專利名稱：利用太陽能發電的水源熱泵熱電聯合調度系統及調度方法
技術領域：
本發明涉及城市綜合能源供應系統，尤其涉及一種利用對采暖冷負荷的調度實現電力系統最優化控制的方法。
背景技術：
可再生能源具有綠色清潔的特點，近些年發展迅速。但以太陽能發電為例，太陽能發電在提供清潔低碳能源的同時，太陽能電場的大規模并網也給電網安全經濟運行帶來了不利影響。傳統的調度問題是基于準確的負荷預測進行的。而太陽能受到氣候、地域以及溫度等多種自然因素的影響具有間歇性和隨機波動性，太陽能發電功率預測的難度較負荷預測要大得多。雖然目前國內外學者們已經對太陽能預測做了大量的相關研究工作，但是太陽能電場出力的預測水平在很大程度上仍然無法滿足工程實際的要求，這給電力系統的調度工作帶來了相當大的困難。
水源熱泵產出采暖熱水，由于輸送距離及熱水流速的限制，送達用戶具有一定的距離，而產出的電力則可以瞬間到達用戶；現有技術中，沒有根據水源熱泵與采暖用戶之間的距離，合理對水源熱泵進行調度控制的系統及方法，使得調度更加的及時、準確，避免浪費能源。發明內容
本發明的目的是建立一種熱電調度系統及其調度方法，利用太陽能發出的電量驅動水源熱泵，使之產出熱水。太陽能的等效發電功率，使該等效發電功率與太陽能發電機組發出的實際電力相接近。當需要降低熱水供應量時，使用機組的發電量，將其轉換為熱量， 補充由于降低熱水供應量導致的供熱不足。該系統根據水源熱泵與采暖用戶之間的距離， 合理對水源熱泵的發電量和出熱量，以及空調熱泵用戶的耗電量和供熱量進行控制，調節在用電高峰和低谷時的能耗。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種熱電聯合調度系統，包括供給側設備、檢測及控制設備和多個用戶側設備； 供給側設備包括用于提供熱水的水源熱泵和發電的太陽能發電機組，水源熱泵由太陽能發電機組供電；每個用戶側設備包括由上述機組發出的電力驅動的熱泵裝置；由上述水源熱泵提供熱水的采暖散熱器；非采暖的耗電裝置；檢測及控制設備包括遠程集中控制器，采集一段時間內的以下數據所述水源熱泵的供暖熱出力量和耗電量；非采暖的耗電裝置的耗電量；太陽能的發電出力；熱水消耗數據即耗熱量；用戶與熱源即水源熱泵之間的距離；綜合調度控制裝置，根據上述距離，計算下一時段由于減少熱水供應導致的采暖散熱器中的熱水供應不足的熱量，該供應不足的熱量用所述熱泵裝置的發熱量來補充，即熱泵裝置耗電發熱；根據水源熱泵和熱泵裝置的耗電量，計算下一時段太陽能的等效發電功率，使該等效發電功率與太陽能發電機組發出的目標電力相接近，從而得到水源熱泵的熱能控制信號、耗電量信號及熱泵裝置用電量控制信號和供熱量信號；遠程集中控制器根據水源熱泵的熱能控制信號、耗電量信號，控制水源熱泵的供暖熱出力量和耗電量；并根據熱泵裝置用電量控制信號和供熱量信號分別控制熱泵供暖量和關閉散熱器量。
計算熱水供應不足的熱量時，還要根據熱水發熱的熱慣性時間計算。所述熱泵裝置為空調。
所述遠程集中控制器包括第一和第二遠程集中控制器，分別采集供給側設備和用戶側設備的信息并向其發出控制信號；綜合調度控制裝置(11 對上述采集的信息進行運算和控制。
所述檢測及控制設備還包括控制所述熱泵裝置的發熱量的遙控開關(117)；用于檢測所述采暖散熱器(110)熱水消耗的數據的消耗計量表(111)；控制采暖散熱器(110) 的流水閥門遙控開關(116)；水源熱泵的控制執行裝置(118)。
所述水源熱泵的控制執行裝置(118)包括調度控制信號收發編碼存儲器(302)、 驅動電路(30 及控制裝置(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調度控制指令，經過驅動電路輸出的信號觸發控制裝置，控制裝置再控制水源熱泵的閥門動作。
