技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力系统分析技术领域，具体涉及一种面向用户负荷特异性的热电协同调度系统和方法。
背景技术
[0002] 随着经济的飞速发展和一次
能源日益枯竭，以及环境污染问题的如意突出，绿色
可再生能源越来越受到各国的关注。我国
风电的装机容量和并网规模逐年增大，但同时也面临着严重的弃风现象。有相关研究表明，我国三北地区多风期与供暖高峰期相重合，热电厂在供暖期因供暖而导致系统调峰能力急剧下降是导致弃风的一个主要原因。
[0003] 传统的“以热定电”运行模式限制了
热电联产机组的电出力调节范围，使系统的调峰能力下降，进而降低了系统对风电资源的接纳能力，造成大量弃风；同时，现有调峰系统忽略不同用户的差异性也能参与所能提供的潜在电力调节能力，进而提高热电联产的灵活性及可再生能源的消纳能力的问题。
[0004] 有鉴于此，亟需提供一种优化用户差异性导致的负荷与蓄能的配合的方法及系统。
发明内容
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种面向用户负荷特异性的热电协同调度系统，包括：
[0006] 通过电力
电缆网连接的热电联产机组和
风力发
电机组；
[0007] 且通过电力电缆网与热电联产机组和风力
发电机组并联的用户分散储热单元；
[0008] 通过集中热网与热电联产机组连接的用户耗热单元；
[0009] 用于源端储热的第一储能装置；
[0010] 用户分散储热单元F包括串接的用户
热泵遥控
开关，热泵，用于在末端分散储热的第二储能装置，及用于检测热泵耗电量和第二储能装置的进出热量的计量表；
[0011] 用户耗热单元包括串接的
散热器遥控开关，热
水式采暖
散热器，及用于检测热水式采暖散热器的热水消耗量的热水消耗计量表；
[0012] 分别用于控制管理热电联产机组、
风力发电机组的第一远程集中
控制器和第二远程集中控制器；
[0013] 用于控制管理用户分散储热单元和用户耗热单元的第三远程集中控制器；
[0014] 第一远程集中控制器、第二远程集中控制器、第三远程集中控制器、移动终端均与综合调度控制装置无线通信连接；
[0015] 第一远程集中控制器采集热电联产机组的热电产能信息与第一储能装置的进出热量并传给综合调度控制装置；第二远程集中控制器采集风力发电机组的发电信息并传递给综合调度控制装置；第三远程集中控制器采集各用户非采暖用电量、热水消耗计量表检测的热水流入量，用户
位置、数量，各用户室内、外
温度，并将以上信息分别传送给综合调度控制装置；
[0016] 综合调度控制装置接收终端用户的位置、数量、室内、外温度、遥控开关状态等信息，通过通信电缆与计算机服务系统连接，并驱动计算机服务系统计算，确定调度控制
信号分别传送给第一远程集中控制器与第三远程集中控制器；第一远程集中控制器根据调度
控制信号控制热电联产机组的发电量和供热量及第一储能装置的热量蓄放；第三远程集中控制器根据调度控制信号分别驱动散热器遥控开关、用户热泵遥控开关及第二储能装置的热量蓄放。
[0017] 在上述方案中，所述综合调度控制装置通过无线通讯基站实时
定位移动终端位置状态，采集用户是否在室内的状态；
[0018] 用户通过移动终端设定的人在室内时目标温度与人不在室内时目标温度分别存在温度
阀值。
[0019] 在上述方案中，所述用户通过移动终端设置用户模式，包括
[0020] 智能模式：综合调控装置根据散热器遥控开关、用户热泵遥控开关的开关状态，用户的是否在室内的状态及对应该状态的基准温度，用户类型控制热电联产机组的发电量与供热量，第一储能装置、第二储能装置的热量蓄放，控制散热器遥控开关，用户热泵遥控开关，用户类型控制热电联产机组的发电量与供热量，第一储能装置、第二储能装置的热量蓄放，实现调整室内温度。
