CN102506476B - 水源热泵与风力发电联合制冷***及其调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水源热泵与风力发电联合制冷***及其调度方法，用户采用制冷风机盘管和热泵耗电两种方式制冷，用户采用制冷风机盘管和空调器电两种方式制冷，通过综合调度控制装置在检测一段时间的供能和用户的耗能情况后，对未来一段时间做出预测；在保证满足电力供给和制冷供给的条件下，减少供给制冷集中式热吸收式制冷机的热水流量，其缺少的制冷量由消耗电力制冷来补偿，耗电制冷既可以补偿冷水制冷的不足，也可以增加电力低谷时段的负荷；根据风力发电、热电综合起来，将风力发电的波动性调整热电的出力和用户耗电负荷情况的变化，以相等的检测周期和调节周期，从而实现风电等效的在用户侧的平滑出力。

Description

水源热泵与风力发电联合制冷***及其调度方法

技术领域

本发明属于清洁能源综合利用技术领域，涉及一种水源热泵与风力发电联合制冷***及其调度方法。

背景技术

可再生能源具有绿色清洁的特点，近些年发展迅速。但以风电为例，风电在提供清洁低碳能源的同时，风电场的大规模并网也给电网安全经济运行带来了不利影响。大规模风电场并网后，由于其出力波动较大，且功率波动常常与用电负荷波动趋势相反，即在负荷高峰时段无风可用，而在负荷低谷时段又出现风能充沛的情况。风电的这种反调峰特性将导致***峰谷差的进一步扩大，加大了电网调度的难度，对电网调度运行、电压控制、电网调峰等都将产生一系列影响。由于相关研究并不完善，弃风现象严重。例如，内蒙古电网白天风电都能够满负荷运行，但到后夜用电负荷低谷期，为保证城市居民用电，风电不得已采取“弃风”的措施，非常可惜。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种水源热泵与风力发电联合制冷***及其调度方法，通过对热能、电能的综合调控，实现风力发电的平滑出力，提高风力发电的有效利用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种水源热泵与风力发电联合制冷***，包括：

消耗电力加热循环冷却水以提供热水的水源热泵，为水源热泵提供电力的火力发电机组；

集中式热吸收式制冷机，输入端连接水源热泵的热水出口，热交换之后产生冷水，输出端连接供冷管道；

用于产出电力的风力发电机组；

通过电力电缆网与火力发电机组和风力发电机组并联的用户的空调器热泵；控制空调器热泵的空调器热泵遥控开关；

采集用户非制冷耗电量的电表；

通过供冷管道与火力发电机组和风力发电机组并联的用户的空调器；控制空调器热泵的空调器热泵遥控开关；

采集用户非制冷耗电量的电表；

通过供冷管道与集中式热吸收式制冷机相连接的用户的制冷风机盘管；制冷风机盘管冷水消耗计量表，检测制冷风机盘管的冷水消耗量；控制制冷风机盘管的制冷风机盘管器遥控开关；

第一远程集中控制器，采集水源热泵的供制冷的热水流量和火力发电的发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置；第一远程集中控制器还接收综合调度控制装置所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号控制水源热泵控制执行装置动作；

第二远程集中控制器，采集风力能发电机组的发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置；

第三远程集中控制器，记载有用户的制冷风机盘管与集中式热吸收式制冷机之间的管道距离信息，并采集包括用户的非制冷用电量和制冷风机盘管冷水消耗计量表检测到的冷水流入量的耗能信息；将用户的管道距离信息和采集的耗能信息传送给综合调度控制装置；

第三远程集中控制器还接收综合调度控制装置所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号驱动空调器遥控开关和/或制冷风机盘管器遥控开关执行动作；

综合调度控制装置，根据的接收产能信息、用户的管道距离信息和耗能信息，产生调控控制信号，向第一远程集中控制器和/或第三远程集中控制器发出调控控制信号。

所述的综合调度控制装置根据接收的水源热泵、火力发电机组、风力发电机组的产能信息和用户的耗能信息，在保证满足电力供给和制冷供给的条件下，减少水源热泵供给集中式热吸收式制冷机制冷的热水流量，减少制冷的热水流量导致用户所需要的制冷不足由空调器消耗电力制冷来补偿；

综合调度控制装置发出包括水源热泵在调度时间的供制冷的热水流量和火力发电机组的发电出力电量，流入用户的制冷风机盘管的冷水量和空调器的制冷电力消耗量的调控控制信号。

所述综合调度控制装置包括：

接收水源热泵、火力发电机组和风力发电机组的产能信息，用户的耗能信息以及用户管道距离信息的第一数据接收单元；

将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元；

对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元；

生成调度控制信号的调度控制信号计算单元；

将所述调度控制信号进行编码的信号编码器；及

将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器、第三远程集中控制器的发送单元。

所述的综合调度控制装置通过电力光纤与云计算服务***连接，并驱动云计算服务***计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置通过电力光纤接收云计算服务***获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式将调度控制信号传送给第一远程集中控制器和/或第三远程集中控制器。

