元建立接口程序通用通道，连通终端设备控制单元和中央控制单元，将终端设备控制单元存储器所存储的相关设备数据信息，与中央控制单元实时通讯，传送设备数据信息和输出控制信号；
C、中央控制单元，依据所述设备数据信息和约束条件判别选择器的选择结果，通过运行自身建立的不同优化数学模型函数器，并依据该运行结果输出控制信号，经由设备接口单元传送给终端设备控制单元；
D、终端设备控制单元根据中央控制单元的指令信号，控制终端设备的运行状态或调整设备的运行参数。
2、根据权利要求1所述的集中优化控制方法，其特征在于：所述设备数据信息包括设备编号数据信息、设备类型数据信息、设备数量数据信息、额定参数数据信息以及运行价格参数数据信息。
3、根据权利要求1所述的集中优化控制方法，其特征在于：所述约束条件判别选择器包括以热定电运行识别信息、以电定热运行识别信息、设备独立运行识别信息和并网运行识别信息以及电和燃气价格识别信息。
4、根据权利要求1所述的集中优化控制方法，其特征在于：所述优化数学模型函数器能运行费用优化目标函数和能耗优化目标函数。
5、根据权利要求1所述的集中优化控制方法，其特征在于：所述终端设备包括发电机组和余热利用设备以及冷供热供辅助设备。
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