一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統及方法

專利名稱：一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統及方法
技術領域：
本發明涉及熱電聯產供能系統，尤其涉及一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機 組避免開停機調峰的系統與方法。
背景技術：
現有的電網中包括兩種發電模式一種是單獨由熱電聯產機組發電出力提供電 能，另一種是單獨由純凝汽式火電機組發電出力提供電能。這兩種發電機組各自獨立運行。 其中熱電聯產機組為終端用戶供應電能的同時提供采暖熱能。而純凝汽式火電機組只能提 供給終端用戶電能，熱能則需要靠另外的熱能廠來供應。熱電聯產機組運行的物理狀態受到“以熱定電”的運行工況圖限制。即在 一定供熱量情況下，存在最小發電量和最大發電量限制。如圖1表示的是型號為 C12-3. 43/0. 490 (D56)的汽輪機熱電聯產機組供熱和發電出力的運行工況圖。對應每一個 采暖抽氣量Q的物理狀態，允許熱電聯產機組有最小發電出力Pmin和最大發電出力Pmax。而 當電網內熱電聯產機組最小發電出力總和已經滿足電力負荷需求時候，電網需要調度純凝 汽式火電機組停機，以實現調峰。上述情況下純凝汽式火電機組在24小時內會啟停機一次，實現運行和停機兩種 班制的模式，即“兩班制調峰”。目的是應對24小時，電力負荷的高低變化。現存的問題是， 純凝汽式火電機組每啟停機一次，會造成額外的大量一次能源損失。尤其當電網負荷低谷時段，會導致電網內的純凝汽式火電機組被迫停機調峰。由 于現有電網電力負荷低谷與高峰之間的時間跨度小，電力負荷峰谷數量差異大。當電網電 力負荷增加時，純凝汽式火電機組往往又需要在短時間內重新開機，即從停機狀態轉換到 開機狀態應對電網負荷調峰需求。由此造成能源浪費。公告號為CN1259834C的中國發明專利揭示了一種雙源供暖空調系統及利用該系 統采暖供熱/供冷的方法。該專利僅僅解決了將熱電聯產生產的電能與采暖熱能充分利用 的問題。公告號為CN100580327C的中國發明專利揭示了一種熱電聯產供能方法及系統。 該專利將居民采暖用戶劃分為空調器熱泵采暖和散熱器供暖用戶，由熱電聯產機組單獨向 上述采暖用戶分別提供電能和采暖熱能供其冬季采暖需要，以提高能源利用。由此可見，上述兩件專利都只是解決了如何單獨有效利用熱電聯產機組產出的電 能和熱能的問題。而并未解決如何避免純凝汽式火電機組停機調峰的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰 的系統及方法，從而避免凝汽式火電機組被迫開停機調峰(也稱“兩班制調峰”)，實現節 能。
本發明的目的之一是提供一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機 調峰的系統，其包括用于產出電能和采暖熱能的熱電聯產機組；用于產出電能的純凝汽 式火電機組；通過輸電線路與所述熱電聯產機組與純凝汽式火電機組并聯的空調器熱泵， 并由所述熱電聯產機組和純凝汽式火電機組產生的電能驅動所述空調器熱泵產生采暖熱 能；電能表，包括與所述空調器熱泵相耦合的第一電能表、及與終端用戶的其他電器耦合的 第二電能表，所述第一電能表用于檢測所述空調器熱泵采暖的耗電數據，所述第二電能表 用于獲得非采暖電力消耗的耗電數據；通過供熱管道與所述熱電聯產機組相連接的散熱 器，該散熱器由所述熱電聯產機組加熱的水或蒸汽流入所述散熱器中產生采暖熱能；用于 檢測所述散熱器的采暖耗熱數據的耗熱計量表；及調度控制裝置；其中，由所述電能表檢 測耗電數據、由耗熱計量表檢測采暖耗熱數據，再由所述調度控制裝置采集所述耗電數據 及采暖耗熱數據、及純凝汽式火電機組開停機一次的全部能耗，進而生成調度控制信號，該 調度控制裝置將調度控制信號發送至所述熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵 及散熱器，并控制所述熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵及散熱器運行。