一種分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，特別是一種用于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)加余熱利用的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式能源是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)，以天然氣或可再生能源作為主要驅(qū)動(dòng)能源，以冷、熱、電聯(lián)供技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了以直接滿足用戶多種需求的能源梯級(jí)利用，是以高效、清潔、靈活為特點(diǎn)的供能系統(tǒng)，已成為當(dāng)今世界迅速發(fā)展的綠色新興能源產(chǎn)業(yè)。
[0003]分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行的顯著特點(diǎn)是負(fù)荷變化大，尤其是冷、熱負(fù)荷變化大，隨機(jī)性強(qiáng)。為滿足冷熱電負(fù)荷需求，系統(tǒng)經(jīng)常處于變工況運(yùn)行狀態(tài)，由于缺少負(fù)荷預(yù)測環(huán)節(jié)或預(yù)測精度較低，負(fù)荷優(yōu)化分配的偏差不斷變大，機(jī)組及其控制系統(tǒng)的響應(yīng)特性會(huì)出現(xiàn)滯后、超調(diào)、甚至振蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)難以達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)能源綜合利用效率值的要求，經(jīng)濟(jì)效益也難以保證。
[0004]由于用戶側(cè)的冷、熱、電負(fù)荷在不斷變化，分布式能源站的各主設(shè)備的搭配運(yùn)行模式較多，多投/退機(jī)組或者主設(shè)備搭配不合理，會(huì)導(dǎo)致能耗增大、廠用電消耗增加、經(jīng)濟(jì)性降低，因此，如何合理優(yōu)化多機(jī)組的運(yùn)行模式也是分布式能源系統(tǒng)亟待解決的問題。而目前，分布式能源站的SIS系統(tǒng)只負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)表，不負(fù)責(zé)現(xiàn)場決策優(yōu)化控制和尋優(yōu)管理，因而不能指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行優(yōu)化管理；而現(xiàn)有的分布式能源站的DCS控制系統(tǒng)與SIS生產(chǎn)管理系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，生產(chǎn)管理系統(tǒng)未能與控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線相關(guān)聯(lián)，不具有對(duì)整個(gè)分布式能源站的實(shí)時(shí)在線運(yùn)行優(yōu)化功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，能夠獲得高精度的負(fù)荷預(yù)測信息，形成相應(yīng)的優(yōu)化命令，對(duì)負(fù)荷動(dòng)態(tài)以及機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行在線優(yōu)化控制。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:一種分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法，包括以下步驟:
[0007]SI，采集環(huán)境信息和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，以獲得分布式能源站用戶的冷、熱負(fù)荷隨季節(jié)和時(shí)刻的變化規(guī)律，再根據(jù)所述變化規(guī)律和用戶蒸汽需求計(jì)劃，建立冷熱電負(fù)荷預(yù)測豐旲型；
[0008]S2，通過引入實(shí)時(shí)校驗(yàn)因子和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，在線優(yōu)化冷熱電負(fù)荷預(yù)測模型，逐時(shí)預(yù)測冷、熱、電負(fù)荷的動(dòng)態(tài)需求；
[0009]S3，在滿足能源利用效率的前提下，以實(shí)現(xiàn)全廠經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)為目標(biāo)，根據(jù)預(yù)測的冷、熱、電負(fù)荷的動(dòng)態(tài)需求建立負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配模型，輸出負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配結(jié)果；
[0010]S4，基于全廠經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，根據(jù)負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配結(jié)果建立組合優(yōu)化模型，輸出機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化命令，對(duì)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行優(yōu)化及調(diào)控。