所述制冷风机盘管器遥控开关，通过第三远程集中控制器以遥控方式与综合调度控制装置耦合；空调器遥控开关，通过第三远程集中控制器以遥控方式与综合调度控制装置耦合；空调器上还设有空调器专用电能表，检测其制冷的耗电量，该耗电量并被第三远程集中控制器所采集；

水源热泵控制执行装置，通过第一远程集中控制器以遥控方式与综合调度控制装置耦合；水源热泵控制执行装置根据调度控制信号执行动作。

所述第三远程集中控制器包括非制冷电表脉冲计数器、制冷冷水流量脉冲计数器、脉冲信号编码转换器、计量信号放大发射器，及相互连接的控制信号接收解码器和遥控信号发生器；

非制冷电表脉冲计数器连接用户非制冷电表，用于检测用户非制冷耗电数据，用户非制冷耗电数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置；

制冷冷水流量脉冲计数器连接制冷风机盘管冷水消耗计量表，用于检测冷水流入量，冷水流入量再经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理生成信号，与用户管道信息一起传送至综合调度控制装置；

控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置发出的调度控制信息并进行解码，然后通过控制信号遥控发射器将控制信号发送给空调器遥控开关、制冷风机盘管器遥控开关执行动作。

在0～T×ΔT时间段内，ΔT为采样周期，T为采集的次数，综合调度控制装置根据接收的水源热泵、火力发电机组、风力发电机组的产能信息，预测出未来一段时间T～2T×ΔT的产能信息，再结合0～T×ΔT时间段内用户的耗能信息，在保证满足电力供给和制冷供给的条件下，减少水源热泵供给集中式热吸收式制冷机制冷的热水流量，减少冷水流量导致用户所需要的制冷不足由空调器消耗电力制冷来补偿，并考虑冷水流到用户的时间，计算出补充量；

然后在T～2T×ΔT时间段，综合调度控制装置以ΔT为调控周期，根据电力供给和制冷供给的预测和调度计算生成调度控制信号并发送，第一远程集中控制器接收调度控制信号后控制水源热泵的供制冷的热水流量和发电出力电量，第三远程集中控制器接收调度控制信号后，控制空调器消耗电力制冷来补偿制冷风机盘管用冷水减少导致的制冷不足。所述的综合调度控制装置的调度控制信号的生成包括以下步骤：

1.1)采集水源热泵在0～T×ΔT时间段和供给集中式热吸收式制冷机的热出力H_WSHP(t)和火力发电的发电出力P_CON(t)，并发送到综合调度控制装置；ΔT为采样周期，T为采集的次数，T为自然数；

采集0～M号风力发电机在0～T×ΔT时间段的发电出力

并发送到综合调度控制装置；

1.2)采集0～T×ΔT时间段内，0～N个用户的以下信息：用户距集中式热吸收式制冷机的管道距离S_i、非制冷耗电量P_i(t)、制冷风机盘管用于制冷的消耗量H_i(t)和空调器的装机容量

并发送到综合调度控制装置；

2)计算以下变量：

2.1)计算风力发电机在0～T×ΔT时间段的总出力

然后根据总出力

利用统计分析方法，预测T～2T×ΔT时间段的风力发电机总出力P_wind(t)；

由水源热泵在0～T×ΔT时间段的供给集中式热吸收式制冷机热出力H_WSHP(t)和火力发电的发电出力P_CON(t)，预测出T～2T×ΔT时间段的水源热泵热出力H_WSHP(t)和火力发电发电出力P_CON(t)；

2.2)计算每个用户到集中式热吸收式制冷机的等效距离

v为冷水在管道中的流速；并对将计算结果做取整运算

将相同s_i的用户分为同一组，计为第l组，s_i＝l；总计L组，L为自然数；

对每个用户分组，分别计算各组所有用户的总制冷负荷H_load(l)和空调器容量P_EHP(l)；

H_load(l)＝∑H_i(t，l)，H_i(t，l)为第l组用户i在t时刻的制冷负荷；

为第l组用户i的空调器容量；

3)将上述H_WSHP(t)、P_CON(t)、P_load(t)、H_load(l)、P_EHP(l)代入，由目标函数(1)和约束条件(2～10)组成优化问题进行迭代求解，以获取目标函数最小值为结果，获取各个变量作为调控信号：

