一種分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，特別是一種用于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)加余熱利用的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[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動能源，以冷、熱、電聯(lián)供技術為基礎，實現(xiàn)了以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，是以高效、清潔、靈活為特點的供能系統(tǒng)，已成為當今世界迅速發(fā)展的綠色新興能源產業(yè)。
[0003]分布式能源系統(tǒng)運行的顯著特點是負荷變化大，尤其是冷、熱負荷變化大，隨機性強。為滿足冷熱電負荷需求，系統(tǒng)經(jīng)常處于變工況運行狀態(tài)，由于缺少負荷預測環(huán)節(jié)或預測精度較低，負荷優(yōu)化分配的偏差不斷變大，機組及其控制系統(tǒng)的響應特性會出現(xiàn)滯后、超調、甚至振蕩，導致系統(tǒng)難以達到設計時能源綜合利用效率值的要求，經(jīng)濟效益也難以保證。
[0004]由于用戶側的冷、熱、電負荷在不斷變化，分布式能源站的各主設備的搭配運行模式較多，多投/退機組或者主設備搭配不合理，會導致能耗增大、廠用電消耗增加、經(jīng)濟性降低，因此，如何合理優(yōu)化多機組的運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)只負責實時生產數(shù)據(jù)傳輸和報表，不負責現(xiàn)場決策優(yōu)化控制和尋優(yōu)管理，因而不能指導現(xiàn)場設備的運行優(yōu)化管理；而現(xiàn)有的分布式能源站的DCS控制系統(tǒng)與SIS生產管理系統(tǒng)獨立運行，生產管理系統(tǒng)未能與控制系統(tǒng)實時在線相關聯(lián)，不具有對整個分布式能源站的實時在線運行優(yōu)化功能。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，能夠獲得高精度的負荷預測信息，形成相應的優(yōu)化命令，對負荷動態(tài)以及機組運行進行在線優(yōu)化控制。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下的技術方案:一種分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法，包括以下步驟:
[0007]SI，采集環(huán)境信息和機組實際運行數(shù)據(jù)，以獲得分布式能源站用戶的冷、熱負荷隨季節(jié)和時刻的變化規(guī)律，再根據(jù)所述變化規(guī)律和用戶蒸汽需求計劃，建立冷熱電負荷預測豐旲型；
[0008]S2，通過引入實時校驗因子和機組實際運行數(shù)據(jù)，在線優(yōu)化冷熱電負荷預測模型，逐時預測冷、熱、電負荷的動態(tài)需求；
[0009]S3，在滿足能源利用效率的前提下，以實現(xiàn)全廠經(jīng)濟效益最優(yōu)為目標，根據(jù)預測的冷、熱、電負荷的動態(tài)需求建立負荷動態(tài)優(yōu)化分配模型，輸出負荷動態(tài)優(yōu)化分配結果；
[0010]S4，基于全廠經(jīng)濟效益最優(yōu)，根據(jù)負荷動態(tài)優(yōu)化分配結果建立組合優(yōu)化模型，輸出機組運行優(yōu)化命令，對負荷實現(xiàn)方式進行優(yōu)化及調控。
[0011]前述的分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法中，所述環(huán)境信息包括當?shù)卮髿猸h(huán)境溫度、濕度信息；所述機組實際運行數(shù)據(jù)包括機組的負荷率和工作效率。
[0012]前述的分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法中，所述步驟SI中的冷負荷為空調冷負荷，熱負荷包括工業(yè)蒸汽負荷和空調熱負荷，所述冷熱電負荷預測模型通過以下步驟建立:S11，以當前時間為起點，收集近三年內的天氣預報信息(包括溫度、濕度等)，利用指數(shù)平滑算法獲得逐時天氣變化曲線，然后與當前天氣預報信息進行對比、修正，建立氣象預測模型，對未來三天內的天氣情況進行預測，計算未來一天的逐時天氣變化曲線；
[0013]S12，根據(jù)未來一天的逐時天氣變化曲線，統(tǒng)計能源站用戶不少于一年內的用能(冷、熱)數(shù)據(jù)，計算未來一天的冷、熱負荷隨季節(jié)和時刻的逐時變化曲線，再根據(jù)未來一天的冷、熱負荷隨季節(jié)和時刻的逐時變化曲線和用戶蒸汽需求計劃，建立冷熱電負荷預測模型。
[0014]天氣預報通常預測未來一周天氣情況，而針對分布式能源系統(tǒng)，主要考慮其實用性，選擇未來三天作為預測步長；因為太長則無實用價值，太短則對接下來的精確預報“未來一天”數(shù)據(jù)的支持不充分。計算和預報“未來一天”的逐時變化曲線是為了能提供給能源站運行人員第二天的機組開啟和運行計劃安排。