[0021] 普通模式：用户设定室内温度为一个固定值，无关人在不在室内，综合调控装置根据散热器遥控开关、用户热泵遥控开关的开关状态，用户类型控制热电联产机组的发电量与供热量，第一储能装置、第二储能装置的热量蓄放，控制散热器遥控开关，用户热泵遥控开关，用户类型控制热电联产机组的发电量与供热量，第一储能装置、第二储能装置的热量蓄放，实现调整室内温度。
[0022] 在上述方案中，所述移动终端用户设定中包括一个总账户与若干各子账户，总账户可设定用户模式和基准温度。
[0023] 在上述方案中，所述综合调度控制装置具体控制信号生成过程如下：
[0024] A1、综合调度控制装置接收各控制器采集的变量；
[0025] A2、预测未来一段时间的风力发电机组的总出力及用户总需热量；
[0026] A3、以调节前、后风力发电出力差值最小为目标建立调度模型，求解模型，确定获取各个变量作为调控信号；
[0027] A4、根据用户行为数据的变化和步骤A3运算结果，综合调度控制装置生成调控信号并发送至对应的控制器进行热电调节。
[0028] 本发明还提供了一种基于上述系统的面向用户负荷特异性的热电协同调度方法，包括以下步骤：
[0029] S1、综合调度控制系统接收各控制器采集的变量，包括：
[0030] 用户i设置所需的基准温度后，采集器采集热水式采暖换热器、热泵和末端蓄能装置的制热功率，并发送给综合调度控制系统；
[0031] 采集0～Δtc时间段内，热电联产机组的发电出力和热出力，以及源端储能装置出力、并发送到综合调度控制系统；
[0032] 采集0～Δtc时间段内，风力发电机组的发电出力，并发送到综合调度控制系统；
[0033] S2、预测未来一段时间的风力发电机组的总出力及用户总需热量；
[0034] S3、以调节前、后风力发电出力差值最小为目标建立调度模型，求解模型，确定获取各个变量作为调控信号；
[0035] S4、根据用户行为数据的变化和步骤S3运算结果，综合调度控制系统生成调控信号并发送至对应的控制器进行热电调节，具体包括：
[0036] 在上述方法中，所述步骤S2包括步骤：
[0037] S21、计算0～Δtc时间段内，风力发电机组的总出力：
[0038]
[0039] 式中，M表示风力发电机数量， 为风力发电机组的发电出力；
[0040] 利用统计分析方法，预测未来一段时间的风力发电机组的总出力 限据PCHP(t)和HCHP(t)预测未来一段时间的热电联产机组的发电出力 和热出力
[0041] S22、计算用户i的需热量：
[0042]
[0043] 式中，Tset，i为用户i设定的基准温度，Tin，i为用户i的室内空气温度，Tout为室外空气温度，hi，h(t-ΔT)、hi，e(t-ΔT)和hi，ts(t-ΔT)分别为热水式采暖换热器制热功率、热泵的制热功率和末端蓄能装置的制热功率；
[0044] 用户总需热量为：
[0045] Q(t)＝∑Qi(t) (3)
[0046] 在上述方法中，所述步骤S3具体包括步骤：
[0047] 以调节前、后风力发电出力差值最小为目标建立调度模型，进而获取各个变量作为调控信号；
[0048] 目标函数为：
[0049] Minimum：
[0050] 式中，ppv(t)为调节后的风力发电出力， 为目标风力发电出力；
[0051]
[0052] 式中，pCHP(t)为调节后热电联产机组的发电出力；pEHP(t)为t时刻N个用户i的热泵耗电功率总和； 为预测未来一段时间的风力发电机组的总出力；
[0053] 约束条件：
[0054] ①热泵约束条件：
[0055] EERi＝hi，e(t)/pi，e(t) (6)
[0056] 式中，EERi为用户i的热泵制
热能效比， 为t时刻用户i的热泵制热功率；
[0057] t时刻用户的热泵耗电功率总和为：
[0058] PEHP(t)＝∑pi，e(t) (7)
[0059] ②供热平衡条件
[0060] 热用户总需热量为总热供给量：
[0061]
[0062] 式中，HTS(t)为源端储能装置出力；
[0063] 各热用户需求量为各末端供热量之和：
[0064]
[0065] ③热电联产机组约束条件：
[0066] 发电出力下限：
[0067]
[0068] 发电出力下限：