本發明的目的之一是提供一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機 調峰的方法，其包括由熱電聯產機組產出采暖熱能和電能；在終端用戶僅采用散熱器進行采暖供熱的模式下，熱電聯產機組產出的熱能提供 給所述終端用戶的散熱器進行采暖，所述的熱電聯產機組產生的電能全部提供給終端用戶 的非采暖電力負荷，通過耗熱計量表檢測的采暖耗熱數據獲得總的采暖供熱負荷，通過電 能表檢測的耗電數據獲得總的非采暖電力負荷；所述調度控制裝置采集獲得的總的采暖供熱負荷和非采暖電力負荷、及純凝汽式 火電機組開停機一次的全部能耗，獲取在電力負荷低谷時期終端用戶采用散熱器采暖供熱 和空調器熱泵采暖供熱的并行模式下的調度控制信號，其中，在該并行模式下，所述熱電聯 產機組產出的熱能提供給終端用戶的散熱器進行采暖，所述熱電聯產機組產出的電能與純 凝汽式火電機組產出的電能的一部分提供給終端用戶的非采暖電力負荷，另一部分提供給 終端用戶的空調器熱泵進行采暖；所述調度控制裝置再將生成的調度控制信號傳遞給純凝汽式火電機組，調節純凝汽式火電機組的燃料消耗量，進而控制純凝汽式火 電機組避免停機調峰的發電出力；熱電聯產機組，調節熱電聯產機組的燃料消耗量，進而控制熱電聯產機組配合純 凝汽式火電機組的發電出力和采暖供熱出力；空調器熱泵，開啟其對應的部分用戶的空調單元的熱泵的采暖控制開關，使用熱 電聯產機組和純凝汽式火電機組產生的電能驅動空調器熱泵提供采暖；及散熱器，開啟其對應的部分終端用戶的散熱器開關閥門，使得熱電聯產機組產生 的采暖熱水或蒸汽通過采暖供熱管道流入散熱器產生采暖熱能。本發明的有益效果在于本發明所述的系統采用熱電聯產機組和純凝汽式火電機 組聯合產出發電出力提供電能給終端用戶。其中一部分發電出力提供給部分終端用戶的空 調器熱泵以滿足采暖用電需求，其另一部分發電出力則提供給終端用戶的其他電器以滿足 非采暖電力需求。另外，熱電聯產機組產出的熱能提供給部分終端用戶的散熱器。本發明所述的系統還設有能將本來獨立運行的凝汽式火電機組和熱電聯合機組聯合控制調度的 調度控制裝置，使得在電力負荷低谷時間段，該系統可根據終端負荷能耗的需求控制純凝 汽式火電機組不停機的最優燃料消耗量和發電出力、熱電聯產機組配合所述純凝汽式火電 機組的最優的燃料消耗量、發電出力和采暖供熱出力、終端用戶的空調器熱泵采暖的電力 消耗量、及終端用戶的散熱器的采暖供熱量。避免了凝汽式火電機組被迫開停機調峰(也 稱“兩班制調峰”)、減少了開停機的損失。從而避免浪費燃料資源、達到節能目的。本發明所述的調度方法能將本來獨立運行的凝汽式火電機組和熱電聯合機組聯 合調度。并且本發明所述的方法能夠控制純凝汽式火電機組不停機的最優燃料消耗量和發 電出力、熱電聯產機組配合所述純凝汽式火電機組的燃料消耗量、發電出力和采暖供熱出 力、終端用戶的空調器熱泵采暖的電力消耗量、及終端用戶的散熱器的采暖供熱量，從而避 免凝汽式火電機組被迫開停機調峰(也稱“兩班制調峰”)，實現節能目的。采用本發明所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統 及方法建立城市綜合供電網與供熱網，可將熱電聯產機組和純凝汽式火電機組所提供的采 暖與電力供給實現綜合調度，從而達到節能減排的目的。


圖1是現有技術中的一種熱電聯產機組采暖供熱和發電出力的運行工況圖；圖2是符合本發明的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系 統的結構框圖；圖3是熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統的連接示意 圖；圖4是圖3所示的包含熱電聯產機組和純凝汽式火電機組的系統中的電能表的電 路示意圖；圖5是包含熱電聯產機組和純凝汽式火電機組的系統的調度控制裝置的結構框 圖；圖6是圖5所示的控制信號生成單元的結構示意圖；圖7是圖5所示的控制信號通訊單元中的遠程抄表裝置的結構示意圖；圖8是圖5所示的控制信號執行單元中的熱電聯產機組執行裝置的結構示意圖；圖9是圖5所示的控制信號執行單元中的純凝汽式火電機組執行裝置的結構示意 圖。
具體實施例方式下面結合

本發明的具體實施方式
。請參照圖2，一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統包 括熱電聯產機組A、純凝汽式火電機組B、空調器熱泵108、電能表109、散熱器110、耗熱計量 表111及調度控制裝置100。請參照圖3，在符合本發明的一個實施例中，所述熱電聯產機組A，用于產出電能 和采暖熱能。該熱電聯產機組A包括鍋爐104、透平105、熱網加熱器106、及交流發電機 107。其中鍋爐104燃燒燃料獲得采暖熱能加熱蒸汽，通過蒸汽管道將飽和熱蒸汽送至透平105獲得機械能，該機械能驅動交流發電機107發出電能，熱電連產機組發電余熱被發送至 熱網加熱器106生產采暖用熱水。其中，熱機采用水蒸汽朗肯循環，或以水蒸汽朗肯循環為 底層循環的布雷頓_朗肯熱力聯合循環，其供水溫度可在65 80°C的范圍內調節。交流 發電機107發出的電能通過輸電線路113輸給終端用戶的空調器熱泵108和其他電器。終 端用戶處的空調器熱泵108在電能的驅動下可為使用空調熱泵108的終端用戶提供采暖供 熱。