CN112614013A - 一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***及方法，该***包括：方案制定模块，用于基于用户需求与约束条件，制定用能需求方案；设定关键参数，对热泵机组负荷率与运行时长、空调运行功率与时长进行条件约束；信息采集模块，用于采集能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息；数据服务模块，用于存储用能需求方案制定所需信息，计算性能系数；运行评估模块，用于基于信息采集模块采集信息，结合数据库中历史数据、历史调度方案进行能源站综合能源供应调度；结果输出模块，用于输出调度方案以及方案状况评估结果。能够实现合理有序用电、终端能源使用效率提高和优化用电行为，达到节能增效的目的。

Description

一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***及方法
技术领域
本发明属于能源规划技术领域，具体涉及一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***及方法。
背景技术
综合能源站于一站空间内集合了电力、供热、供冷等多种能源基础设施建设，现有综合能源用能方案通过获取区域综合能源的历史用能数据，预测规划水平年用能需求，对各种能源在多个***中分别进行控制与调度；同时，在传统信息能源***中，产能侧、网侧、负荷侧的参数和运行信息全量发送给云端服务器或发送内部控制中心，统一处理后再下发处理。
现有技术下，综合能源用能方案主要依赖规划阶段数据与历史经验，缺少实时监控，各***运维人员仅负责单一能源情况下，独立运行造成配置失衡、资源浪费，考虑到仅有少量必需信息参与调度和控制，大量的数据流通会对计算中心带来沉重的负担，同时通信堵塞会带来时滞和丢包，造成网络拥堵、计算能力低、响应时间长的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***及方法，实现合理有序用电、终端能源使用效率提高和优化用电行为，达到节能增效的目的，具有准确可靠、可操作性佳、可扩展性强等优点。
为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，包括：
方案制定模块，用于基于用户需求与约束条件，制定用能需求方案；
信息采集模块，用于采集能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息；
数据服务模块，用于存储，以及计算得到的性能系数；
运行评估模块，用于基于能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息，结合数据库中历史数据、历史调度方案进行能源站综合能源供应调度；
结果输出模块，用于输出调度方案以及方案状况评估结果。
具体的，所述用户需求主要包括：供冷需求、供暖需求、用电负荷需求，所述约束条件包括：制冷制热时间、温度维持时间、负荷稳定运行时长。
具体的，所述关键参数包括：供冷目标温度、供暖目标温度、供水温度、回水温度、热水流量、负荷率。
具体的，所述结合信息采集模块，还用于获得不可控参数。
具体的，所述不可控参数为环境温度。
具体的，所述能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息包括：环境温度、进水温度，每1分钟读取一次，传输存储于数据服务模块。
具体的，所述性能系数计算公式如下：
COP＝制冷量/耗电量；
制冷量＝C×M×△T＝C×M×(T回水-T供水)；
C＝4.2×103J/kg℃；
M＝Q×h＝D×1h；
△T＝(T回水-T供水)T代表温度，单位为摄氏度℃；
Q＝***水流量，D代表数据采集值，单位为M3/h。
具体的，运行评估模块包括：合规性评估单元、关键设备评估单元、综合用能效率评估单元、收益率评估单元；
合规性评估单元，用于评估边界条件是否合规，边界条件为理论计算供热量/供冷量是否满足用户侧需求，设备运行总功率是否超过限额，热泵运行是否满足最低负荷率要求；
关键设备评估单元，用于利用在热泵机组采集的供水温度、回水温度、水流量、热本机组耗电量，通过拉依达准则法，在剔除随机误差范围外的异常数据后，与机组运行测试时的样本数据进行对比，评估关键设备运行情况；
综合用能效率评估单元，利用多站合一分布式能源站内低端的小容量边缘计算终端完成用能效率评估，并确保运行安全可靠；
收益率评估单元，用于评价整体运行经济性，通过热泵用电量、空调用电量总和按实际分时电价进行用电成本计算，进而与测试方案、历史调度方案进行对比以及节能减排确权。
具体的，综合用能效率评估单元包括：电能效率评估模块，供冷效率评估模块，供热效率评估模块。
本发明提供的另一个技术方案是：
一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度方法，基于所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，包括：