[0069]
[0070] 发电出力限制：
[0071]
[0072] 热电联产热电比约束：
[0073] hCHP(t)＝RDB·pCHP(t) (13)
[0074]
[0075] 式中，PCHP为热电联产机组的容量； 为调节后热电联产机组的最小发电出力；pCHP(t)为调节后热电联产机组的发电出力； 为调节后热电联产机组的最大发电出力；RDB为热电联产机组的热电比；ηCHP(t)为热电联产机组的效率；hCHP(t)为热电联产机组的热出力；fCHP(t)为热电联产功率能耗；
[0076] ④热源蓄能装置约束条件：
[0077] 最大功率限制：
[0078]
[0079] 蓄能装置容量限制：
[0080]
[0081] ⑤末端蓄能装置约束条件：
[0082] 最大功率限制：
[0083]
[0084] 蓄能装置容量限制：
[0085]
[0086] 在上述方法中，所述步骤S4包括：
[0087] 将热电联产机组的发电出力pCHP(t)和热出力hCHP(t)，源端储能装置出力HTS(t)，用户的开关状态 和 末端储能装置蓄放功率hi，ts(t)，热泵的耗电功率hi，e(t)发送给控制器，控制器控制调节热电联产机组在未来一段时间的发电出力和热水流量，热水采暖散热器开关，用户热泵开关，末端蓄能装置的蓄放功率。
[0088] 本发明将用户负荷特异性考虑至调度系统，对不同条件的用户进行不同的调度控制，提高了系统控制
精度，充分挖掘用户负荷差异性所能提供的潜在电力调节能力，实现风电的最大消纳。提高热电联产的灵活性及可再生能源的消纳能力。
附图说明
具体实施方式
[0091] 本实用的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用的限制。下面结合具体实施方式和
说明书附图对本发明做出详细的说明。
[0092] 如图1所示，本发明提供了一种面向用户负荷特异性的热电协同调度系统，包括：
[0093] 通过电力电缆网201连接的热电联产机组A和风力发电机组B；
[0094] 且通过电力电缆网201与热电联产机组A和热电联产机组B并联的用户分散储热单元F；
[0095] 通过集中热网101与热电联产机组A连接的用户耗热单元G；
[0096] 用于源端储热的第一储能装置C1；
[0097] 用户分散储热单元F包括串接的用户热泵遥控开关202，热泵203，用于在末端分散储热的第二储能装置C2，及用于检测热泵203耗电量和第二储能装置C2的进出热量的计量表204；
[0098] 用户耗热单元G包括串接的散热器遥控开关102，热水式采暖散热器103，及用于检测热水式采暖散热器103的热水消耗量的热水消耗计量表104；
[0099] 分别用于控制管理热电联产机组A、热电联产机组B的第一远程集中控制器1121和第二远程集中控制器1122；
[0100] 用于控制管理用户分散储热单元F和用户耗热单元G的第三远程集中控制器1123；
[0101] 本
实施例中，第一远程集中控制器1121、第二远程集中控制器1122、第三远程集中控制器1123、移动终端D通过无线通讯基站E均与综合调度控制装置1124无线通信连接。
[0102] 第一远程集中控制器1121采集热电联产机组A的热电产能信息与第一储能装置C1的进出热量并传给综合调度控制装置1124；同时第一远程集中控制器1121还接收综合调度控制装置1124发出的调度控制信号，根据调度控制信号控制热电联产机组A的发电量和供热量及第一储能装置C1的热量蓄放；
[0103] 第二远程集中控制器1122采集热电联产机组B的发电信息并传递给综合调度控制装置1124；
[0104] 第三远程集中控制器1123采集各用户非采暖用电量、热水消耗计量表104检测的热水流入量，用户位置、数量，各用户室内、外温度，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散热器遥控开关102、用户热泵遥控开关202及第二储能装置C2的热量蓄放；
