基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法
本专利技术属于清洁能源综合应用
，涉及一种基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法。
技术介绍
可再生能源取之不尽用之不竭且绿色环保。以风能为例，虽然近些年对其的利用发展迅速，但问题也随之而来。风电的不确定性和波动性会对电网运行产生较大的冲击甚至危险。尤其风电的反调峰现象，扩大了系统的峰谷差，加大了电网调度的难度。我们须不断的探索在保证城市居民供热的前提下人为地进行调峰减少弃风量的方法。调峰包含调峰深度和调峰速度两个方面，且一般电网调峰的能力是不足的。现有的调峰方式主要有两种：①利用火电机组进行调峰；②利用热电机组和用户联合调峰。方式①从源端入手，利用火电调节风电，调峰能力有所提高，但没有考虑需求侧用户端的潜在调峰能力；方式②从源端和需求侧用户端两边入手，一方面源端调节热电机组电出力；另一方面根据热水的时滞性和电力的瞬时性，合理安排用户端负载消纳风电制热调峰，调峰能力进一步提升，但其是在假设用户均一性完全相同的情况下进行的调控。实际上，由于用户室内外温度、用户空间位置、房屋隔热系数、用户年纪、性别(舒适度、耐受度不同)等是不同的，所以用户端负荷不一定是完全相同的，即用户端热负荷在时间和空间上是不尽相同的，即均一性是有差异的，则在调度应该注意到均一性差异对调度策略的影响，从而更加充分的挖掘出用户端潜在的调峰能力。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法。在计及终端热负荷非均一特性及热水流速的影响下，对热能、电能进行综合调控，实现风力...
【技术保护点】
基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法，其特征在于，包括：三个子硬件系统和一个综合控制系统：终端热负荷测量分析系统：用户的智能手机(F)；用于采集用户数量、位置信息的无线通讯基站(E)；用于检测用户室内、外温度的无线温度传感器(104/112)；用于检测空调、热泵、热水罐进/出水电磁阀的开、关次数的智能开关量记录仪(111)；“开”、“关”状态用“0”、“1”表示；用于检测热水式采暖散热器(108)的热水消耗量的热水消耗计量表(109)；电力系统：用于产出电力和热力的热电联产机组(A)；用于产出电力的风力发电机组(B)；用于消耗电力制热的热泵(202)和空调(205)；通过电力电缆网(201)与背压式热电联产机组(A)和风力发电机组(B)并联的用户的热泵(202)与空调(205)；采集用户非采暖耗电量的电表(204)；热力系统：用于储热的位置、容量不同的热水罐(C)；热水罐通过供热管道网(101)向用户提供热水；通过供热管道网(101)与热电联产机组(A)相连接的用户的热水式采暖散热器(108)：属于且附着在电力系统与热力系统的传感器与执行器：传感器类：流量传感器(102...
【技术特征摘要】
1.基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法，其特征在于，包括：三个子硬件系统和一个综合控制系统：终端热负荷测量分析系统：用户的智能手机(F)；用于采集用户数量、位置信息的无线通讯基站(E)；用于检测用户室内、外温度的无线温度传感器(104/112)；用于检测空调、热泵、热水罐进/出水电磁阀的开、关次数的智能开关量记录仪(111)；“开”、“关”状态用“0”、“1”表示；用于检测热水式采暖散热器(108)的热水消耗量的热水消耗计量表(109)；电力系统：用于产出电力和热力的热电联产机组(A)；用于产出电力的风力发电机组(B)；用于消耗电力制热的热泵(202)和空调(205)；通过电力电缆网(201)与背压式热电联产机组(A)和风力发电机组(B)并联的用户的热泵(202)与空调(205)；采集用户非采暖耗电量的电表(204)；热力系统：用于储热的位置、容量不同的热水罐(C)；热水罐通过供热管道网(101)向用户提供热水；通过供热管道网(101)与热电联产机组(A)相连接的用户的热水式采暖散热器(108)：属于且附着在电力系统与热力系统的传感器与执行器：传感器类：流量传感器(102)，检测热水流量；压力式温度传感器(103)，检测热水罐中热水温度；液位传感器(105)，检测热水罐中热水的液位；执行器类：止回阀(211)，防止热水倒流；进水遥控电磁阀(106)，给热水罐注水；出水遥控电磁阀(107)，打开放水给用户进行供热补偿；循环泵(212)，将水循环利用；控制热泵(202)的热泵遥控开关(203)；控制空调(205)的空调遥控开关(206)；控制热水式采暖散热器(108)的热水