依托多站合一分布式能源站内低端的小容量边缘计算终端的计算方法：综合考虑冷热关停延时，电能瞬时特性，对所述多能源耦合调度算法的不确定因素进行量化分析与建模；步骤为：对用户侧用冷用热效果进行典型时序分析，采取地源热泵供热时，启机时间与热水传导制热效率较低，导致环境温度上升较慢；停止供热后，使用地源热泵时环境温度衰退较慢，通过采集的能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息，根据用户不同时间段的用冷、用热需求，结合地源热泵性能系数，进行可控因素与不可控因素的敏感性分析，完成环境温度与机组运行时长供热/冷效果数字建模，确定在不同用能需量的情境下符合合规性评价的多个供能方案，取调控范围中的中间部分作为适中型调控方案，分别取调控范围的上限和下限作为备选1方案和备选2方案，根据不同方案下成本与效果的预测结果来制定调控方案模板，根据用户最终需求，配置最接近的调控方案模板作为最佳运行调度方案。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的多能耦合调度方法，依据综合能源边缘调度算法，能够实现合理有序用电、终端能源使用效率提高和优化用电行为，达到节能增效的目的，具有准确可靠、可操作性佳、可扩展性强等优点。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中多能耦合调度***框图；
图2为本发明实施例中多能耦合调度方法流程图；
图3为本发明实施例中供热运行时长与环境温度示意图；
图4为本发明实施例中停止供热时长与环境温度示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
本发明提供了一种适用于多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***及方法，依据综合能源边缘调度算法，实现合理有序用电、终端能源使用效率提高和优化用电行为，达到节能增效的目的，具有准确可靠、可操作性佳、可扩展性强等优点。
本发明可应用于以下场景：
(1)未投运能源站评估与建设，对建设进度、质量进行评估，完善建设方案，保证建设质量。
(2)已运行的能源站改造，提供针对性的现场人工运维方案，大幅度降低运维工作难度和劳动强度，提高运检效率。
(3)能源站并网验收，提供全面的消缺方案，保障能源安全。
(4)能源站融资或收购，提供全方位尽职调查，提升项目融资能力，保障投资者利益。
通过对综合能源站电、冷、热等多能源耦合运行监控与数据分析，保证综合能源利用效率最优、成本最低。
如图1所示，本发明实施例多能耦合调度***包括：方案制定模块、信息采集模块、数据服务模块、运行评估模块和结果输出模块，各模块之间存有信息传递与交互。
方案制定模块：基于用户需求和约束条件，制定用能需求方案，设定关键参数，对热泵机组负荷率与运行时长以及空调运行功率与时长进行条件约束，使用能需求方案满足用户需求与约束条件。用户需求主要包括：供冷需求、供暖需求、用电负荷需求等三大需求，约束条件包含：制冷时间、制热时间、温度维持时间、负荷稳定运行时长等约束条件。通过设定供冷目标温度、供暖目标温度、供水温度、回水温度、热水流量、负荷率等可控参数，结合信息采集模块获得的环境温度等不可控参数，结合数据服务模块计算获得的能效系数(COP)。制定符合用户需求与约束条件的供冷供暖方案，对应热泵机组1号负荷率与运行时长、热泵机组2号负荷率与运行时长……热泵机组N号负荷率与运行时长，以及空调运行功率与时长等参数进行条件约束。
信息采集模块：用于采集能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息，包括环境温度、进水温度等方案制定模块所需参数，每1分钟读取一次，传输存储于数据服务模块。
数据服务模块：用于存储方案制定所需的能源站机组额定功率、各项参数、环境数据、以及调度方案以及能源站的信息，以及基于上述参数，通过计算得到的性能系数(COP)等完成计算，计算公式如下：
COP＝制冷量/耗电量；
制冷量＝C×M×△T＝C×M×(T回水-T供水)；
C＝4.2×103J/kg℃；
M＝Q×h＝D×1h；
△T＝(T回水-T供水)T代表温度，单位为摄氏度℃；
Q＝***水流量，D代表数据采集值，单位为M3/h；
注：供热与制冷公式相同。
运行评估模块：用于基于信息采集模块采集信息，结合数据库中历史数据，历史调度方案等，进行能源站综合能源供应调度。主要包括：合规性评估单元，关键设备评估单元，综合用能效率评估单元(电能效率评估模块，供冷效率评估模块，供热效率评估模块)，收益率评估单元。
合规性评估单元用于评估边界条件是否合规，边界条件为理论计算供热量/供冷量是否满足用户侧需求，设备运行总功率是否超过限额，热泵运行是否满足最低负荷率要求；关键设备评估单元用于利用在热泵机组采集的供水温度、回水温度、水流量、热本机组耗电量等高频数据，通过拉依达准则法，在剔除随机误差范围外的异常数据后，与机组运行测试时的样本数据进行对比，评估关键设备运行情况；综合用能效率评估单元利用多站合一分布式能源站内低端的小容量边缘计算终端完成用能效率评估，并确保运行安全可靠；收益率评估单元用于评价整体运行经济性，通过热泵用电量、空调用电量总和按实际分时电价进行用电成本计算，进而与测试方案、历史调度方案进行对比以及节能减排确权。
结果输出模块：用于输出调度方案以及方案状况评估结果。
本发明提供的另一个技术方案是：一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度方法，基于的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，本发明方法依托多站合一分布式能源站内低端的小容量边缘计算终端的计算方法：