綜合調度控制裝置(115)通過電力光纖(120)與云計算計算服務系統(917)連接，對采集的數據進行云計算。
還提出了一種調度控制方法，對上述調度系統進行合理地調度控制。
現對于現有技術，本發明的有益效果在于將太陽能的發電出力預測值與發電出力的實際值相接近，避免浪費太陽能，同時使得調度更加的及時、準確。
圖1為本發明的熱電聯合調度系統電路圖2為第二遠程集中控制器的組成圖3為水源熱泵控制執行裝置118的組成圖4為綜合調度控制裝置115的組成圖5為云計算計算服務系統917的連接圖6(a)，(b)，(c)分別是太陽能實際發電曲線，預測的太陽能發電曲線和等效后的太陽能發電曲線。
具體實施方式
下面結合
本發明的具體實施方式
。
請參照圖1所示，本發明的一種熱電聯合調度系統包括供給側設備、檢測及控制設備和多個用戶側設備。
供給側設備包括水源熱泵A和太陽能發電機組B，該水源熱泵在其減小熱水供應量時，只能夠提高發電量；水源熱泵利用太陽能發電機組發出的電量驅動，產出熱水；
每個用戶側設備包括
通過電力電纜113與太陽能發電機組并聯的空調器熱泵108，所述空調器熱泵108 由所述太陽能發電機組B產生的電能驅動而產生采暖熱能；以及由太陽能發電機組B供電的非采暖耗電裝置(附圖1中未畫出)；
通過供熱管道114與所述水源熱泵A相連接的熱水式采暖散熱器110，所述水源熱泵A生產的熱水流入所述熱水式采暖散熱器110中產生采暖熱能；
檢測及控制設備包括
電能表109，用于檢測耗電數據；
控制空調器熱泵108的空調器熱泵遙控開關117 ；
熱水式采暖散熱器熱水消耗計量表111，用于檢測所述熱水式采暖散熱器110熱水消耗的數據；
采集用戶非采暖用電的電表(未圖示)；
控制熱水式采暖散熱器110的熱水式采暖散熱器流水閥門遙控開關116 ；
第一遠程集中控制器1121，采集水源熱泵A供暖出力熱水流量和耗電量；其傳送給綜合調度控制裝置115 ；
第二遠程集中控制器1122，采集所述空調器熱泵專用電能表109檢測的耗電數據；記載熱水式采暖散熱器110與水源熱泵A之間的管道距離信息；采集熱水式采暖散熱器熱水消耗計量表111檢測的熱水消耗數據；采集用戶輸入的熱慣性時間數據；然后再將空調器熱泵的耗電數據、熱水式采暖散熱器110的管道距離信息、熱水消耗數據和熱慣性時間數據傳送給綜合調度控制裝置115 ；
綜合調度控制裝置115，由水源熱泵A供暖出力熱水流量和耗電量、用戶的熱水式采暖散熱器110的管道距離信息、用戶的非采暖用電數據和用戶的熱水消耗數據和用戶輸入的熱慣性時間，生成調度控制信號；
第一遠程集中控制器1121接收綜合調度控制裝置115所發出的調度控制信號，并用該調度控制信號控制水源熱泵A的機組控制執行裝置118動作；
第二遠程集中控制器1122接收綜合調度控制裝置115所發出的調度控制信號，并用該調度控制信號分別驅動空調器熱泵遙控開關117、熱水式采暖散熱器流水閥門遙控開關116執行開關機動作；
終端用戶處的空調器熱泵108通過輸電線路113與太陽能發電機組并聯，可由太陽能發電機組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。空調器熱泵108還包括空調器熱泵開關⑤。
請參照圖1，所述電能表109與所述空調器熱泵108耦合；空調器熱泵遙控開關 117連接空調器熱泵108，用于控制空調器熱泵108的開關。電能表109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。散熱器110，通過供熱管道114水源熱泵A相連接，并由水源熱泵A產出的熱水流入所述散熱器110中產生采暖熱能。熱水消耗計量表111，與散熱器110相耦合，用于檢測散熱器110的采暖耗熱數據。 散熱器110設有開關閥門⑥。第二遠程集中控制器1122，采集空調器熱泵專用電能表109 檢測的耗電數據并傳送給綜合調度控制裝置115 ；采集熱水式采暖散熱器熱水消耗計量表 111檢測的熱水消耗數據，并記載該熱水式采暖散熱器110與水源熱泵A之間管道距離信息，然后再將熱水消耗數據和管道距離信息傳送給綜合調度控制裝置115。