3.1)目标函数为：

Min： $\mathrm{\Δp}=\sqrt{\underset{t=T}{\overset{2T}{\mathrm{\Σ}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{wind}})}^2/(T+1)};---\left(1\right)$

其中p_wind(t)为调节后的等效风电总出力，为等效风电出力平均值，其表达式分别如下：

p_wind(t)＝P_wind(t)+(p_CON(t)-P_CON(t))-p_EHPs(t)；                (2)

其中，p_CON(t)为调节后的火力发电机组的发电出力，P_CON(t)为预测出的火力发电发电出力，p_EHPs(t)为t时所有用户空调器耗电功率；

${\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{wind}}=\mathrm{\Σ}{p}_{\mathrm{wind}}\left(t\right)/(T+1);---\left(3\right)$

3.2)约束条件

3.2.1)冷负荷平衡方程

减少冷水出力，在供给侧制冷不足的功率为Δh(t)，其表达式如下：

Δh(t)＝H_WSHP(t)-h_WSHP(t)；                                    (4)

其中H_WSHP(t)为预测的水源热泵供给集中式热吸收式制冷机的热出力，h_WSHP(t)为调节后的水源热泵供给集中式热吸收式制冷机的热出力；

考虑到冷水在管道流入用户的时间，用户使用空调器所需要的补偿Δh(t)表示为：

$\mathrm{\Δh}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{EHP}}(t+l,l);(T\≤t+l\≤2T)---\left(5\right)$

h_EHP(t+l，l)为t+l时刻第l组用户空调器的制冷功率之和；

3.2.2)水源热泵出力限制：

供制冷的热水出力限制：0≤h_WSHP(t)≤H_WSHP；                    (6)

水源热泵热电比约束：

h_WSHP(t)＝COP_WSHP·p_WSHP(t)                                   (7)

其中，H_WSHP为水源热泵额定热容量；COP_WSHP为水源热泵性能系数；h_WSHP(t)调节后的为水源热泵t时段的热出力；p_WSHP(t)为水源热泵t时刻的耗电功率；

3.2.3)用户侧空调器约束条件

热电比约束：h_EHP(t，l)＝COP_EHP·p_EHP(t，l)                    (8)

h_EHP(t，l)为t时刻第l组用户空调器的制冷功率之和，COP_EHP为空调器性能系数；

出力上限：0≤p_EHP(t，l)≤min(P_EHP(l)，H_load(l)/COP_EHP)；      (9)

各时段所有用户组的空调器耗电量之和：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)---\left(10\right)$

4)综合调度控制装置根据运算结果当中调节后的各变量生成调度控制信号并发出：

将水源热泵的供制冷出力h_WSHP(t)和火力发电机组的发电出力p_CON(t)发送给第一远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作；

将用户空调器热泵耗电量p_EHP(t，l)和制冷量h_EHP(t，l)发送给第三远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的水源热泵与风力发电联合制冷***及其调度方法，是一种基于水源热泵和制冷负荷管理的风力发电平滑出力的***，用户采用制冷风机盘管和空调器电两种方式制冷，其中制冷风机盘管所消耗的冷水来源于水源热泵的热水出力后通过集中式热吸收式制冷机来转换，电力由火力发电机组与风力发电机组联合提供，通过综合调度控制装置在检测一段历史时间的供能和用户的耗能情况后，利用“多元回归”统计分析方法对未来一段时间做出预测；然后在此基础上进行调度：

在保证满足电力供给和制冷供给的条件下，减少供给制冷集中式热吸收式制冷机的热水流量，其缺少的制冷量由消耗电力制冷来补偿，耗电制冷既可以补偿冷水制冷的不足，也可以增加电力低谷时段的负荷；

同时，水源热泵减少供制冷的热水出力，其发电出力也相应的改变，可根据调节需要增大发电出力，用电负荷的变化与风力发电配合来满足供给；

这样风力发电、热电综合起来调控，根据风力发电的波动性调整热出力和电出力与用户耗电负荷情况的变化，基于实时检测和预测连续性调控方式，以相等的检测周期和调节周期，从而实现风电等效的在用户侧的平滑出力，如图5所示的调节前后的变化，效果非常显著。

而且，本发明还考虑到了两种不同的制冷方式的差异性：冷水在管道输送的延时性，电力补偿制冷的瞬时性；这样在电力补偿时就需要对用户到制冷源的不同管道距离区分对待，在用户补偿制冷时就是考虑制冷时间差异的补偿，充分的考虑到供给侧和用户侧的能量变化，既有利于风力发电的平滑输出，又兼顾到了用户的实际需求和能源的有效利用。