式采暖散热器智能遥控开关(110)；综合控制系统：第一远程集中控制器(1121)采集热电联产机组(A)的热电产能信息并传给综合调度控制装置(1124)；第二远程集中控制器(1122)采集风力发电机组(B)的发电信息并传递给综合调度控制装置(1124)；第三远程集中控制器(1123)记载热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的管道距离信息并采集用户非采暖用电量、热水消耗计量表(119)检测的热水流入量及用户输入热惯性时间，用户室内、外温度和用户数量，并将以上信息分别传送给综合调度控制装置(1124)；第三远程集中控制器(1123)还接收综合调度控制装置(1124)发出的调度控制信号，根据调度控制信号分别驱动热泵的遥控开关(203)、空调遥控开关(206)、热水式采暖散热器遥控开关(110)及热水罐遥控电磁阀(106/107)执行动作；综合调度控制装置(1124)还接收终端用户的位置、数量、室内、外温度、开关状态等信息，通过通信电缆(206)与计算机服务系统(207)连接，并驱动计算机服务系统(208)计算，以获得调度控制信号，然后经由通信电缆将调度控制信号传送给第一/三远程集中控制器(1121/1123)。2.根据权利要求1所述的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统，其特征在于：利用无线通讯基站(E)测量用户信息如下：用户被动数量信息采集：无线通讯基站(E)与手机(F)信息交换是一对一的过程，用户端视为每人一部手机，则基站在某时段采集的手机数量可视为用户数量；无线通讯基站(E)能容纳的用户数量额定值为J，采集某时段基站中进行信息交换的用户数量J1(t)，则可调节的用户总数量为J1(t)，不能参与调节的用户数量J2(t)且J2(t)＝J-J1(t)，根据距离分组，可得出每组可调节的用户数量为Yb(t)；用户被动时空信息采集：无线通讯基站(E)的覆盖范围是以基站为中心，半径为一定常量的圆形范围，在此范围内的用户的手机位置信息都可被检测到；利用基站(E)对用户手机(F)定位，记录用户的经纬度坐标信息，引入空间位置信息到终端热负荷中，使用户热负荷空间分布可视化。3.根据权利要求1、2所述的终端热负荷测量分析系统，其特征在于：分析如下：均一性指在计及外界因素及内界因素的干扰时单位用户单位时间内对热负荷的需求值是一样的。外界因素主要包括：用户室外温度、用户空间位置等；内界因素主要包括：用户年纪、性别(舒适度、耐受度不同)等。在实际供热中，用户所处的外界环境和内界环境是不完全相同的，则用户单位时间内热负荷肯定是不同的，即用户热负荷均一性是有差异的，则在调度应该注意到均一性差异对调度策略的影响。我们把均一性表示出来，用到的主要变量如下：直接测量变量如下：用户数量Tb(t)、ybK(t)；用户室内温度上限值τimax(t)与下限值τimin(t)；热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的实际管道距离信息(用户位置)Si；热水消耗计量表(119)检测热水消耗量Qi(t)；间接计算变量如下：用户种类信息K(K为正整数)及各组用户中各类用户的人数ybK(t)及其比例信息αbK(t)；热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(2108)之间的等效管道距离si；热水消耗量Qb(t)及每类用户热水消耗量qbK(t)。其中：t＝Si/v/ΔT，si*＝(Si/v+Ti)/ΔT；ΔT为采样周期，ν为热水流速；将计算结果做取整运算si＝[si*]，si∈N，将相同si的用户分为同一组，si＝b，记为第b组，共B组；模型如下：Δτi(t)＝τimax(t)-τimin(t)；Δτi(t)＝Δτi，K(t)；KT1≥Δτi(t)≥(K-1)T1；Δτbi(t)＝τbimax(t)-τbimin(t)；Δτbi(t)＝Δτbi，K(t)；KT1≥Δτbi(t)≥(K-1)T1；ybK(t)＝∑Ki；Δτbi(t)＝τbi，K(t)，i≠0，Ki＝1；ybK(t)/Tb(t)＝αbK(t)；qbK(t)＝∑Qbi，K(t)；且：∑αbK(t)＝1；∑qbK(t)＝Qb(t)；∑ybK(t)＝Yb(t)；Δτi＝Z1T1＝Δτi(set)时，用户为第m类用户，数量为ybm(t)，比例为αbm(t)，热负荷为qbm(t)。Δτbi(t)为第b组用户i的室内温度波动范围；Δτbi，K(t)表示第b组用户i的室内温度波动范围为第K类；Qbi，K(t)表示第b组用户中第K类用户i的热负荷，T1为温度波动范围最小分组周期。