[0105] 综合调度控制装置1124接收终端用户的位置、数量、室内、外温度、遥控开关状态等信息，通过通信电缆与计算机服务系统205连接，并驱动计算机服务系统205计算，确定调度控制信号，然后经由通信电缆将调度控制信号分别传送给第一远程集中控制器1121与第三远程集中控制器1123。
[0106] 本实施例，可根据移动终端D绑定的用户信息确定用户数量。
[0107] 本实施例，综合调度控制装置1124通过无线通讯基站E实时定位移动终端D位置状态，需要采集用户是否在室内的状态；
[0108] 用户通过移动终端D设定的人在室内时目标温度与人不在室内时目标温度分别存在温度阀值；同时还可选择设置用户模式，其中，
[0109] 用户模式包括智能模式(A类用户)或普通模式(B类用户)；
[0110] 智能模式(A类用户)：综合调度控制装置1124根据散热器遥控开关102、用户热泵遥控开关202开关状态，用户的是否在室内的状态及对应该状态的基准温度，用户类型控制热电联产机组A的发电量与供热量，第一储能装置C1、第二储能装置C2的热量蓄放，控制散热器遥控开关102，用户热泵遥控开关202，用户类型控制热电联产机组A的发电量与供热量，第一储能装置C1、第二储能装置C2的热量蓄放，实现调整室内温度。
[0111] 普通模式(B类用户)：用户设定室内温度为一个固定值，无关人在不在室内，综合调度控制装置1124根据散热器遥控开关102、用户热泵遥控开关202开关状态，用户类型控制热电联产机组A的发电量与供热量，第一储能装置C1、第二储能装置C2的热量蓄放，控制散热器遥控开关102，用户热泵遥控开关202，用户类型控制热电联产机组A的发电量与供热量，第一储能装置C1、第二储能装置C2的热量蓄放，实现调整室内温度。
[0112] 本实施例，由于一户中可能包括多个用户，因此移动终端D用户设定中包括一个总账户与若干各子账户，总帐户可设定用户模式选择和基准温度，各子账户的设置便于更智能地根据屋内是否有人判断调整室内温度。
[0113] 本实施例，将用户负荷特异性考虑至调度系统，对不同条件的用户进行不同的调度控制，提高了系统控制精度，充分挖掘用户负荷差异性所能提供的潜在电力调节能力，实现风电的最大消纳。提高热电联产的灵活性，提高可再生能源的消纳能力。
[0114] 下面通过具体哪里说明上述实施例。
[0115] 用户设置所需的基准温度之后第三远程集中控制器1123采集热水式采暖散热器103、热泵203、第一储能装置C1和第二储能装置C2的制热功率；
[0116] 以ΔT为
采样周期，综合调度控制装置1124采集用户的出入行为，当采集到用户进
门/出门行为，记录采样次数T，预测出未来一段时间的总耗能信息；
[0117] 在0～Δtc时间段内，综合调度控制装置1124根据接收的热电联产机组A和热电联产机组B的产能信息，利用统计分析方法，预测出未来一段时间的产能信息；Δtc＝T×ΔT；
[0118] 根据预测的产能信息和耗能信息，在保证满足耗能与产能相等，满足用户意愿的条件下，综合调度控制装置1124向用户智能手机D和第三远程控制器1123发送调控信号，控制用户的散热器遥控开关102和用户热泵遥控开关202的开关状态，向第三遥控远程控制器1123发送调节信号，第二储能装置C2的蓄放出力，向第一远程控制器1121发送调控信号，调控热电联产机组A的发电出力和热水流量以及第一储能装置C1的蓄放出力，实现风电的最大消纳。
[0119] 本实施例，综合调度控制装置1124具体控制信号生成过程如下：
[0120] A1、综合调度控制装置1124接收各控制器采集的变量，包括：
[0121] 用户i设置所需的基准温度后，第三远程控制器1123采集热水式采暖换热器103、热泵203和第二储能装置C2的制热功率hi，h(t)、hi，e(t)和hi，ts(t)，并发送给综合调度控制装置1124；
[0122] 采集0～Δtc时间段内，热电联产机组A的发电出力pCHP(t)和热出力hCHP(t)，以及第一储能装置C1出力HTS(t)、并发送到综合调度控制装置1124；