熱網加熱器106生產的采暖用熱水通過供熱管道114傳送給終端用戶的散熱器110提 供采暖供熱。所述熱電聯產機組A還設有輸入蒸汽量的閥門①、采暖供熱出力抽汽量閥門 ②及發電蒸汽量閥門③。所述純凝汽式火電機組B用于產出電能。所述純凝汽式火電機組B包括鍋爐101、 透平102及交流發電機103。鍋爐101燃燒燃料獲得采暖熱能通過管道送至透平102獲得 機械能，該機械能驅動交流發電機103發出電能。交流發電機103發出的電能通過輸電線 路113傳輸給終端用戶的空調器熱泵108和其他電器。其中終端用戶處的空調器熱泵108 可在電能的驅動下為空調用戶提供采暖供熱。所述純凝汽式火電機組B還包括控制輸入蒸 汽量的閥門④。所述終端用戶處的空調器熱泵108通過輸電線路113與所述熱電聯產機組A與純 凝汽式火電機組B并聯，可由所述熱電聯產機組A和純凝汽式火電機組B產生的電能聯合 驅動空調器熱泵108產生采暖熱能，進而為空調用戶提供采暖供熱。所述空調器熱泵108 還包括開關執行裝置⑤。請參照圖4，所述電能表109包括與所述空調器熱泵108耦合的第一電能表及與終 端用戶的其他電器耦合的第二電能表。第一電能表通過導線與空調器熱泵108單獨連接， 用于檢測所述空調器熱泵108采暖的耗電數據。第二電能表通過導線與終端用戶的其他電 器連接，例如圖4中所示的照明用電器、電源插座及家用電器，但不僅僅限制于此。所述第 二電能表用于檢測終端用戶的非采暖電力消耗的耗電數據。請參照圖3，所述散熱器110，通過供熱管道114與所述熱電聯產機組A相耦合，并 由所述熱電聯產機組A產出的加熱的水或蒸汽流入所述散熱器110中產生采暖熱能。所述 耗熱計量表111，與所述散熱器110相耦合，用于檢測所述散熱器110的耗熱數據。所述散 熱器110設有開關執行裝置⑥。請參照圖5，所述調度控制裝置100，用于根據獲得的耗電數據和相關的采暖熱能 數據，獲取維持所述純凝汽式火電機組B不停機的最優發電出力、及所述熱電聯產機組A配 合所述純凝汽式火電機組B的調度控制信號，并根據該調度控制信號控制所述熱電聯產機 組A、純凝汽式火電機組B、空調器熱泵108及散熱器110運行。所述調度控制裝置包括調度控制信號生成單元115、調度控制信號通訊單元112、 113及調度信號執行單元118。所述調度控制信號生成單元115，用于生成調度控制信號。 所述調度控制信號通訊單元112、113，與所述調度控制信號生成單元115連接，用于傳輸所 述調度控制信號。所述調度控制信號執行單元，包括熱電聯產機組執行裝置、純凝汽式火電 機組執行裝置、空調器熱泵108的開關執行裝置及散熱器110的開關執行裝置，所述調度控 制信號執行單元118根據獲得的調度控制信號控制其連接的調度對象的動作。請參照圖6，所述調度控制信號生成單元115包括數據接收單元201、數據解碼器 單元202、數據存儲器單元203、調度控制信號計算單元204、信號轉換編碼器205及信號收
9發單元206。所述數據接收單元201用于接收所述耗電數據和耗熱數據。所述數據解碼器 單元202，用于將接收的耗電數據和耗熱數據進行解碼。所述數據存儲器單元203，用于對 所述解碼后的耗電數據和耗熱數據進行存儲。所述信號轉換編碼器205，將所述調度控制信 號進行編碼。所述信號收發單元206，將編碼后的調度控制信號傳遞給熱電聯產機組A、純 凝汽式火電機組B、空調器熱泵108及散熱器110。所述調度控制信號通訊單元包括遠程抄表裝置112及輸電線路113。所述輸電線 路113在本實施例中為低壓輸電線路，在其他實施例中，輸電線路還可以由有線固網通訊 線路、或無線通訊網絡代替。所述輸電線路113連接所述調度控制信號生成單元115與熱 電聯產機組執行裝置119及純凝汽式火電機組執行裝置120，所述調度控制信號生成單元 115通過輸電線路113將調度控制信號發送給熱電聯產機組執行裝置119及純凝汽式火電 機組執行裝置120。請參照圖7，所述遠程抄表裝置112包括依次連接的第一電能表脈沖計數器、采暖 熱水流量脈沖計數器、脈沖信號編碼轉換器及計量信號放大發射器；及連接在一起的控制 信號接收編碼器和控制信號遙控發射器。所述第一電能表脈沖計數器與第一電能表116連 接，用于接收和處理第一電能表116檢測的耗電數據。所述采暖熱水流量脈沖計數器與耗 熱計量表111連接，用于接收和處理耗熱計量表111檢測的散熱器110的耗熱數據。所述耗 電數據及耗熱數據經脈沖信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理后通過輸電線路113 傳送至所述調度控制信號生成單元115。在其他實施例中，所述耗電數據及采暖耗熱數據經 脈沖信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理后還可以通過CDMA，GPRS等無線數據傳 輸裝置與方式傳送至所述調度控制信號生成單元115。