附图说明

图1为本发明水源热泵与风力发电联合制冷***的连接示意图；

图2为综合调度控制装置的结构示意图；

图3为综合调度控制装置与云计算连接示意图；

图4为第三远程集中控制器的结构示意图；

图5为原风电出力与调节后的风电等效出力曲线对比图。

具体实施方式

本发明提供的水源热泵与风力发电联合制冷***及其调度方法，在供给侧电力由火力发电机组与风力发电机组联合提供，水源热泵热水供给集中式热吸收式制冷机，用于制冷并输送冷水，用户采用制冷风机盘管消耗冷水提供冷风和空调器耗电两种方式制冷，在历史检测的基础上，预测未来一段时间的供能和耗能情况，减少供制冷水出力用耗电制冷来补偿，这样相对于风力发电的波动性，用户用电负荷也具有调整的空间，耗电制冷既可以补偿冷水制冷的不足，也可以增加电力低谷时段的负荷，而且用于制冷热水减少发电量也会减少。而在两种方式制冷的补偿时，考虑管道输送的延时性，电力补偿制冷的瞬时性，实现整个***的有效调节。下面结合具体的***构成和调节方法对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1～图4，一种水源热泵与风力发电联合制冷***，包括：

消耗电力加热循环冷却水以提供热水的水源热泵A，为水源热泵提供电力的火力发电机组；

集中式热吸收式制冷机200，输入端连接水源热泵A的热水出口，热交换之后产生冷水，输出端连接供冷管道114；

用于产出电力的风力发电机组B；

通过电力电缆网113与火力发电机组和风力发电机组B并联的用户的空调器热泵108；控制空调器108的空调器遥控开关117；

采集用户非制冷耗电量的电表；

通过供冷管道114与集中式热吸收式制冷机200相连接的用户的制冷风机盘管110；制冷风机盘管冷水消耗计量表111，检测制冷风机盘管110的冷水消耗量；控制制冷风机盘管110的制冷风机盘管器遥控开关116；

第一远程集中控制器1121，采集水源热泵的供制冷的热水流量和火力发电的发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置115；第一远程集中控制器1121还接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号控制水源热泵的控制执行装置118动作；

第二远程集中控制器1122，采集风力发电机组B的发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置115；

第三远程集中控制器1123，记载有用户的制冷风机盘管110与集中式热吸收式制冷机200之间的管道距离信息，并采集包括用户的非制冷用电量和制冷风机盘管冷水消耗计量表111检测到的冷水流入量的耗能信息；将用户的管道距离信息和采集的耗能信息传送给综合调度控制装置115；

第三远程集中控制器1123还接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号驱动空调器遥控开关117和/或制冷风机盘管器遥控开关116执行动作；

综合调度控制装置115，根据的接收产能信息、用户的管道距离信息和耗能信息，产生调控控制信号，向第一远程集中控制器1121和/或第三远程集中控制器1123发出调控控制信号。

具体的综合调度控制装置115根据接收的水源热泵A、火力发电机组、风力发电机组B的产能信息和用户的耗能信息，在保证满足电力供给和制冷供给的条件下，减少水源热泵A供给集中式热吸收式制冷机200制冷的热水流量，减少制冷的热水流量导致用户所需要的制冷不足由空调器108消耗电力制冷来补偿；

综合调度控制装置115发出包括水源热泵A在调度时间的供制冷的热水流量和火力发电机组的发电出力电量，流入用户的制冷风机盘管110的冷水量和空调器108的制冷电力消耗量的调控控制信号。

参见图2，所述综合调度控制装置115包括：

接收水源热泵A、火力发电机组和风力发电机组B的产能信息，用户的耗能信息以及用户管道距离信息的第一数据接收单元201；

将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元202；

对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元203；

生成调度控制信号的调度控制信号计算单元204；

将所述调度控制信号进行编码的信号编码器205；

将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器1121、第三远程集中控制器1123的发送单元206。

参见图3，综合调度控制装置115通过电力光纤120与云计算服务***917连接，并驱动云计算服务***917计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置115通过电力光纤120接收云计算服务***917获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式将调度控制信号传送给第一远程集中控制器1121和/或第三远程集中控制器1123。

具体的遥控方式为：

所述制冷风机盘管器遥控开关116，通过第三远程集中控制器1123以遥控方式与综合调度控制装置115耦合；空调器遥控开关117，通过第三远程集中控制器1123以遥控方式与综合调度控制装置115耦合；空调器108上还设有空调器专用电能表109，检测其制冷的耗电量，该耗电量并被第三远程集中控制器所采集；

水源热泵控制执行装置118，通过第一远程集中控制器1121以遥控方式与综合调度控制装置115耦合；水源热泵控制执行装置118根据调度控制信号执行动作。

参见图4，所述第三远程集中控制器1123包括非制冷电表脉冲计数器、制冷冷水流量脉冲计数器、脉冲信号编码转换器、计量信号放大发射器，及相互连接的控制信号接收解码器和遥控信号发生器；