[0015]前述的分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法中，所述步驟S2中，所述實時校驗因子是通過即時數(shù)據(jù)在線修正所得的負荷預測值，所述即時數(shù)據(jù)包括分布式能源站向用戶提供空調冷、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)的運行優(yōu)化控制方法中，所述步驟S2中，所述冷、熱、電負荷的動態(tài)需求包括能源站用戶的未來負荷分布情況以及峰谷負荷的發(fā)生時刻和持續(xù)時間。
[0017]前述的分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法中，所述步驟S3中，負荷動態(tài)優(yōu)化分配模型根據(jù)預測得到的冷、熱、電負荷值，輸出負荷動態(tài)優(yōu)化分配結果，對分布式能源站各套機組須完成負荷數(shù)量進行調配；所述負荷動態(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用的相加和為目標函數(shù)，支出費用包括耗電費用、耗氣費用和運行維護費用；
[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)冷熱電產用平衡條件(能源系統(tǒng)尤其是電力系統(tǒng)具有即產即用的特點，能源站所提供的電、熱、冷產品必須要生產和使用(消納)相平衡)、機組容量限定條件和環(huán)境排放限制條件；
[0020]S33，通過計算，得出滿足約束條件下的目標函數(shù)最小時的解，從而獲得最優(yōu)的負荷動態(tài)優(yōu)化分配結果。
[0021]前述的分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制方法中，所述步驟S4中，根據(jù)負荷動態(tài)優(yōu)化分配結果獲得的每套機組所需完成的負荷，對單套機組內部所有可能的供能(冷、熱、電)方式進行組合優(yōu)化及相關參數(shù)的調節(jié)控制，滿足負荷供給；所述組合優(yōu)化模型按以下步驟建立:
[0022]S41，以機組支出費用的相加和為目標函數(shù)，機組支出費用包括機組的耗電費用和耗氣費用；
[0023]S42，約束條件包括冷熱電負荷滿足供應值條件、機組供能單元的容量調節(jié)上、下坡速率限定條件(機組在變工況、變負荷運行時，其容量或負荷調節(jié)的變化率即上、下坡速率不能太快，否則導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，損傷機組，因而一定要有速率限定)和工作區(qū)間限定條件；
[0024]S43，通過計算，得出滿足約束條件下的目標函數(shù)最小時的解，從而獲得最佳的組合方式。
[0025]一種實現(xiàn)前述方法的分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括:
[0026]信息采集模塊，用于采集環(huán)境信息和機組實際運行數(shù)據(jù)；
[0027]冷熱電負荷預測模型，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、熱負荷隨季節(jié)和時刻的變化規(guī)律，再根據(jù)所述變化規(guī)律和用戶蒸汽需求計劃，建立冷熱電負荷預測模型；
[0028]負荷預測優(yōu)化模塊，用于通過引入實時校驗因子和機組實際運行數(shù)據(jù)，在線優(yōu)化冷熱電負荷預測模型，逐時預測冷、熱、電負荷的動態(tài)需求；
[0029]負荷動態(tài)優(yōu)化分配模塊，用于在滿足能源利用效率的前提下，以實現(xiàn)全廠經(jīng)濟效益最優(yōu)為目標，根據(jù)預測的冷、熱、電負荷的動態(tài)需求建立負荷動態(tài)優(yōu)化分配模型，輸出負荷動態(tài)優(yōu)化分配結果；
[0030]負荷實現(xiàn)方式優(yōu)化調控模塊，用于基于全廠經(jīng)濟效益最優(yōu)，根據(jù)負荷動態(tài)優(yōu)化分配結果建立組合優(yōu)化模型，輸出機組運行優(yōu)化命令，對負荷實現(xiàn)方式進行優(yōu)化及調控。
[0031]前述的分布式能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制系統(tǒng)中，所述冷熱電負荷預測模型包括:
[0032]逐時天氣變化曲線計算模塊，用于以當前時間為起點，收集近三年內的天氣預報信息(包括溫度、濕度等)，利用指數(shù)平滑算法獲得逐時天氣變化曲線，然后與當前天氣預報信息進行對比、修正，建立氣象預測模型，對未來三天內的天氣情況進行預測，計算未來一天的逐時天氣變化曲線；
[0033]冷熱負荷逐時變化曲線計算模塊，根據(jù)未來一天的逐時天氣變化曲線，統(tǒng)計能源站用戶不少于一年內的用能(冷、熱)數(shù)據(jù)，計算未來一天的冷、熱負荷隨季節(jié)和時刻的逐時變化曲線。
[0034]與現(xiàn)有技術相比，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、電負荷為一定，能源站必須做到按量、及時供應，亦即負荷約束為定；此處所述“一定”意為“確定”而非“固定”，即每時每刻負荷需求為一確定值，這一確定值由本方法的冷熱電負荷預測模塊提供；“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)濟效益最佳；其控制策略為:首先進行廠級負荷優(yōu)化分配，而后進行負荷實現(xiàn)方式