另外，控制信號接收編碼器和控制信 號遙控發射器將調度控制信號生成單元115生成的調度控制信號發送給空調器熱泵108的 開關⑤及散熱器110的開關閥門⑥。請參照圖3及圖5，所述調度控制信號執行單元118，包括熱電聯產機組執行裝置 119、純凝汽式火電機組執行裝置120、空調器熱泵開關執行裝置121及散熱器開關執行裝 置122。所述調度控制信號執行單元118根據獲得的調度控制信號監測其連接的調度對象 的狀態和控制其連接的調度對象的動作。其中所述調度對象包括由所述熱電聯產機組執 行裝置119控制的熱電聯產機組A的燃料輸入、采暖供熱出力及發電出力；由所述純凝汽 式火電機組執行裝置120控制的純凝汽式火電機組B的發電出力；由所述空調器熱泵開關 執行裝置121控制的位于終端用戶處的空調器熱泵開關⑤；及由散熱器開關閥門執行裝置 122控制的位于終端用戶處的散熱器開關閥門⑥。請參照圖8，所述熱電聯產機組執行裝置119用于控制熱電聯產機組A的燃料輸 入、采暖供熱出力及發電出力。所述熱電聯產機組執行裝置119通過電力傳輸線301與調 度控制信號生成單元115連接。本實施例采用基于電力傳輸線301的遠程控制裝置實現數 據傳輸功能，然而并不僅僅局限于此，也可以采用其他方式。例如CDMA，GPRS等無線數據傳 輸裝置與方式，或者基于Internet的數據傳輸方式。該熱電聯產機組執行裝置119包括調 度控制信號收發編碼存儲器302、驅動電路303及機械齒輪控制裝置304，所述調度控制信 號經調度控制信號收發編碼存儲器302解碼以后生成熱電聯產機組調度控制指令，經過驅 動電路303輸出的電力拖動信號觸發機械齒輪控制裝置304，機械齒輪控制裝置304再控制 熱電聯產機組A的輸入蒸汽量閥門①動作、采暖供熱出力抽汽量閥門②動作及發電蒸汽量閥門③動作。從而控制所述熱電聯產機組A的主蒸汽流量、采暖用途抽汽流量及發電用途
蒸汽流量。請參照圖9，所述純凝汽式火電機組執行裝置120用于控制所述純凝汽式火電機 組B的燃料輸入，進而控制其發電出力。所述純凝汽式火電機組執行裝置120通過電力傳 輸線401與調度控制信號生成單元115連接。該純凝汽式火電機組執行裝置120包括調度 控制信號收發編碼存儲器402、驅動電路403及機械齒輪控制裝置404，所述調度控制信號 經調度控制信號收發編碼存儲器402解碼以后生成純凝汽式火電機組調度控制指令，經過 驅動電路403輸出的電力拖動信號觸發機械齒輪控制裝置404，機械齒輪控制裝置404再控 制純凝汽式火電機組B的輸入蒸汽量閥門④動作。從而控制純凝汽式火電機組B的發電出 力。符合本發明的一種熱電聯產機組A配合純凝汽式火電機組B避免開停機調峰的方 法，其包括由熱電聯產機組A產出采暖熱能和電能；在終端用戶僅采用散熱器110進行采暖供熱的模式下，所述的熱電聯產機組A產 出的熱能提供給所述終端用戶的散熱器110進行采暖，所述的熱電聯產機組A產生的電能 全部提供給終端用戶的非采暖電力負荷，通過耗熱計量表111檢測的采暖耗熱數據獲得總 的采暖供熱負荷，通過電能表109檢測的耗電數據獲得總的非采暖電力負荷；所述調度控制裝置100采集所述總的采暖供熱負荷和非采暖電力負荷、及純凝汽 式火電機組A開停機一次的全部能耗，獲取在電力負荷低谷時期終端用戶采用散熱器110 采暖供熱和空調器熱泵108采暖供熱的并行模式下的調度控制信號，其中，在該并行模式 下，所述熱電聯產機組A產出的熱能提供給終端用戶的散熱器110進行采暖，所述熱電聯產 機組A產出的電能與純凝汽式火電機組B產出的電能的一部分提供給終端用戶的非采暖電 力負荷，另一部分提供給終端用戶的空調器熱泵108進行采暖；所述調度控制裝置100再將生成的調度控制信號傳遞給純凝汽式火電機組B、熱 電聯產機組A、空調器熱泵108及散熱器110 ；所述調度控制裝置100控制純凝汽式火電機組B的燃料消耗量，進而控制純凝汽 式火電機組B避免停機調峰的發電出力；所述調度控制裝置100調節熱電聯產機組A的燃料消耗量，進而控制熱電聯產機 組A配合純凝汽式火電機組B的發電出力和采暖供熱出力；所述調度控制裝置100開啟部分終端用戶的空調器熱泵108的采暖控制開關⑤， 使用熱電聯產機組A和純凝汽式火電機組B產生的電能驅動空調器熱泵108提供采暖；及所述調度控制裝置100開啟部分終端用戶的散熱器110的開關閥門⑥，使得熱電 聯產機組A產生的采暖熱水或蒸汽通過采暖供熱管道114流入散熱器110產生采暖熱能。其中所述的在終端用戶僅采用散熱器110進行采暖供熱的模式下，獲取總的采暖 供熱負荷和總的非采暖電力負荷包括以下步驟通過耗熱計量器111檢測第j個終端用戶處的散熱器110的采暖耗熱量^，通過 第二電能表117檢測第j個終端用戶處的非采暖耗電量e/，根據公式(1)獲得總的采暖供 熱負荷Hs^um;根據公式(2)獲得總的非采暖電力負荷Ts^m:
mum = ^\=1Qt = ^]j=1q] (1)；Psum = IL1El = lJj=1e； (2)；其中，ρ；"代表第i臺熱電聯產機組A的采暖供熱出力；￡7代表第i臺熱電聯產機 組A對應采暖供熱出力ρ；"的最小發電出力。所述的純凝汽式火電機組B開停機一次的能量消耗Loss·包括燃煤消耗 Lossraal，燃油消耗L0SStjil，和電力消耗Loss+，如公式(3)所示Losssum = Losscoal+Lossoil+Lossele (3)。所述的獲取在電力負荷低谷時期終端用戶采用散熱器110采暖供熱和空調器熱 泵108采暖供熱的并行模式下的調度控制信號由所述調度控制裝置100的調度控制信號生 成單元115執行，包括以下步驟步驟一針對所述的在終端用戶僅采用散熱器110進行采暖供熱的模式下，根據 公式(4)獲得第i臺熱電聯產機組的單位時間內的燃料消耗量/^；再由純凝汽式火電機組 B啟停機調峰的能量消耗Loss·和公式(5)，獲得在電力負荷低谷時段純凝汽式火電機組B 停機調峰情況下，熱電聯產機組A和純凝汽式火電機組B總的燃料消耗量Tuegum:F^fi(QlEt) (4)；Fuersum = T-YL1F1* + Losssum (5)；其中T代表電網電力低谷時間，Γ ·Σ =1片代表所有熱電聯產機組A在電網電力 低谷時間段T的總燃料消耗量；步驟二 針對所述的在終端用戶采用散熱器110采暖供熱和空調器熱泵108采暖 供熱的并行模式下，根據獲得的總的采暖供熱負荷Hs^um、非采暖電力負荷P/um，檢測第j 個終端用戶的空調器熱泵108的制熱性能系數COPj,根據公式(6) (15)建立第i個熱電 聯產機組A的采暖供熱出力Qp發電出力Ei和燃料消耗量Fp純凝汽火電機組B避免停機 調峰的發電出力ΕωΝ和單位時間燃料消耗量G、第j個終端用戶的空調器熱泵108的電力消 耗量、第j個終端用戶的散熱器110的采暖供熱量q^之間的約束關系EJnin = Pjnin(Qi) (6);EJnax = Pfiax(Qi) (7)；Qi < Q- (8)；EJnin < Ei < EJnax (9)；
Qkm = Σ；=! Qi + Σ]=1 COPj . efHP = Σ；=! qj + Σ]=1 COPj . efHP (10)；P;um = Σ =ιEi + Econ - Σ]=1 efHP (11);Fi = A(QyEi) (12)；Fsum = Σ =ι Fi = lUfiiQi'Ei) (13)；G = g (Econ) (14)；Fuelsum = T . (Fsum + G) = T -+ (15);
其中氣Gmax分別代表第i個熱電聯產機組A在一定的采暖供熱出力Qi
下的最小和最大發電出力；Σ =ι仏‘代表所有熱電聯產機組A的總的采暖供熱出力；
Σ;=1 COPj . 代表所有終端用戶處的空調器熱泵108采暖供熱負荷；Σ ·=1 %代表所
有終端用戶的散熱器110的采暖供熱負荷；Σ =1瑪代表所有熱電聯產機組A的發電出力；
Σ;=1 efHP^mpmmmp的空i周器熱泵ios的采暖電力消耗量；Fsum代表所有熱電聯產
機組A單位時間總的燃料消耗量；Fuelsum代表在電網電力低谷時間段T內熱電聯產機組A 和純凝汽式火電機組B的總燃料消耗量；步驟三以滿足總的采暖供熱負荷Hs^um與非采暖電力負荷/5Am.為目標，以步驟 一中獲得的總燃料消耗量FueGum為比較對象，建立最小化目標函數(16)總的燃料節能 量，采用“混合整數非線性規劃”方法求解獲得最優的調度控制信號純凝汽式火電機組B 避免停機調峰的單位時間燃料消耗量G和發電出力Era、熱電聯產機組A的單位時間燃料 消耗量F”發電出力Ei及采暖供熱出力Q”終端用戶的空調器熱泵108采暖的電力消耗量
及終端用戶的散熱器110的采暖供熱負荷qj Minimum -.AFuel = Fuelsum - Fuersum (16)；其中AFuel是總的燃料節能量。該值為負值，所以求取最小值。所述調度控制裝置100再將生成的調度控制信號傳遞給熱電聯產機組A、純凝汽 式火電機組B、空調器熱泵108及散熱器110。其中熱電聯產機組A、純凝汽式火電機組B的 調度控制信號通過輸電線路113 (輸電線路)傳輸，空調器熱泵108及散熱器110的調度控 制信號通過遠程抄表裝置112傳輸。熱電聯產機組執行裝置119接收到調度控制信號后，調節熱電聯產機組A的燃料 輸入、進而控制熱電聯產機組的發電出力和采暖供熱出力。純凝汽式火電機組執行裝置120接收到調度控制信號后，控制純凝汽式火電機組 B的燃料消耗量，進而控制純凝汽式火電機組B避免停機調峰的發電出力。