一种电热综合能源系统的调度系统及方法

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，具体涉及一种电热综合能源系统的调度系统及方法。

背景技术

随着大容量热电联产机组的逐步投运，电力系统和热力系统之间在物理层面上的耦合愈加紧密，从传统的电、热单一能源系统向集中式电热综合能源系统方向发展。然而在运行层面，不同的单一能源系统通常由不同的主体调控，这使得电热综合能源系统表现出了多主体的特征。传统上，不同主体间分散决策、独立调控，导致无法发挥出电热综合能源系统的协同效应。

为了打破各主体之间的决策壁垒，实现电热综合能源系统全局角度的协同优化，现有的电热综合能源系统通常采用集中式的优化调度方法或者基于迭代的分解协调优化调度方法。然而对于前者，随着系统规模增大，优化调度问题规模增大，整体求解难度相应增加，同时，调度过程中完整系统模型的传递无法保护隐私，在体制上不易于实现；对于后者，无可避免的迭代过程通常面临计算收敛性方面的问题，同时，信息交互流程较为繁琐，难以在现有的调度体系下实现。由此可见，已有方法不论从技术上还是体制上均存在着较大的局限性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种电热综合能源系统的调度系统及方法，以优化电热综合能源系统中一次能源的使用。

一方面，本发明提出一种电热综合能源系统的调度系统，包括：所述电热综合能源系统包括彼此连接的一个电力系统、至少一个热电厂以及至少一个区域热力系统；所述热电厂分别与所述电力系统相连，所述区域热力系统分别与所述热电厂中的一个相连；其特征在于：

所述调度系统包括彼此连接的与所述电力系统对应的电力系统能量管理系统、与所述热电厂对应的至少一个热电厂能量管理系统以及与所述区域热力系统对应的至少一个区域热力系统能量管理系统；所述热电厂能量管理系统分别与所述电力系统能量管理系统相连，所述区域热力系统能量管理系统分别与所述热电厂能量管理系统中的一个相连，所述调度系统中各系统的连接关系与其在所述电热综合能源系统中相对应的各系统/热电厂的连接关系相同。

进一步，区域热力系统能量管理系统配置成：收集所在区域热力系统内各部件/环节的模型参数，并采用参数优化算法确定区域热力系统整体外特性数据，并将所述区域热力系统整体外特性数据传送至与之相连的热电厂能量管理系统。

进一步，热电厂能量管理系统配置成：收集所在热电厂内各设备的模型参数和与之相连的区域热力系统能量管理系统所传送的区域热力系统整体外特性数据，利用所采集到的数据采用参数优化算法确定热电厂整体外特性数据，并将所述热电厂整体外特性数据传送至电力系统能量管理系统。

进一步，电力系统能量管理系统配置成：根据热电厂能量管理系统传送的所述热电厂整体外特性数据，考虑电力系统安全运行以及潮流方程的前提下，以最小化系统总运行煤耗为优化目标，采用调度优化算法计算与所在电力系统相连的热电厂的最优发电功率曲线，并将所述热电厂最优发电功率曲线传送到相应的热电厂的能量管理系统。

更进一步，热电厂能量管理系统还配置成：根据电力系统能力管理系统传送的所在热电厂的最优发电功率曲线，采用调度优化算法优化所在热电厂内各设备的运行参数，以最小化所在热电厂的运行煤耗为目标，确定所在热电厂的最优运行方式，并将最优运行方式下的区域热力系统供水温度曲线传送到相应的区域热力系统的能量管理系统。

更进一步，区域热力系统能量管理系统还配置成：根据热电厂能量管理系统所传送的所在区域热力系统的供水温度曲线，采用调度优化算法优化所在区域热力系统内各部件/环节的运行参数，以最小化所在区域热力系统中热用户室内温度值与设定值之间的偏差为目标，确定所在区域热力系统的最优运行方式。

优选地，区域热力系统整体外特性数据包括区域热力系统供水温度的上限和下限中的一个或者多个。

优选地，热电厂整体外特性数据包括热电联产机组电出力的可调节范围以及热电厂的运行煤耗同热电联产机组电出力之间的函数关系中的一个或多个。

优选地，参数优化算法和调度优化算法包括：分支定界法、动态规划法、单纯型算法、内点法以及启发式算法中的一个或多个。

另一方面，本发明提出一种电热综合能源系统的调度方法，其特征在于，包括：

步骤S1：通过区域热力系统能量管理系统收集区域热力系统内各部件/环节的模型参数，并采用参数优化算法确定所在区域热力系统的整体外特性数据，并传送至与之相连的热电厂能量管理系统；