[0011]前述的分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法中，所述環(huán)境信息包括當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境溫度、濕度信息；所述機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)包括機(jī)組的負(fù)荷率和工作效率。
[0012]前述的分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法中，所述步驟SI中的冷負(fù)荷為空調(diào)冷負(fù)荷，熱負(fù)荷包括工業(yè)蒸汽負(fù)荷和空調(diào)熱負(fù)荷，所述冷熱電負(fù)荷預(yù)測模型通過以下步驟建立:S11，以當(dāng)前時(shí)間為起點(diǎn)，收集近三年內(nèi)的天氣預(yù)報(bào)信息(包括溫度、濕度等)，利用指數(shù)平滑算法獲得逐時(shí)天氣變化曲線，然后與當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)信息進(jìn)行對(duì)比、修正，建立氣象預(yù)測模型，對(duì)未來三天內(nèi)的天氣情況進(jìn)行預(yù)測，計(jì)算未來一天的逐時(shí)天氣變化曲線；
[0013]S12，根據(jù)未來一天的逐時(shí)天氣變化曲線，統(tǒng)計(jì)能源站用戶不少于一年內(nèi)的用能(冷、熱)數(shù)據(jù)，計(jì)算未來一天的冷、熱負(fù)荷隨季節(jié)和時(shí)刻的逐時(shí)變化曲線，再根據(jù)未來一天的冷、熱負(fù)荷隨季節(jié)和時(shí)刻的逐時(shí)變化曲線和用戶蒸汽需求計(jì)劃，建立冷熱電負(fù)荷預(yù)測模型。
[0014]天氣預(yù)報(bào)通常預(yù)測未來一周天氣情況，而針對(duì)分布式能源系統(tǒng)，主要考慮其實(shí)用性，選擇未來三天作為預(yù)測步長；因?yàn)樘L則無實(shí)用價(jià)值，太短則對(duì)接下來的精確預(yù)報(bào)“未來一天”數(shù)據(jù)的支持不充分。計(jì)算和預(yù)報(bào)“未來一天”的逐時(shí)變化曲線是為了能提供給能源站運(yùn)行人員第二天的機(jī)組開啟和運(yùn)行計(jì)劃安排。
[0015]前述的分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法中，所述步驟S2中，所述實(shí)時(shí)校驗(yàn)因子是通過即時(shí)數(shù)據(jù)在線修正所得的負(fù)荷預(yù)測值，所述即時(shí)數(shù)據(jù)包括分布式能源站向用戶提供空調(diào)冷、熱水供回水母管的溫度和流量。
[0016]前述的分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法中，所述步驟S2中，所述冷、熱、電負(fù)荷的動(dòng)態(tài)需求包括能源站用戶的未來負(fù)荷分布情況以及峰谷負(fù)荷的發(fā)生時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間。
[0017]前述的分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法中，所述步驟S3中，負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配模型根據(jù)預(yù)測得到的冷、熱、電負(fù)荷值，輸出負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配結(jié)果，對(duì)分布式能源站各套機(jī)組須完成負(fù)荷數(shù)量進(jìn)行調(diào)配；所述負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配模型按以下步驟建立:
[0018]S31，以分布式能源站支出費(fèi)用的相加和為目標(biāo)函數(shù)，支出費(fèi)用包括耗電費(fèi)用、耗氣費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；
[0019]S32，以滿足能源利用效率為約束條件，約束條件包括用戶用能需求的系統(tǒng)冷熱電產(chǎn)用平衡條件(能源系統(tǒng)尤其是電力系統(tǒng)具有即產(chǎn)即用的特點(diǎn)，能源站所提供的電、熱、冷產(chǎn)品必須要生產(chǎn)和使用(消納)相平衡)、機(jī)組容量限定條件和環(huán)境排放限制條件；
[0020]S33，通過計(jì)算，得出滿足約束條件下的目標(biāo)函數(shù)最小時(shí)的解，從而獲得最優(yōu)的負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配結(jié)果。
[0021]前述的分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制方法中，所述步驟S4中，根據(jù)負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配結(jié)果獲得的每套機(jī)組所需完成的負(fù)荷，對(duì)單套機(jī)組內(nèi)部所有可能的供能(冷、熱、電)方式進(jìn)行組合優(yōu)化及相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)控制，滿足負(fù)荷供給；所述組合優(yōu)化模型按以下步驟建立:
[0022]S41，以機(jī)組支出費(fèi)用的相加和為目標(biāo)函數(shù)，機(jī)組支出費(fèi)用包括機(jī)組的耗電費(fèi)用和耗氣費(fèi)用；
[0023]S42，約束條件包括冷熱電負(fù)荷滿足供應(yīng)值條件、機(jī)組供能單元的容量調(diào)節(jié)上、下坡速率限定條件(機(jī)組在變工況、變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其容量或負(fù)荷調(diào)節(jié)的變化率即上、下坡速率不能太快，否則導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，損傷機(jī)組，因而一定要有速率限定)和工作區(qū)間限定條件；
[0024]S43，通過計(jì)算，得出滿足約束條件下的目標(biāo)函數(shù)最小時(shí)的解，從而獲得最佳的組合方式。
[0025]一種實(shí)現(xiàn)前述方法的分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括:
[0026]信息采集模塊，用于采集環(huán)境信息和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)；
[0027]冷熱電負(fù)荷預(yù)測模型，用于根據(jù)信息采集模塊采集的數(shù)據(jù)獲得分布式能源站用戶的冷、熱負(fù)荷隨季節(jié)和時(shí)刻的變化規(guī)律，再根據(jù)所述變化規(guī)律和用戶蒸汽需求計(jì)劃，建立冷熱電負(fù)荷預(yù)測模型；
[0028]負(fù)荷預(yù)測優(yōu)化模塊，用于通過引入實(shí)時(shí)校驗(yàn)因子和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，在線優(yōu)化冷熱電負(fù)荷預(yù)測模型，逐時(shí)預(yù)測冷、熱、電負(fù)荷的動(dòng)態(tài)需求；
[0029]負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配模塊，用于在滿足能源利用效率的前提下，以實(shí)現(xiàn)全廠經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)為目標(biāo)，根據(jù)預(yù)測的冷、熱、電負(fù)荷的動(dòng)態(tài)需求建立負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配模型，輸出負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配結(jié)果；
[0030]負(fù)荷實(shí)現(xiàn)方式優(yōu)化調(diào)控模塊，用于基于全廠經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，根據(jù)負(fù)荷動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配結(jié)果建立組合優(yōu)化模型，輸出機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化命令，對(duì)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行優(yōu)化及調(diào)控。
[0031]前述的分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)中，所述冷熱電負(fù)荷預(yù)測模型包括:
[0032]逐時(shí)天氣變化曲線計(jì)算模塊，用于以當(dāng)前時(shí)間為起點(diǎn)，收集近三年內(nèi)的天氣預(yù)報(bào)信息(包括溫度、濕度等)，利用指數(shù)平滑算法獲得逐時(shí)天氣變化曲線，然后與當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)信息進(jìn)行對(duì)比、修正，建立氣象預(yù)測模型，對(duì)未來三天內(nèi)的天氣情況進(jìn)行預(yù)測，計(jì)算未來一天的逐時(shí)天氣變化曲線；
[0033]冷熱負(fù)荷逐時(shí)變化曲線計(jì)算模塊，根據(jù)未來一天的逐時(shí)天氣變化曲線，統(tǒng)計(jì)能源站用戶不少于一年內(nèi)的用能(冷、熱)數(shù)據(jù)，計(jì)算未來一天的冷、熱負(fù)荷隨季節(jié)和時(shí)刻的逐時(shí)變化曲線。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述優(yōu)化控制方法可概況為“一定、兩優(yōu)化”;“一定”是指用戶每天所需冷、熱、電負(fù)荷為一定，能源站必須做到按量、及時(shí)供應(yīng)，亦即負(fù)荷約束為定；此處所述“一定”意為“確定”而非“固定”，即每時(shí)每刻負(fù)荷需求為一確定值，這一確定值由本方法的冷熱電負(fù)荷預(yù)測模塊提供；“兩優(yōu)化”是指高壓蒸汽和低壓蒸汽兩種類型蒸汽的用途優(yōu)化，即在滿足負(fù)荷需求的條件下，如何優(yōu)化兩種蒸汽的去向以及分配量使得全廠的經(jīng)濟(jì)效益最佳；其控制策略為:首先進(jìn)行廠級(jí)負(fù)荷優(yōu)化分配，而后進(jìn)行負(fù)荷實(shí)現(xiàn)方式