综合考虑冷热关停延时，电能瞬时特性，对多能源耦合调度算法的不确定因素进行量化分析与建模，步骤为：对用户侧用冷用热效果进行典型时序分析，如图3、4所示，采取地源热泵供热时，启机时间与热水传导制热效率较低，导致环境温度上升较慢；停止供热后，使用地源热泵时环境温度衰退较慢，通过之前信息采集模块所采集的测试数据与历史运行数据，根据用户不同时间段的用冷、用热需求，结合地源热泵运行效率(COP)，进行可控因素与不可控因素的敏感性分析，完成环境温度与机组运行时长供热/冷效果数字建模，确定在不同用能需量的情境下符合合规性评价的多个供能方案，其中，取调控范围中的中间部分作为适中型调控方案，分别取调控范围的上限和下限作为备选1方案和备选2方案，根据不同方案下成本与效果的预测结果来制定调控方案模板，根据用户最终需求，如用能效率最高、经济性最好、体感最好等不同需求，自动配置最佳运行调度方案。
下面结合具体的实施例子，以某区电冷热多站合一能源站为例，对综合能源调度运行方式进行说明：
S1、在典型情境测验环境中，保持其他条件不变，采集单一条件分别调整±5％，10％调整后，对用户侧温度的影响程度，确定各项参数的敏感性影响因子，包括临时用能设备数量/功率、预设温度、区域面积、空调运行功率、热泵运行功率等可控参数和环境温度、固定用能设备数量/功率，电费单价等不可控参数。
S2、根据区域内此类参数的历史情况及专家判断，设定关键参数在典型负荷日的合理调控范围，作为适中型调度方案，再上下浮动此调控范围，作为备选方案。具体如下：
Figure BDA0002834978700000081
S3、根据以上运行方案得到热泵与用电设备组合运行结果，将此作为初步运行方案。
S4、利用蒙特卡洛模型进行10000次模拟，结合热泵余热循环关停延时函数，获取热泵与空调设备组合运行功率与运行时间结果。
S5、在结果输出模块测验环境温度，假定环境温度上限为18℃，但各方案均不满足，则表明可控参数(主要是临时用能设备需求)的调控范围需收窄，进而再次循环，最终确定供能方案，整体流程如图2所示。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，包括：
方案制定模块，用于基于用户需求与约束条件，制定用能需求方案；
信息采集模块，用于采集能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息；
数据服务模块，用于存储，以及计算得到的性能系数；
运行评估模块，用于基于能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息，结合数据库中历史数据、历史调度方案进行能源站综合能源供应调度；
结果输出模块，用于输出调度方案以及方案状况评估结果。
2.根据权利要求1所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，所述用户需求主要包括：供冷需求、供暖需求、用电负荷需求。
3.根据权利要求1所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，所述约束条件包括：制冷时间、制热时间、温度维持时间、负荷稳定运行时长。
4.根据权利要求1所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，所述信息采集模块，还用于获得不可控参数。
5.根据权利要求4所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，所述不可控参数为环境温度。
6.根据权利要求1所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，所述能源设备运行与环境感知设备运行量测类信息包括：环境温度、进水温度，每1分钟读取一次，传输存储于数据服务模块。
7.根据权利要求1所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，所述性能系数计算公式如下：
COP＝制冷量/耗电量；
制冷量＝C×M×△T＝C×M×(T回水-T供水)；
C＝4.2×103J/kg℃；
M＝Q×h＝D×1h；
△T＝(T回水-T供水)T代表温度，单位为摄氏度℃；
Q＝***水流量，D代表数据采集值，单位为M3/h。
8.根据权利要求1所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，运行评估模块包括：合规性评估单元、关键设备评估单元、综合用能效率评估单元、收益率评估单元；
合规性评估单元，用于评估边界条件是否合规，边界条件为理论计算供热量/供冷量是否满足用户侧需求，设备运行总功率是否超过限额，热泵运行是否满足最低负荷率要求；
关键设备评估单元，用于利用在热泵机组采集的供水温度、回水温度、水流量、热本机组耗电量，通过拉依达准则法，在剔除随机误差范围外的异常数据后，与机组运行测试时的样本数据进行对比，评估关键设备运行情况；
综合用能效率评估单元，利用多站合一分布式能源站内低端的小容量边缘计算终端完成用能效率评估；
收益率评估单元，用于评价整体运行经济性，通过热泵用电量、空调用电量总和按实际分时电价进行用电成本计算，进而与测试方案、历史调度方案进行对比以及节能减排确权。
9.根据权利要求8所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，综合用能效率评估单元包括：电能效率评估模块、供冷效率评估模块和供热效率评估模块。
10.一种多站融合型分布式能源站的多能耦合调度方法，基于权利要求1所述的多站融合型分布式能源站的多能耦合调度***，其特征在于，包括：
确定在不同用能需量的情境下符合合规性评价的多个供能方案；
取调控范围中的中间部分作为适中型调控方案，分别取调控范围的上限和下限作为备选1方案和备选2方案；
根据不同方案下成本与效果的预测结果来制定调控方案模板，根据用户最终需求，配置最接近的调控方案模板作为最佳运行调度方案。
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