非制冷电表脉冲计数器连接用户非制冷电表，用于检测用户非制冷耗电数据，用户非制冷耗电数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置115；

制冷冷水流量脉冲计数器连接制冷风机盘管冷水消耗计量表111，用于检测冷水流入量，冷水流入量再经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理生成信号，与用户管道信息一起传送至综合调度控制装置115；

控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置115发出的调度控制信息并进行解码，然后通过控制信号遥控发射器将控制信号发送给空调器遥控开关117、制冷风机盘管器遥控开关116执行动作。

基于上述水源热泵与风力发电联合制冷***的调度方法，包括以下步骤：

在0～T×ΔT时间段内，ΔT为采样周期，T为采集的次数，综合调度控制装置根据接收的水源热泵、火力发电机组、风力发电机组的产能信息，利用“多元回归”统计分析方法预测出未来一段时间T～2T×ΔT的产能信息，再结合0～T×ΔT时间段内用户的耗能信息，在保证满足电力供给和制冷供给的条件下，减少水源热泵供给集中式热吸收式制冷机制冷的热水流量，减少冷水流量导致用户所需要的制冷不足由空调器消耗电力制冷来补偿，并考虑冷水流到用户的时间，计算出补充量；

然后在T～2T×ΔT时间段，综合调度控制装置以ΔT为调控周期，根据电力供给和制冷供给的预测和调度计算生成调度控制信号并发送，第一远程集中控制器接收调度控制信号后控制水源热泵的供制冷的热水流量和发电出力电量，第三远程集中控制器接收调度控制信号后，控制空调器消耗电力制冷来补偿制冷风机盘管用冷水减少导致的制冷不足。

这样基于实时检测和预测连续性调控方式，以相等的检测周期和调节周期在***内进行调节。

具体的综合调度控制装置的调度控制信号的生成包括以下步骤：

1)采集变量：

1.1)采集水源热泵在0～T×ΔT时间段提供的热出力H_WSHP(t)和火力发电的发电出力P_CON(t)，并发送到综合调度控制装置；ΔT为采样周期(具体可以为15～30min)，T为采集的次数，T为自然数；

采集0～M号风力发电机在0～T×ΔT时间段的发电出力

并发送到综合调度控制装置；

1.2)采集0～T×ΔT时间段内，0～N个用户的以下信息：用户距集中式热吸收式制冷机的管道距离S_i、非制冷耗电量P_i(t)、制冷风机盘管用于制冷的消耗量H_i(t)和空调器的装机容量并发送到综合调度控制装置；

2)计算以下变量：

2.1)计算风力发电机在0～T×ΔT时间段的总出力

然后根据总出力

利用统计分析方法，预测T～2T×ΔT时间段的风力发电机总出力P_wind(t)；

由水源热泵在0～T×ΔT时间段的供给集中式热吸收式制冷机热出力H_WSHP(t)和火力发电的发电出力P_CON(t)，预测出T～2T×ΔT时间段的水源热泵热出力H_WSHP(t)和火力发电发电出力P_CON(t)；

2.2)计算每个用户到集中式热吸收式制冷机的等效距离

v为冷水在管道中的流速；并对将计算结果做取整运算

将相同s_i的用户分为同一组，计为第l组，s_i＝l；总计L组，L为自然数；

对每个用户分组，分别计算各组所有用户的总制冷负荷H_load(l)和空调器容量P_EHP(l)；

H_load(l)＝∑H_i(t，l)，H_i(t，l)为第l组用户i在t时刻的制冷负荷；

为第l组用户i的空调器容量；

3)将上述H_WSHP(t)、P_CON(t)、P_load(t)、H_load(l)、P_EHP(l)代入，由目标函数(1)和约束条件(2～10)组成优化问题进行迭代求解，以获取目标函数最小值为结果，获取各个变量(即未来一段时间该变量的调控量)作为调控信号：

Min： $\mathrm{\Δp}=\sqrt{\underset{t=T}{\overset{2T}{\mathrm{\Σ}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{wind}})}^2/(T+1)};---\left(1\right)$

其中p_wind(t)为调节后的等效风电总出力，

为等效风电出力平均值，其表达式分别如下：

p_wind(t)＝P_wind(t)+(p_CON(t)-P_CON(t))-p_EHPs(t)；            (2)

其中，p_CON(t)为调节后的火力发电机组的发电出力，P_CON(t)为预测出的火力发电发电出力，p_EHPs(t)为t时所有用户空调器耗电功率；

${\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{wind}}=\mathrm{\Σ}{p}_{\mathrm{wind}}\left(t\right)/(T+1);---\left(3\right)$