請參照圖2所示，第二遠程集中控制器1122包括空調電表脈沖計數器、非采暖電表脈沖計數器(未圖示)、采暖熱水流量脈沖計數器、脈沖信號編碼轉換器、計量信號放大發射器，控制信號接收解碼器和控制信號遙控發射器；空調電表脈沖計數器連接空調器熱泵專用電能表109，用于檢測空調器熱泵專用電能表109檢測的耗電數據，空調電表脈沖計數器檢測得到的耗電數據脈沖信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理后傳送至綜合調度控制裝置115;
非采暖電表脈沖計數器連接用戶非采暖電表，用于檢測用戶非采暖耗電數據 (即，除空調熱泵耗電以外的用戶耗電數據)，用戶非采暖耗電數據經過脈沖信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理后傳送至綜合調度控制裝置115 ；
采暖熱水流量脈沖計數器連接熱水式采暖散熱器熱水消耗計量表111，用于檢測熱水式采暖散熱器熱水消耗計量表111的采暖流量數據，采暖熱水流量脈沖計數器檢測得到的采暖流量數據經過脈沖信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理后和熱水式采暖散熱器110與水源熱泵A之間的管道距離信息傳送至綜合調度控制裝置115 ；
控制信號接收解碼器，接收綜合調度控制裝置115發出的調度控制信息并進行解碼，然后通過控制信號遙控發射器將控制信號發送給空調器熱泵遙控開關117、熱水式采暖散熱器流水閥門遙控開關116執行動作。
請參照圖3所示，機組控制執行裝置118包括調度控制信號收發編碼存儲器302、 驅動電路303及控制裝置304，所述調度控制信號經調度控制信號收發編碼存儲器302解碼以后生成機組調度控制指令，經過驅動電路303輸出的信號觸發控制裝置304，控制裝置 304再控制水源熱泵A的閥門動作。
請參照圖4，綜合調度控制裝置115包括
接收用戶非采暖耗電數據、用戶熱水消耗數據、用戶管道距離信息、水源熱泵A的供暖出力熱水流量和耗電量第一數據接收單元201 ；將接收到的所有數據進行解碼的數據解碼器單元202 ；對解碼后的所有數據進行存儲的數據存儲器單元203 ；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編碼器205 ；及將編碼后的調度控制信號傳遞給第一遠程集中控制器1121、第二遠程集中控制器1122的發送單元 206。
請參照圖5，綜合調度控制裝置115通過電力光纖120與云計算計算服務系統917 連接，并驅動云計算計算服務系統917計算，以獲得調度控制信號；綜合調度控制裝置115 通過電力光纖120接收云計算計算服務系統917計算獲得的調度控制信號，然后經由電力電纜或無線傳輸方式發布該調度控制信號給第一遠程集中控制器、第二遠程集中控制器。
本發明熱電聯合調度系統的調度方法包括以下步驟
2研究步驟
i.測量
(1)測量供給側
a)水源熱泵耗電量Pwshp和供熱量Hwshp
b)0 M號太陽能發電機組以前各時段的發電出力尸廠⑴，j =0 M ；
(2)測量N個用戶側數據；
a) 0 N個用戶距機組的管道距離Si, i = 0 N ；
以Δ T為采樣周期，采集0 T時間段內以下數據
b) 0 N個用戶以前各時段的耗熱功率Hi (t)；
c)0 N個用戶以前各時段的空調熱泵裝機容量；
ii.計算