将主要扰量分离出来，第b组用户热负荷均一性值可表示为：Hom(b，t)＝∑qbK(t)/ybK(t)*αbK(t)；得到坐标点A(Hom(b，t))，设用户热负荷均一性分布函数为f(b，t)，其包含时间和空间两个变量且已知用户热负分布服从威布尔分布，则设用户热负荷均一性分布服从二元威布尔分布。有两种情况：①当t一定时，相当于t为常量，此时t＝tc，得到在tc时刻不同用户组b的均一性值A(Hom(b，tc))，利用该值用最小二乘法求出其最接近的线性函数y＝a1b+a2，则形状参数λ1＝a1，尺度参数则：f1(b)＝X(λ1，，λ2)；②当b一定时，相当于b为常量，此时b＝bc，得到在多个t时刻用户组bc的均一性值A(Hom(bc，t))，利用该值用最小二乘法求出其最接近的线性函数y＝a3b+a4，则形状参数λ3＝a3，尺度参数则：f2(t)＝X(λ3，，λ4)；由于是二元分布，我们可以将任一变量转化为二行一维向量分别表示时间和用户组进而求出其空间分布。本专利中将用户组b转化为向量b和t，即b＝[b，t]T。将用户组b＝[b，t]T带入函数f(b，t)＝＝f1(b)*f2(t)＝X(λ1，λ2)*X(λ3，λ4)，即：则得出热负荷均一性分布的二元威布尔分布。利用MATLAB可求出其时空分布图。4.根据权利要求1、2和3所述的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法，其特征在于：原有的热力系统：测量热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的实际管道距离信息(用户位置)Si，可算出其等效距离si；新加入的终端终端热负荷测量分析系统：测量各组、各类用户数量Yb(t)、ybK(t)；用户室内温度上限值τimax(t)与下限值τimin(t)；各组各类用户热水消耗量Qb(t)及qbK(t)；可计算出用户种类信息K及各组各类用户的人数ybK(t)及其比例αbK(t)，进而求出用户热负荷均一性分布。基于终端热负荷非均一特性及热水流速，提出一个新的控制策略对其进行协同控制，用于得到：用户分组分类的调度控制信号；在每个时刻应参与调度的预调节用户组、用户种类的调控信号；终端用户处在每个时刻应开/关热水罐进行储热/放热的热水罐位置、个数及其开/关时长的调控信号；终端用户处在每个时刻应开/关热泵进行制热的热泵位置、个数及其开/关时长及电力消耗量的调度控制信号；终端预调节用户处的空调在每个时刻的其开/关时长及采暖电力消耗量的调度控制信号。5.根据权利要求3所述的终端热负荷非均一特性分布函数，其特征在于，规划热水罐的选址定容时应计及用户干扰成本和修建成本，热水罐的位置由用户热负荷均一特性决定，容量由用户本身所需热负荷决定，其规划模型如下：选址：在k个时段内选择热负荷均一性值大于设定值Hom(set)的用户组作为建立预热水罐地区，若不同时间段之间有重复的用户组，则按同一组用户对待，共B′个用户组。然后在B′个用户组中选择室内温度波动范围大于设定值Δτi(set)的用户种类作为建立热水罐用户。选址模型：(N+1)T2≥Hom(b，t，k)≥NT2；Hon(b，t，k)≥Z2T2＝Hom(set)；C(t，k)＝∑kb；Hom(b，t，k)，b≠0，kb＝1；B′＝∑b(t，k)，b(t，k)≠b(t，k-1)；yre＝∑ki；Δτi(t)≥Z1T1＝Δτi(set)，i≠0，ki＝1；定容：热水罐的容量由用户需要的供暖时长及其热水罐最大供水功率的乘积决定。定容量模型：其中：k、N为自然数，T为调度周期，Hom(b，t，k)为第k个采样时间段第b组用户热负荷均一性值；T2为用户均一性值分组间隔周期；C(t，k)为第k个采样时间段的用户数量；yre为B′个用户组bm～bm′中需要建立热水罐的用户数量；为第b组第K类用户i需持续供暖的时间；pout，max为热水罐的最大输出功率；为第b组第K类用户i的热水罐规划容量。6.根据权利要求3、5所述的终端热负荷非均一特性分布函数及热水罐的选址规划，其特征在于，根据用户热负荷非均一特性选择出预调节用户组和预调节用户种类，这是一个中间状态，在每个时段中参与调节的用户可能是不同的，但选择原则是相同的。模型如下：预调节用户组：(N+1)T2≥hom(b，t)≥NT2；hom(b，t)≥Z2T2＝Hom(set)；C′(t)＝∑kb；hom(b，t)，b≠0，kb＝1；C′≤B′；预调节用户种类：yre′(t)＝∑ki；Δτi(t)≥2T1，i≠0，ki＝1；k＝k0～k...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙虹毓，朱金菊，韩志豪，谭为民，卓佳鑫，周思宇，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。