3.2)约束条件

3.2.1)冷负荷平衡方程

减少冷水出力，在供给侧制冷不足的功率为Δh(t)，其表达式如下：

Δh(t)＝H_WSHP(t)-h_WSHP(t)；                            (4)

其中H_WSHP(t)为预测的水源热泵供给集中式热吸收式制冷机的热出力，h_WSHP(t)为调节后的水源热泵供给集中式热吸收式制冷机的热出力；

考虑到冷水在管道流入用户的时间，用户使用空调器所需要的补偿Δh(t)表示为：

$\mathrm{\Δh}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{EHP}}(t+l,l);(T\≤t+l\≤2T)---\left(5\right)$

h_EHP(t+l，l)为t+l时刻第l组用户空调器的制冷功率之和；

3.2.2)水源热泵出力限制：

供制冷的热水出力限制：0≤h_WSHP(t)≤H_WSHP；                    (6)

水源热泵热电比约束：

h_WSHP(t)＝COP_WSHP·p_WSHP(t)                                   (7)

其中，H_WSHP为水源热泵额定热容量；COP_WSHP为水源热泵性能系数；h_WSHP(t)调节后的为水源热泵t时段的热出力；p_WSHP(t)为水源热泵t时刻的耗电功率；

3.2.3)用户侧空调器约束条件

热电比约束：h_EHP(t，l)＝COP_EHP·p_EHP(t，l)                    (8)

h_EHP(t，l)为t时刻第l组用户空调器的制冷功率之和，COP_EHP为空调器性能系数；

出力上限：0≤p_EHP(t，l)≤min(P_EHP(l)，H_load(l)/COP_EHP)；      (9)

各时段所有用户组的空调器耗电量之和：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)---\left(10\right)$

4)综合调度控制装置根据运算结果当中调节后的各变量生成调度控制信号并发出：

将水源热泵的供制冷出力h_WSHP(t)和火力发电机组的发电出力p_CON(t)发送给第一远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作；

将用户空调器热泵耗电量p_EHP(t，l)和制冷量h_EHP(t，l)发送给第三远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作。

参见图5所示的原风电出力与调节后的风电等效出力曲线对比图，可以看出在调节前风电出力的波动很大，而在调节之后，风电等效出力比较平滑，前后对比，效果非常显著。

Claims (7)

1.一种水源热泵与风力发电联合制冷***，其特征在于，包括：

消耗电力加热循环冷却水以提供热水的水源热泵（A），为水源热泵（A）提供电力的火力发电机组；

集中式热吸收式制冷机（200），输入端连接水源热泵（A）的热水出口，热交换之后产生冷水，输出端连接供冷管道（114）；

用于产出电力的风力发电机组（B）；

通过电力电缆网（113）与火力发电机组和风力发电机组（B）并联的用户的空调器（108）；控制空调器（108）的空调器遥控开关（117）；

采集用户非制冷耗电量的电表；

通过供冷管道（114）与集中式热吸收式制冷机（200）相连接的用户的制冷风机盘管（110）；制冷风机盘管冷水消耗计量表（111），检测制冷风机盘管（110）的冷水消耗量；控制制冷风机盘管（110）的制冷风机盘管器遥控开关（116）；

第一远程集中控制器（1121），采集水源热泵的供制冷的热水流量和火力发电的发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置（115）；第一远程集中控制器（1121）还接收综合调度控制装置（115）所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号控制水源热泵的控制执行装置（118）动作；

第二远程集中控制器（1122），采集风力发电机组（B）的发电出力电量的产能信息，将采集的产能信息传送给综合调度控制装置（115）；

第三远程集中控制器（1123），记载有用户的制冷风机盘管（110）与集中式热吸收式制冷机（200）之间的管道距离信息，并采集包括用户的非制冷用电量和制冷风机盘管冷水消耗计量表（111）检测到的冷水流入量的耗能信息；将用户的管道距离信息和采集的耗能信息传送给综合调度控制装置（115）；

第三远程集中控制器（1123）还接收综合调度控制装置（115）所发出的调度控制信号，并根据调度控制信号驱动空调器遥控开关（117）和/或制冷风机盘管器遥控开关（116）执行动作；

综合调度控制装置（115），根据的接收产能信息、用户的管道距离信息和耗能信息，产生调控控制信号，向第一远程集中控制器（1121）和/或第三远程集中控制器（1123）发出调控控制信号；

综合调度控制装置（115）通过电力光纤（120）与云计算服务***（917）连接，并驱动云计算服务***（917）计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置（115）通过电力光纤（120）接收云计算服务***（917）获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式将调度控制信号传送给第一远程集中控制器（1121）和/或第三远程集中控制器（1123）。