步骤S2：根据所述步骤1传送的区域热力系统整体外特性数据和热电厂内各设备的模型参数，热电厂能量管理系统采用参数优化算法确定所在热电厂的整体外特性数据，并传送至与之相连的电力系统能量管理系统；

步骤S3：根据所述步骤2传送的热电厂的整体外特性数据，考虑电力系统安全运行以及潮流方程的前提下，以最小化系统总运行煤耗为优化目标，电力系统能量管理系统采用调度优化算法优化所有热电联产机组的发电功率，并将最优发电功率曲线分别反馈至热电能量管理系统；

步骤S4：根据所述步骤3反馈的最优发电功率曲线，热电厂能量管理系统采用调度优化算法优化热电厂内各设备的运行参数，以最小化热电厂的运行煤耗为目标，确定热电厂的最优运行方式，并将最优运行方式下的区域热力系统的供水温度曲线传送到相应的区域热力系统的能量管理系统；

步骤S5：根据所述步骤4传送的区域热力系统的供水温度曲线，区域热力系统能量管理系统采用调度优化散发优化区域热力系统内各部件/环节的运行参数，以最小化区域热力系统中热用户室内温度值与设定值之间的偏差为目标，确定区域热力系统的最优运行方式。

优选地，区域热力系统整体外特性数据包括区域热力系统供水温度的上限和下限中的一个或者多个。

优选地，热电厂整体外特性数据包括热电联产机组电出力的可调节范围以及热电厂的运行煤耗同热电联产机组电出力之间的函数关系中的一个或多个。

优选地，参数优化算法和调度优化算法包括：分支定界法、动态规划法、单纯型算法、内点法以及启发式算法中的一个或多个。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的电热综合能源系统的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的电热综合能源系统的调度系统的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的电热综合能源系统的调度方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的发明内容，但它并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明，本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1所示，其示出了根据本发明一个实施例的电热综合能源系统的结构示意图。具体地，该系统包括彼此连接的一个电力系统、两个热电厂以及4个区域热力系统。其中，热电厂1和热电厂2分别与电力系统相连，区域热力系统1和2分别与热电厂1相连，区域热力系统3和4分别与热电厂1相连。

图2示出了根据本发明一个实施例的电热综合能源系统的调度系统的结构示意图。具体地，该系统包括彼此连接的电力系统能量管理系统、两个热电厂能量管理系统以及4个区域热力系统能量管理系统。其中，热电厂1能量管理系统和热电厂2能量管理系统分别与电力系统能量管理系统相连，区域热力系统能量管理系统1和2分别与热电厂1能量管理系统相连，区域热力系统能量管理系统3和4分别与热电厂2能量管理系统相连。

从图1和图2可以看出，电力系统能量管理系统对应电力系统，热电厂1能量管理系统和热电厂2能量管理系统分别对应热电厂1和热电厂2，区域热力系统1-4的能量管理系统分别对应区域热力系统1-4，所以调度系统中各系统的连接关系与电热综合能源系统的各系统/热电厂之间的连接关系相同。

参见图1和图2，在一个实施例中，区域热力系统1能量管理系统和区域热力系统2的配置是：收集区域热力系统1和2内各部件/环节的模型参数，并采用参数优化算法分别确定区域热力系统1和2的整体外特性数据，并将区域热力系统1和2的整体外特性数据传送至热电厂1的能量管理系统。类似地，区域热力系统3能量管理系统和区域热力系统4能量管理系统配置为：收集区域热力系统3和4内各部件/环节的模型参数，并采用参数优化算法分别确定区域热力系统3和4的整体外特性数据，并将区域热力系统3和4的整体外特性数据传送至热电厂2的能量管理系统。

在一个实施例中，热电厂1和2的能量管理系统配置成：分别收集与之相连的区域热力系统的能量管理系统所传送的区域热力系统整体外特性数据，分别收集热电厂1和2内各设备的模型参数，并结合区域热力系统整体外特性数据和热电厂内各设备的模型参数，采用参数优化算法分别确定热电厂1和2的整体外特性数据，并将热电厂1和2的整体外特性数据传送至电力系统能量管理系统。

在一个实施例中，电力系统能量管理系统配置成：根据热电厂1和2的整体外特性数据，考虑电力系统安全运行以及潮流方程的前提下，以最小化系统总运行煤耗为优化目标，采用调度优化算法计算热电厂1和2的最优发电功率曲线，并将热电厂1和2的最优发电功率曲线分别传送到热电厂1和2的能量管理系统。

在一个实施例中，热电厂1和2的能量管理系统还配置成：根据电力系统能量管理系统传送的热电厂1和2的最优发电功率曲线，采用调度优化算法优化热电厂1和2内各设备的运行参数，以最小化热电厂1和2的运行煤耗为目标，确定热电厂1和2的最优运行方式，并将最优运行方式下的区域热力系统1-4的供水温度曲线传送到相应的区域热力系统1-4的能量管理系统。