空調器熱泵執行裝置121接收到調度控制信號后，開啟部分終端用戶的空調器熱 泵108的采暖控制開關⑤，使用熱電聯產機組A和純凝汽式火電機組B產生的電能驅動空 調器熱泵108提供采暖。散熱器執行裝置122接收到調度控制信號后，開啟其對應的部分終端用戶的散熱 器110開關閥門⑥，使得熱電聯產機組A產生的采暖熱水或蒸汽通過供熱管道流入散熱器 110產生采暖熱能。本發明采用熱電聯產機組A和純凝汽式火電機組B聯合為終端用戶提供采暖供熱 出力和發電出力，并且設有能將本來獨立運行的凝汽式火電機組A和熱電聯合機組B聯合 控制調度的調度控制裝置100，使得在電力負荷低谷時間段，該系統可根據終端負荷能耗的 需求控制純凝汽式火電機組B不停機的最優燃料消耗量和發電出力、熱電聯產機組A配合 所述純凝汽式火電機組的最優的燃料消耗量、發電出力和采暖供熱出力、終端用戶的空調 器熱泵108采暖的電力消耗量、及終端用戶的散熱器110的采暖供熱量。避免了凝汽式火 電機組被迫開停機調峰(也稱“兩班制調峰”)、減少了開停機的損失。從而避免浪費燃料 資源、達到節能目的。
本發明所述的調度方法能將本來獨立運行的凝汽式火電機組A和熱電聯合機組B 聯合調度。并且本發明所述的方法能夠控制純凝汽式火電機組B不停機的最優燃料消耗量 和發電出力、熱電聯產機組A配合所述純凝汽式火電機組B的燃料消耗量、發電出力和采暖 供熱出力、終端用戶的空調器熱泵108采暖的電力消耗量、及終端用戶的散熱器110的采暖 供熱量，從而避免凝汽式火電機組被迫開停機調峰(也稱“兩班制調峰”)，實現節能目的。采用本發明所述的熱電聯產機組A配合純凝汽式火電機組B避免開停機調峰的系 統及方法建立城市綜合供電網與供熱網，可將熱電聯產機組A和純凝汽式火電機組B所提 供的采暖與電力供給實現綜合調度，從而達到節能減排的目的。以上具體實施方式
僅用于說明本發明，而非用于限定本發明。
權利要求
一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統，其特征在于所述的系統包括用于產出電能和采暖熱能的熱電聯產機組(A)；用于產出電能的純凝汽式火電機組(B)；通過輸電線路與所述熱電聯產機組與純凝汽式火電機組并聯的空調器熱泵(108)，并由所述熱電聯產機組和純凝汽式火電機組產生的電能驅動所述空調器熱泵產生采暖熱能；電能表(109)，包括與所述空調器熱泵相耦合的第一電能表(116)、及與終端用戶的其他電器耦合的第二電能表(117)，所述第一電能表用于檢測所述空調器熱泵采暖的耗電數據，所述第二電能表用于獲得非采暖電力消耗的耗電數據；通過供熱管道與所述熱電聯產機組相連接的散熱器(110)，該散熱器由所述熱電聯產機組加熱的水或蒸汽流入所述散熱器中產生采暖熱能；用于檢測所述散熱器的采暖耗熱數據的耗熱計量表(111)；及調度控制裝置(100)；其中，由所述電能表檢測耗電數據、由耗熱計量表檢測采暖耗熱數據，再由所述調度控制裝置采集所述耗電數據及采暖耗熱數據、及純凝汽式火電機組開停機一次的全部能耗，生成調度控制信號，所述調度控制裝置將調度控制信號發送至所述熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵及散熱器，并控制所述熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵及散熱器運行。
2.根據權利要求1所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系 統，其特征在于所述調度控制裝置包括調度控制信號生成單元(115)，用于獲取在電力負荷低谷時間段，控制純凝汽式火電機 組不停機的燃料消耗量和最優發電出力、熱電聯產機組配合所述純凝汽式火電機組的燃料 消耗量、發電出力和采暖供熱出力、終端用戶的空調器熱泵采暖的電力消耗量、及終端用戶 的散熱器的采暖供熱量的調度控制信號；調度控制信號通訊單元(112、113)，與所述調度控制信號生成單元連接，用于傳輸所述 調度控制信號；及調度控制信號執行單元(118)，包括熱電聯產機組執行裝置(119)、純凝汽式火電機組 執行裝置(120)、空調器熱泵的開關執行裝置(121)及散熱器的開關執行裝置(122)，所述 調度控制信號執行單元根據獲得的調度控制信號控制其連接的調度對象的動作，其中所述 調度對象包括由熱電聯產機組執行裝置控制的熱電聯產機組的燃料輸入、采暖供熱出力 及發電出力；由純凝汽式火電機組執行裝置控制的純凝汽式火電機組的燃料輸入和發電出 力；由空調器熱泵的開關執行裝置控制的終端用戶處的空調器熱泵的開關；及由散熱器的 開關執行裝置控制的終端用戶處的散熱器的開關閥門。