(1)計算太陽能發電機組以前總出力
權利要求
1.一種熱電聯合調度系統，其特征在于，包括供給側設備、檢測及控制設備和多個用戶側設備；供給側設備包括用于提供熱水的水源熱泵(A)和發電的太陽能發電機組(B)，水源熱泵由太陽能發電機組供電；每個用戶側設備包括由上述機組發出的電力驅動的熱泵裝置(108)；由上述水源熱泵提供熱水的采暖散熱器(110)；非采暖的耗電裝置；檢測及控制設備包括遠程集中控制器，采集一段時間內的以下數據所述水源熱泵的供暖熱出力量和耗電量；非采暖的耗電裝置的耗電量；太陽能的發電出力；熱水消耗數據即耗熱量；用戶與熱源即水源熱泵之間的距離；綜合調度控制裝置(115)，根據上述距離，計算下一時段由于減少熱水供應導致的采暖散熱器中的熱水供應不足的熱量，該供應不足的熱量用所述熱泵裝置的發熱量來補充，即熱泵裝置耗電發熱；根據水源熱泵和熱泵裝置的耗電量，計算下一時段太陽能的等效發電功率，使該等效發電功率與太陽能發電機組發出的目標電力相接近，從而得到水源熱泵的熱能控制信號、耗電量信號及熱泵裝置用電量控制信號和供熱量信號；遠程集中控制器根據水源熱泵的熱能控制信號、耗電量信號，控制水源熱泵的供暖熱出力量和耗電量；并根據熱泵裝置用電量控制信號和供熱量信號分別控制熱泵供暖量和關閉散熱器量。
2.根據權利要求1所述的調度系統，其特征在于計算熱水供應不足的熱量時，還要根據熱水發熱的熱慣性時間計算。
3.根據權利要求1或2所述的調度系統，其特征在于所述熱泵裝置為空調。
4.根據權利要求1或2所述的調度系統，其特征在于所述遠程集中控制器包括第一和第二遠程集中控制器，分別采集供給側設備和用戶側設備的信息并向其發出控制信號； 綜合調度控制裝置(11 對上述采集的信息進行運算和控制。
5.根據權利要求1或2所述的調度系統，其特征在于，所述檢測及控制設備還包括控制所述熱泵裝置的發熱量的遙控開關(117)；用于檢測所述采暖散熱器(110)熱水消耗的數據的消耗計量表(111)；控制采暖散熱器(110)的流水閥門遙控開關(116)；水源熱泵的控制執行裝置(118)。
6.根據權利要求6所述的一種調度系統，其特征在于，所述水源熱泵的控制執行裝置 (118)包括調度控制信號收發編碼存儲器(30 、驅動電路(30 及控制裝置(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調度控制指令，經過驅動電路輸出的信號觸發控制裝置，控制裝置再控制水源熱泵的閥門動作。
7.根據權利要求1所述的一種調度系統，其特征在于，綜合調度控制裝置(115)通過電力光纖(120)與云計算計算服務系統(917)連接，對采集的數據進行云計算。
8.一種根據權利要求4至8任一項所述調度系統的控制方法，其特征在于，包括如下步驟i.測量(1)測量供給側a)水源熱泵耗電量Pwshp和供熱量Hwshpb)0 M號太陽能發電機組以前各時段的發電出力
全文摘要
一種調節供電和熱水的熱電調度系統，包括水源熱泵、太陽能發電機組、空調器熱泵、電能表、散熱器、耗熱計量表及采集所述電能表檢測的耗電數據及耗熱計量表檢測的采暖耗熱數據的第一和二遠程集中控制器、通過第一和第二程集中控制器控制所述水源熱泵、太陽能發電機組、空調器熱泵及散熱器運行的調度控制裝置。本發明通過采集用戶至熱源的管道距離，利用該管道距離合理將供電出力和熱水出力進行調度，將太陽能的發電出力預測值與發電出力的實際值相接近，避免浪費燃料資源，同時使得調度更加的及時、準確。
文檔編號F24D19/10GK102522762SQ20111032399
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月23日 優先權日2011年10月23日
發明者吳鍇, 楊玉龍, 龍虹毓 申請人:西安交通大學