2.根据权利要求1所述的水源热泵与风力发电联合制冷***，其特征在于，综合调度控制装置（115）根据接收的水源热泵（A）、火力发电机组、风力发电机组（B）的产能信息和用户的耗能信息，在保证满足电力供给和制冷供给的条件下，减少水源热泵（A）供给集中式热吸收式制冷机（200）制冷的热水流量，减少制冷的热水流量导致用户所需要的制冷不足由空调器（108）消耗电力制冷来补偿；

综合调度控制装置（115）发出包括水源热泵（A）在调度时间的供制冷的热水流量和火力发电机组的发电出力电量，流入用户的制冷风机盘管（110）的冷水量和空调器（108）的制冷电力消耗量的调控控制信号。

3.根据权利要求1所述的水源热泵与风力发电联合制冷***，其特征在于，所述综合调度控制装置（115）包括：

接收水源热泵（A）、火力发电机组和风力发电机组（B）的产能信息，用户的耗能信息以及用户管道距离信息的第一数据接收单元（201）；

将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元（202）；

对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元（203）；

生成调度控制信号的调度控制信号计算单元（204）；

将所述调度控制信号进行编码的信号编码器（205）；及

将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器（1121）、第三远程集中控制器（1123）的发送单元（206）。

4.根据权利要求1所述的水源热泵与风力发电联合制冷***，其特征在于，所述制冷风机盘管器遥控开关（116），通过第三远程集中控制器（1123）以遥控方式与综合调度控制装置（115）耦合；空调器遥控开关（117），通过第三远程集中控制器（1123）以遥控方式与综合调度控制装置（115）耦合；空调器（108）上还设有空调器专用电能表（109），检测其制冷的耗电量，该耗电量并被第三远程集中控制器所采集；

水源热泵控制执行装置（118），通过第一远程集中控制器（1121）以遥控方式与综合调度控制装置（115）耦合；水源热泵控制执行装置（118）根据调度控制信号执行动作。

5.根据权利要求1所述的水源热泵与风力发电联合制冷***，其特征在于，所述第三远程集中控制器（1123）包括非制冷电表脉冲计数器、制冷冷水流量脉冲计数器、脉冲信号编码转换器、计量信号放大发射器，及相互连接的控制信号接收解码器和遥控信号发生器；

非制冷电表脉冲计数器连接用户非制冷电表，用于检测用户非制冷耗电数据，用户非制冷耗电数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置（115）；

制冷冷水流量脉冲计数器连接制冷风机盘管冷水消耗计量表（111），用于检测冷水流入量，冷水流入量再经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理生成信号，与用户管道信息一起传送至综合调度控制装置（115）；

控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置（115）发出的调度控制信息并进行解码，然后通过控制遥控信号发生器将控制信号发送给空调器遥控开关（117）、制冷风机盘管器遥控开关（116）执行动作。

6.权利要求1所述的水源热泵与风力发电联合制冷***的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

在（0～T）×ΔT时间段内，ΔT为采样周期，T为采集的次数，综合调度控制装置根据接收的水源热泵、火力发电机组、风力发电机组的产能信息，预测出未来一段时间（T～2T）×ΔT的产能信息，再结合（0～T）×ΔT时间段内用户的耗能信息，在保证满足电力供给和制冷供给的条件下，减少水源热泵供给集中式热吸收式制冷机制冷的热水流量，减少热水流量导致用户所需要的制冷不足由空调器消耗电力制冷来补偿，并考虑冷水流到用户的时间，计算出补充量；

然后在（T～2T）×ΔT时间段，综合调度控制装置以ΔT为调控周期，根据电力供给和制冷供给的预测和调度计算生成调度控制信号并发送，第一远程集中控制器接收调度控制信号后控制水源热泵的供制冷的热水流量和发电出力电量，第三远程集中控制器接收调度控制信号后，控制空调器消耗电力制冷来补偿制冷风机盘管用冷水减少导致的制冷不足。

7.如权利要求6所述的水源热泵与风力发电联合制冷***的调度方法，其特征在于，综合调度控制装置的调度控制信号的生成包括以下步骤：

1）采集变量：

1.1）采集水源热泵在（0～T）×ΔT时间段供给集中式热吸收式制冷机的热出力H_WSHP(t)和火力发电的发电出力P_CON(t)，并发送到综合调度控制装置；ΔT为采样周期，T为采集的次数，T为自然数；