在一个实施例中，区域热力系统1至4的能量管理系统还配置成：根据热电厂1和2的能量管理系统传送的区域热力系统1-4的供水温度曲线，采用调度优化算法优化区域热力系统1-4内各部件/环节的运行参数，以最小化区域热力系统1-4中热用户室内温度值与设定值之间的偏差为目标，确定区域热力系统1-4的最优运行方式。

由此可以看到，通过电力系统能量管理系统、热电厂能量管理系统以及区域热力系统能量管理系统之间的协同，可以有效地优化电热综合能源系统中一次能源的使用。同时应当理解，热电厂的数量以及相应热电厂能量管理系统的数量、区域热力系统数量以及相应区域热力系统能量管理系统的数量并不限定在特定数量上，可以根据具体情况确定，因此本发明不局限于此。

在一个可选的实施例中，区域热力系统内各部件/环节包括：一级热力管网、热力站、二级热力管网、散热器以及建筑物维护结构中的一个或多个。

在另一个可选的实施例中，区域热力系统内各部件/环节的模型参数包括：一、二级热力管网的网络拓扑结构、换热器及散热器的热导、建筑物围护结构的热容与热阻以及室外环境温度中的一个或多个。

在其他可选的实施例中，区域热力系统内各部件/环节的运行参数包括：系统关键节点处的温度、流量、阀门开度中的一个或多个。

在另外的可选实施例中，区域热力系统整体外特性数据包括：区域热力系统供水温度的上限和下限中的一个或者多个。

此处应当理解的是，本发明并不对上述各项选项及相关数量作任何特殊的限定。

在一个可选的实施例中，热电厂内的设备包括：抽凝式热电联产机组、背压式热电联产机组、换热器、电热泵、吸收式热泵、储热装置中的一个或多个。

在另一个可选的实施例中，热电厂内各设备的模型参数包括：抽凝式热电联产机组与背压式热电联产机组的运行区间、换热器热导、电热泵和吸收式热泵的性能系数以及储热装置容量中的一个或多个。

在其他可选的实施例中，热电厂内各设备的运行参数包括：关键节点处的温度、压力、流量中的一个或多个。

在另外的可选实施例中，热电厂整体外特性数据包括：热电联产机组电出力的可调节范围以及热电厂的运行煤耗同热电联产机组电出力之间的函数关系中的一个或多个。

此处应当理解的是，本发明并不对上述各项选项及相关数量作任何特殊的限定。

在可选的实施例中，参数优化算法和调度优化算法包括：分支定界法、动态规划法、单纯型算法、内点法以及启发式算法中的一个或多个，这些方法均为已知方法。

另一方面，如图3所示，本发明的实施例还提供了一种电热综合能源系统的调度方法。具体地，该调度方法包括如下步骤：

步骤S1：通过区域热力系统1至4的能量管理系统收集区域热力系统1-4内各部件/环节的模型参数，并采用参数优化算法确定所在区域热力系统的整体外特性数据，并传送至与之相连的热电厂能量管理系统。

步骤S2：根据区域热力系统1至4的整体外特性数据和热电厂内各设备的模型参数，热电厂1和2的能量管理系统采用参数优化算法确定所在热电厂的整体外特性数据，并传送至与之相连的电力系统能量管理系统。

步骤S3：根据热电厂1和2的整体外特性数据，考虑电力系统安全运行以及潮流方程的前提下，以最小化系统总运行煤耗为优化目标，电力系统能量管理系统采用调度优化算法优化所有热电联产机组的发电功率，并将最优发电功率曲线分别反馈至热电厂1和2的能量管理系统。

步骤S4：根据最优发电功率曲线，热电厂1和2的能量管理系统采用调度优化算法优化热电厂1和2内各设备的运行参数，以最小化热电厂1和2的运行煤耗为目标，确定热电厂1和2的最优运行方式，并将最优运行方式下的区域热力系统1-4的供水温度曲线传送到相应的区域热力系统1-4的能量管理系统。

步骤S5：根据区域热力系统1至4的供水温度曲线，区域热力系统1至4的能量管理系统采用调度优化算法优化区域热力系统1-4内各部件/环节的运行参数，以最小化区域热力系统1-4中热用户室内温度值与设定值之间的偏差为目标，确定区域热力系统1-4的最优运行方式。

由上可以看到，通过电力系统能量管理系统、热电厂能量管理系统以及区域热力系统能量管理系统之间的协同，可以有效地优化电热综合能源系统中一次能源的使用。

上述施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。