[0123] 采集0～Δtc时间段内，热电联产机组B的发电出力 并发送到综合调度控制装置1124；
[0124] A2、预测未来一段时间的热电联产机组B的总出力及用户总需热量；
[0125] A21、计算0～Δtc时间段内，热电联产机组B的总出力：
[0126]
[0127] 式中，M表示风力发电机数量；
[0128] 利用统计分析方法，预测未来一段时间的热电联产机组B的总出力 根据pCHP(t)和hCHP(t)预测未来一段时间的热电联产机组A的发电出力 和热出力
[0129] A22、计算用户i的需热量：
[0130]
[0131] 式中，Tset，i为用户i设定的基准温度，Tin，i为用户i的室内空气温度，Tout为室外空气温度。
[0132] 用户总需热量为：
[0133] Q(t)＝∑Qi(t) (3)
[0134] A3、建立目标函数，并对目标函数进行
迭代求解，确定获取各个变量作为调控信号；
[0135] 本实施例以调节前、后风力发电出力差值最小为目标建立调度模型，进而获取各个变量作为调控信号；
[0136] 目标函数为：
[0137] Minimum：
[0138] 式中，ppv(t)为调节后的风力发电出力， 为目标风力发电出力；
[0139]
[0140] 式中，pCHP(t)为调节后热电联产机组A的发电出力；pEHP(t)为t时刻各用户i的热泵耗电功率总和；
[0141] 约束条件：
[0142] ①热泵约束条件：
[0143] EERi＝hi，e(t)/pi，e(t) (6)
[0144] 式中，EERi为用户i的热泵制热能效比，hi，e(t)为t时刻用户i的热泵制热功率，pi，e(t)为t时刻用户i的热泵耗电功率；
[0145] t时刻用户的热泵耗电功率总和为：
[0146] PEHP(t)＝∑pi，e(t) (7)
[0147] ②供热平衡条件
[0148] 热用户总需热量为总热供给量：
[0149]
[0150] 各热用户需求量为各末端供热量之和：
[0151]
[0152] 式中， 为t时刻i用户电热泵的开关信号(0-1)， 为i用户最大制热功率， 为i用户采暖换热器最大制热功率 为t时刻i用户采暖换热器的开关信号
(0-1)；
[0153] ③热电联产机组约束条件：
[0154] 发电出力下限：
[0155]
[0156] 发电出力下限：
[0157]
[0158] 发电出力限制：
[0159]
[0160] 热电联产热电比约束：
[0161] hCHP(t)＝RDB·pCHP(t) (13)
[0162]
[0163] 式中，PCHP为热电联产机组A的容量； 为调节后热电联产机组A的最小发电出力；pCHP(t)为调节后热电联产机组A的发电出力； 为调节后热电联产机组A的最大发电出力；RDB为热电联产机组A的热电比；ηCHP(t)为热电联产机组A的效率；hCHP(t)为热电联产机组A的热出力；fCHP(t)为热电联产功率能耗；
[0164] ④热源蓄能装置约束条件：
[0165] 最大功率限制：
[0166]
[0167] 蓄能装置容量限制：
[0168]
[0169] ⑤末端蓄能装置约束条件：
[0170] 最大功率限制：
[0171]
[0172] 蓄能装置容量限制：
[0173]
[0174] 本实施例，可利用线性规划或者MLIP求解本模型。
[0175] A4、根据用户行为数据的变化和步骤A3运算结果，综合调度控制装置1124生成调控信号并发送至对应的控制器进行热电调节。
[0176] 将用户的开关状态 和 发送给用户手机D和第三远程控制器1123，将热泵的耗电功率hi，e(t)、第二储能装置C2蓄放功率hi，ts(t)发送给第三远程控制器1123，通过第三远程控制器1123改变热水采暖散热器遥控开关102和用户热泵遥控开关202的工作状态和第二储能装置C2的蓄放功率；
[0177] 将热电联产机组A的发电出力pCHP(t)和热出力hCHP(t)以及第一储能装置C1出力HTS(t)发送给第一远程控制器1121，调节热电联产机组A在未来一段时间的发电出力和热水流量。