采集0～M号风力发电机在（0～T）×ΔT时间段的发电出力

并发送到综合调度控制装置；

1.2）采集（0～T）×ΔT时间段内，0～N个用户的以下信息：用户距集中式热吸收式制冷机的管道距离S_i、非制冷耗电量P_i(t)、制冷风机盘管用于制冷的消耗量H_i(t)和空调器的装机容量P_i ^EHP， 并发送到综合调度控制装置；

2）计算以下变量：

2.1）计算风力发电机在（0～T）×ΔT时间段的总出力

然后根据总出力

利用统计分析方法，预测（T～2T）×ΔT时间段的风力发电机总出力P_wind(t)；

由水源热泵在（0～T）×ΔT时间段的供给集中式热吸收式制冷机热出力H_WSHP(t)和火力发电的发电出力P_CON(t)，预测出（T～2T）×ΔT时间段的水源热泵热出力H_WSHP(t)和火力发电发电出力P_CON(t)；

2.2）计算每个用户到集中式热吸收式制冷机的等效距离

v为冷水在管道中的流速；并对将计算结果做取整运算

将相同s_i的用户分为同一组，计为第l组；总计L组，L为自然数；

对每个用户分组，分别计算各组所有用户的总制冷负荷H_load(l)和空调器的装机容量P_EHP(l)；

H_load(l)=∑H_i(t,l)，H_i(t,l)为第l组用户i在t时刻的制冷负荷；

P_EHP(l)=∑P_i ^EHP(l)；P_i ^EHP(l)为第l组用户i的空调器的装机容量；

3）将上述H_WSHP(t)、P_CON(t)、H_load(l)、P_EHP(l)代入，由目标函数（1）和约束条件（4）～（10）组成优化问题进行迭代求解，以获取目标函数最小值为结果，获取各个变量作为调控信号：

3.1）目标函数为：

$\mathrm{Min}:\mathrm{\Δp}=\sqrt{\underset{t=T}{\overset{2T}{\mathrm{\Σ}}}{(p_{\mathrm{wind}}\left(t\right)-{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{wind}})}^2/(T+1)};---\left(1\right)$

其中p_wind(t)为调节后的等效风电总出力，为等效风电出力平均值，其表达式分别如下：

p_wind(t)=P_wind(t)+(p_CON(t)-P_CON(t))-p_EHPs(t)；   （2）

其中，p_CON(t)为调节后的火力发电机组的发电出力，P_CON(t)为预测出的火力发电发电出力，p_EHPs(t)为t时所有用户空调器耗电功率；

${\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{wind}}=\mathrm{\Σ}{p}_{\mathrm{wind}}\left(t\right)/(T+1);---\left(3\right)$

3.2）约束条件

3.2.1）冷负荷平衡方程

减少冷水出力，在供给侧制冷不足的功率为Δh(t)，其表达式如下：

Δh(t)=H_WSHP(t)-h_WSHP(t)；   （4）

其中H_WSHP(t)为预测的水源热泵供给集中式热吸收式制冷机的热出力，h_WSHP(t)为调节后的水源热泵供给集中式热吸收式制冷机的热出力；

考虑到冷水在管道流入用户的时间，用户使用空调器所需要的补偿Δh(t)表示为：

$\mathrm{\Δh}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{EHP}}(t+l,l);(T\≤t+l\≤2T)---\left(5\right)$

h_EHP(t+l,l)为t+l时刻第l组用户空调器的制冷功率之和；

3.2.2）水源热泵出力限制：

供制冷的热水出力限制：0≤h_WSHP(t)≤H_WSHP；    （6）

水源热泵热电比约束：

h_WSHP(t)=COP_WSHP·p_WSHP(t)    （7）

其中，H_WSHP为水源热泵额定热容量；COP_WSHP为水源热泵性能系数；h_WSHP(t)调节后的为水源热泵t时段的热出力；p_WSHP(t)为水源热泵t时刻的耗电功率；

3.2.3）用户侧空调器约束条件

热电比约束：h_EHP(t,l)=COP_EHP·p_EHP(t,l)   （8）

h_EHP(t,l)为t时刻第l组用户空调器的制冷功率之和，COP_EHP为空调器性能系数；

出力上限：0≤p_EHP(t,l)≤min(P_EHP(l),H_load(l)/COP_EHP)；   （9）

各时段所有用户组的空调器耗电量之和：

$p_{\mathrm{EHPs}}\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{EHP}}(t,l)---\left(10\right)$

4）综合调度控制装置根据运算结果当中调节后的各变量生成调度控制信号并发出：

将调节后的水源热泵供给集中式热吸收式制冷机的热出力h_WSHP(t)和火力发电机组的发电出力p_CON(t)发送给第一远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作；

将用户空调器热泵耗电量p_EHP(t,l)和制冷量h_EHP(t,l)发送给第三远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作。

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