3.如權利要求2所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統， 其特征在于所述調度控制信號生成單元包括采集所述耗電數據和采暖耗熱數據的數據接收單元(201)； 將耗電數據和采暖耗熱數據進行解碼的數據解碼器單元(202)； 對所述解碼后的耗電數據和采暖耗熱數據進行存儲的數據存儲器單元(203)；2生成調度控制信號的調度控制信號計算單元(204)；將所述調度控制信號進行編碼的信號轉換編碼器(205)；及將編碼后的調度控制信號傳遞給熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵及散 熱器的信號收發單元(206)。
4.如權利要求2所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統 其特征在于所述調度控制信號通訊單元包括遠程抄表裝置(112)及輸電線路(113)，所述 遠程抄表裝置分別與所述的第一電能表和耗熱計量表相連接，用于接收和處理所述第一電 能表檢測的空調器熱泵的耗電數據和耗熱計量表檢測的散熱器的耗熱數據，并將該耗電數 據和耗熱數據傳輸至所述調度控制信號生成單元，所述遠程抄表裝置將調度控制信號生成 單元生成的調度控制信號發送給空調器熱泵的開關執行裝置及散熱器的開關執行裝置；所 述輸電線路連接所述調度控制信號生成單元與熱電聯產機組執行裝置及純凝汽式火電機 組執行裝置，所述輸電線路將調度控制信號發送給熱電聯產機組執行裝置及純凝汽式火電 機組執行裝置。
5.如權利要求2所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統， 其特征在于所述熱電聯產機組執行裝置包括調度控制信號收發編碼存儲器(302)、驅動 電路(303)及機械齒輪控制裝置(304)，所述調度控制信號經調度控制信號收發編碼存儲 器解碼以后生成熱電聯產機組調度控制指令，經過驅動電路輸出的電力拖動信號觸發機械 齒輪控制裝置，機械齒輪控制裝置再控制熱電聯產機組的輸入蒸汽量閥門動作、采暖供熱 出力抽汽量閥門動作及發電蒸汽量閥門動作。
6.如權利要求2所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統， 其特征在于所述純凝汽式火電機組執行裝置包括調度控制信號收發編碼存儲器(402)、 驅動電路(403)及機械齒輪控制裝置(404)，所述調度控制信號經調度控制信號收發編碼 存儲器解碼以后生成純凝汽式火電機組調度控制指令，經過驅動電路輸出的電力拖動信號 觸發機械齒輪控制裝置，機械齒輪控制裝置再控制純凝汽式火電機組的輸入蒸汽量閥門動 作。
7.一種用于控制如權利要求1所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停 機調峰的方法，其特征在于所述的方法包括由熱電聯產機組產出采暖熱能和電能；在終端用戶僅采用散熱器進行采暖供熱的模式下，熱電聯產機組產出的熱能提供給所 述終端用戶的散熱器進行采暖，所述的熱電聯產機組產生的電能全部提供給終端用戶的非 采暖電力消耗，通過耗熱計量表檢測的采暖耗熱數據獲得總的采暖供熱負荷，通過電能表 檢測的耗電數據獲得總的非采暖電力負荷；所述調度控制裝置采集所述總的采暖供熱負荷和非采暖電力負荷、及純凝汽式火電機 組開停機一次的全部能耗，獲取在電力負荷低谷時期終端用戶采用散熱器采暖供熱和空調 器熱泵采暖供熱的并行模式下的調度控制信號，其中，在該并行模式下，所述熱電聯產機組 產出的熱能提供給終端用戶的散熱器進行采暖，所述熱電聯產機組產出的電能與純凝汽式 火電機組產出的電能的一部分提供給終端用戶的非采暖電力負荷，另一部分提供給終端用 戶的空調器熱泵進行采暖；所述調度控制裝置再將生成的調度控制信號傳遞給純凝汽式火電機組，控制純凝汽式火電機組的燃料消耗量，進而控制純凝汽式火電機 組避免停機調峰的發電出力；熱電聯產機組，調節熱電聯產機組的燃料消耗量，進而控制熱電聯產機組配合純凝汽 式火電機組的發電出力和采暖供熱出力；空調器熱泵，開啟其對應的部分用戶的空調單元的熱泵的采暖控制開關，使用熱電聯 產機組和純凝汽式火電機組產生的電能驅動空調器熱泵提供采暖；及散熱器，開啟其對應的部分終端用戶的散熱器開關閥門，使得熱電聯產機組產生的采 暖熱水或蒸汽通過采暖供熱管道流入散熱器產生采暖熱能。
8.如權利要求7所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的方法， 其特征在于所述的獲取總的采暖供熱負荷和總的非采暖電力負荷包括以下步驟通過耗熱計量表檢測第j個終端用戶處的散熱器的采暖耗熱量《，通過電能表檢測第j個終端用戶處的非采暖耗電量e/、根據公式(1)獲得總的采暖供熱負荷Hs^um;根據公式⑵獲得總的非采暖電力負荷P/urn:
9.如權利要求8所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的方 法，其特征在于所述純凝汽式火電機組開停機一次的能量消耗Loss·包括燃煤消耗 Lossraal，燃油消耗L0SStjil，和電力消耗Loss+，由公式(3)表示為
10.如權利要求9所述的熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的方 法，其特征在于所述的獲取在電力負荷低谷時期終端用戶采用散熱器采暖供熱和空調器 熱泵采暖供熱的并行模式下的調度控制信號包括以下步驟步驟一針對所述的在終端用戶僅采用散熱器進行采暖供熱的模式下，根據公式(4) 獲得第i臺熱電聯產機組的單位時間內的燃料消耗量片；再由純凝汽式火電機組啟停機調 峰的能量消耗Loss·和公式(5)，獲得在電力負荷低谷時段純凝汽式火電機組停機調峰情 況下，熱電聯產機組和純凝汽式火電機組總的燃料消耗量Fuegum K=(4)； PueKum - T . Σ =1 + Losssum (5);其中T代表電網電力低谷時間，Γ ·Σ =1^代表所有熱電聯產機組在電網電力低谷時 間段T的總燃料消耗量；步驟二 針對所述的在終端用戶采用散熱器采暖供熱和空調器熱泵采暖供熱的并行模 式下，根據獲得的總的采暖供熱負荷Hs^um、非采暖電力負荷Z5s^m，檢測第j個終端用戶的 空調器熱泵的制熱性能系數COPj,根據公式(6) (15)建立第i個熱電聯產機組的采暖供 熱出力Qi、發電出力Ei和燃料消耗量Fp純凝汽火電機組避免停機調峰的發電出力Ecw和單位時間燃料消耗量G、第j個終端用戶的空調器熱泵的電力消耗量、第j個終端用戶的 散熱器的采暖供熱量q^之間的約束關系 EJnin = Pjnin(Qi) (6)； EJnax = Pjnax(Qi) (7)；Qi < Qt (8)；EJnin < Ei < EJnax (9)；Qtum = Σ；=! Qi + Σ]=1 COPj . efHP = Σ；=! qj + lJj=1 COPj . efHP (10)；Psum - Σ =1 Ei + ECON ~ Σ;=ι efHP (11);Fi = fj (QiiEi) (12)；Psum - Σ = ι Fi = YjI=I fiiQv Ei) (13);G = g (Econ) (14)；Fuelsum = T . (Fsum + G) = T- (JJi=JiiQvEi) + G) (15)； 其中&min、分別代表第i個熱電聯產機組在一定的采暖供熱出力Qi下 的最小和最大發電出力；Σ =1仏代表所有熱電聯產機組的總的采暖供熱出力； Σ;=1 COPj . 代表所有終端用戶處的空調器熱泵采暖供熱負荷；代表所有終端用戶的散熱器的采暖供熱量；Σ =1 &代表所有熱電聯產機組的發電出力· /)=1β)ΕΗΙ χ表所有終端用戶的空調器熱泵的采暖電力消耗量；Fsum代表所有熱電聯產機組單位時間總 的燃料消耗量；Fuel·代表在電網電力低谷時間段T內熱電聯產機組和純凝汽式火電機組 的總燃料消耗量；步驟三以滿足總的采暖供熱負荷Hs^um與非采暖電力負荷Z5s^n為目標，以步驟一中 獲得的總燃料消耗量Fuegum為比較對象，建立最小化目標函數(16)，采用“混合整數非線 性規劃”方法求解獲得最優的調度控制信號純凝汽式火電機組避免停機調峰的單位時間 燃料消耗量G和發電出力Ecw、熱電聯產機組的單位時間燃料消耗量Fp發電出力Ei及采暖供熱出力Qi、終端用戶的空調器熱泵的采暖電力消耗量終端用戶的散熱器的采暖供 熱量Qj Minimum AFueI = Fuelsum — Fuel*sum (16)；其中AFuel是總的燃料節能量。
全文摘要
本發明涉及一種熱電聯產機組配合純凝汽式火電機組避免開停機調峰的系統，其包括熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵、電能表、散熱器、耗熱計量表及調度控制裝置。其中，由所述電能表檢測耗電數據、由耗熱計量表檢測采暖耗熱數據，再由所述調度控制裝置采集所述耗電數據及采暖耗熱數據、及純凝汽式火電機組開停機一次的全部能耗，進而生成調度控制信號，該調度控制裝置將調度控制信號發送至所述熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵及散熱器，并控制所述熱電聯產機組、純凝汽式火電機組、空調器熱泵及散熱器運行。本發明能有效避免純凝汽式火電機組開停機調峰、從而減少因此造成的燃料損失。
文檔編號F24D3/18GK101950963SQ201010261188
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者吳鍇, 趙媛, 陳曦, 馬建偉, 龍虹毓 申請人:西安交通大學