[0178] 本发明还提供了基于上述系统的一种面向用户负荷特异性的热电协同调度方法，包括以下步骤：
[0179] S1、综合调度控制系统接收各控制器采集的变量，包括：
[0180] 用户i设置所需的基准温度后，采集器采集热水式采暖换热器、热泵和末端蓄能装置的制热功率hi，h(t)、hi，e(t)和hi，ts(t)，并发送给综合调度控制系统；
[0181] 采集0～Δtc时间段内，热电联产机组的发电出力PCHP(t)和热出力HCHP(t)，以及源端储能装置出力HTS(t)、并发送到综合调度控制系统；
[0182] 采集0～Δtc时间段内，风力发电机组的发电出力 并发送到综合调度控制系统；
[0183] S2、预测未来一段时间的风力发电机组的总出力及用户总需热量；
[0184] S21、计算0～Δtc时间段内，风力发电机组的总出力：
[0185]
[0186] 式中，M表示风力发电机数量；
[0187] 利用统计分析方法，预测未来一段时间的风力发电机组的总出力 根据PCHP(t)和HCHP(t)预测未来一段时间的热电联产机组的发电出力 和热出力
[0188] S22、计算用户i的需热量：
[0189]
[0190] 式中，Tset，i为用户i设定的基准温度，Tin，i为用户i的室内空气温度，Tout为室外空气温度。
[0191] 用户总需热量为：
[0192] Q(t)＝∑Qi(t)；
[0193] S3、以调节前、后风力发电出力差值最小为目标建立调度模型，求解模型，确定获取各个变量作为调控信号；
[0194] 本实施例以获取目标函数的最小值，进而获取各个变量作为调控信号；
[0195] 目标函数为：
[0196] Minimum：
[0197] 式中，ppv(t)为调节后的风力发电出力， 为目标风力发电出力；
[0198]
[0199] 式中，pCHP(t)为调节后热电联产机组的发电出力；pEHP(t)为t时刻N个用户i的热泵耗电功率总和；
[0200] 约束条件：
[0201] ①热泵约束条件：
[0202] EERi＝hi，e(t)/pi，e(t)
[0203] t时刻用户的热泵耗电功率总和为：
[0204] PEHP(t)＝∑pi，e(t)
[0205] ②供热平衡条件
[0206] 热用户总需热量为总热供给量：
[0207]
[0208] 各热用户需求量为各末端供热量之和：
[0209]
[0210] ③热电联产机组约束条件：
[0211] 发电出力下限：
[0212]
[0213] 发电出力下限：
[0214]
[0215] 发电出力限制：
[0216]
[0217] 热电联产热电比约束：
[0218] hCHP(t)＝RDB·pCHP(t)
[0219]
[0220] 式中，PCHP为热电联产机组的容量； 为调节后热电联产机组的最小发电出力；pCHP(t)为调节后热电联产机组的发电出力； 为调节后热电联产机组的最大发电出力；RDB为热电联产机组的热电比；ηCHP(t)为热电联产机组的效率；hCHP(t)为热电联产机组的热出力；fCHP(t)为热电联产功率能耗；
[0221] ④热源蓄能装置约束条件：
[0222] 最大功率限制：
[0223]
[0224] 蓄能装置容量限制：
[0225]
[0226] ⑤末端蓄能装置约束条件：
[0227] 最大功率限制：
[0228]
[0229] 蓄能装置容量限制：
[0230]
[0231] S4、根据用户行为数据的变化和步骤S3运算结果，综合调度控制系统生成调控信号并发送至对应的控制器进行热电调节。
[0232] 将热电联产机组的发电出力pCHP(t)和热出力hCHP(t)，源端储能装置出力HTS(t)，用户的开关状态 和 末端储能装置蓄放功率hi，ts(t)，热泵的耗电功率hi，e(t)发送给控制器，控制器控制调节热电联产机组在未来一段时间的发电出力和热水流量，热水采暖散热器开关，用户热泵开关，末端蓄能装置的蓄放功率。
[0233] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
