一种区域能源站的开关机控制优化方法和系统与流程

本发明涉及冷热电三联供系统领域，具体涉及一种区域能源站的开关机控制优化方法和系统。

背景技术：

1、区域能源站是指采用集中能源站的形式向区域内的多个建筑输送冷量、热量、生活热水及电力的系统。一般而言，能源站系统会由冷热电三联供系统、热泵系统、电制冷系统、锅炉系统等组成。其中冷热电三联供系统利用天然气等燃料通过燃气轮机、内燃机等设备燃烧发电，回收发电过程中产生的余热，利用余热产生冷或热能来满足用户的负荷需求，是一种将发电、制冷和供热集中为一体的高效供能系统。现有系统一般采取人工方式进行开关机，会存在如下问题：

2、1、当用能负荷（冷、热、电）估计不足时，开启的供能设备过少，会导致供能保障率不高，影响终端用户使用。

3、2、当用能负荷估计过高时，开启的供能设备过多，造成能源浪费。

4、3、开启供能设备时，可能会开启效率较低的设备，造成设备耗能增加。

5、本发明为了解决上述问题，提出一种区域能源站的开关机控制优化方法和系统，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种区域能源站的开关机控制优化方法，该方法应用于工业控制计算机，通过本发明的方法可以根据用能负荷进行机组的匹配运行，提高供能保障和降低能源浪费，该方法包括：

2、获取区域能源站的历史负荷数据，以日为范围，统计每个小时的所述历史负荷数据；

3、设定当前时刻之前区域能源站中不同类型设备的负荷权重系数；该系数用于表示当前时刻之前预定时长的不同类型设备对应负荷的占比情况；所述不同类型设备至少包括：三联供机组、热泵机组、电制冷机组和燃气锅炉机组；

4、分别采集所述三联供机组、热泵机组、电制冷机组和燃气锅炉机组运行数据；

5、以小时为单位，根据历史负荷数据与查询出的当前时刻之前预定时长的不同类型设备的负荷权重系数计算未来24小时的对应负荷；

6、基于所述三联供机组、热泵机组、电制冷机组和燃气锅炉机组的未来24小时的对应负荷，分别生成三联供机组未来24小时的发电开关机计划，热泵机组、电制冷机组未来24小时的供冷开关机计划和燃气锅炉机组未来24小时的供热开关机计划；

7、所述预定时长为7天，所述负荷权重系数根据所述预定时长的标准化处理后，在预定时长的条件下满足如下公式：

8、；

9、其中表示当前日之前第i天的负荷权重系数，i为整数，取值范围为1至7；

10、所述负荷权重系数是通过历史负荷数据与开关机损失函数结合实现的，通过如下公式表示：

11、；

12、其中，x1，x2，...，xm表示m个历史负荷数据，w1，w2，...，wm表示这m个历史负荷数据对应的权重；

13、，，…表示高斯核函数的带宽；d表示某一机组的发热量或制冷量；表示d值对应的开关机损失，γ是损失函数的系数；开关机损失函数中损失随着投运量的增加而增加，β表示开关机损失的权重；s1，s2，...，sn表示n台发电机组或制冷机组的状态，1表示投运，-1表示停运；δ1，δ2，...，δn表示对应机组的停运损失权重，停运损失权重越大，说明该机组效率越高，停运损失越大；

14、以小时为单位，根据历史负荷数据与查询出的当前时刻之前预定时长的不同类型设备的负荷权重系数计算未来24小时的负荷，具体包括：根据如下公式计算所述未来24小时的负荷：

15、；

16、其中g为1至24，表示未来24小时，表示当前日之前第i天的负荷权重系数，i为整数，取值范围为1至7；表示当前日之前i天的第g小时的负荷；表示未来第g小时的负荷；

17、不同类型设备对应负荷至少包括：电负荷、冷负荷和热负荷。

18、特别地，采集所述三联供机组的运行数据包括：建立三联供机组知识表并获取三联供机组的运行记录，根据其运行记录统计出近期机组每小时的燃气量、发电量、制冷量、制热量以及单位燃气量的发电量；

19、采集所述热泵机组的运行数据包括：建立热泵机组知识表并获取热泵机组的运行记录，根据其运行记录统计出近期机组每小时制冷量、耗电量以及单位耗电量的制冷量；

20、采集所述电制冷机组的运行数据包括：建立电制冷机组知识表并获取电制冷机组的运行记录，根据其运行记录统计出近期机组每小时制冷量、耗电量以及单位耗电量的制冷量；

21、采集所述燃气锅炉机组的运行数据包括：建立燃气锅炉机组知识表并获取燃气锅炉机组的运行记录，根据其运行记录统计出近期机组每小时燃气量、制热量以及单位燃气量的制热量。

22、特别地，对于所述三联供机组，其对应的负荷为未来24小时的电负荷，根据所述未来24小时的电负荷生成所述三联供机组未来24小时的发电开关机计划包括：将所述三联供机组按照单位燃气量的发电量从高到低进行排序组合，获取未来第1小时的电负荷，循环遍历前面的排序组合，进行机组的小时发电量累加计算，当累加的结果大于电负荷或者遍历完排序组合时结束循环遍历，进行过累加计算的机组设置为投运状态，未进行过累加计算的机组设置为停运状态；然后依次进行未来2小时到24小时的遍历计算，最后得出每小时的机组投运情况；

23、对于所述热泵机组、电制冷机组，其对应的负荷为未来24小时的冷负荷，根据所述未来24小时的冷负荷生成所述热泵机组、电制冷机组未来24小时的供冷开关机计划包括：将热泵机组、电制冷机组按照单位耗电量的制冷量从高到低进行排序组合，获取未来第1小时的冷负荷，循环遍历前面的排序组合，进行机组的小时制冷量累加计算，当累加的结果大于冷负荷或者遍历完排序组合时结束循环遍历，进行过累加计算的机组设置为投运状态，未进行过累加计算的机组设置为停运状态；然后依次进行未来2小时到24小时的遍历计算，最后得出每小时的机组投运情况；

24、对于所述燃气锅炉机组，其对应的负荷为未来24小时的热负荷，根据所述未来24小时的热负荷生成所述燃气锅炉机组未来24小时的供热开关机计划包括：将燃气锅炉机组按照单位燃气量的制热量从高到低进行排序组合；获取未来第1小时的热负荷，循环遍历前面的排序组合，进行机组的小时制热量累加计算；当累加的结果大于热负荷或者遍历完排序组合时结束循环遍历，进行过累加计算的机组设置为投运状态，未进行过累加计算的机组设置为停运状态；然后依次进行未来2小时到24小时的遍历计算，最后得出每小时的机组投运情况。

25、特别地，根据所述未来24小时的冷负荷生成所述热泵机组、电制冷机组未来24小时的供冷开关机计划时，若检测到未来某个小时的三联供机组有投运情况，则冷负荷需要减去所有投运三联供机组的所述某个小时的制冷量的累加值；

26、根据所述未来24小时的热负荷生成所述燃气锅炉机组未来24小时的供热开关机计划时，若检测到未来某个小时的三联供机组有投运情况，则热负荷需要减去所有投运三联供机组的所述某个小时的制热量的累加值。

27、本发明还公开了一种区域能源站的开关机控制优化系统，包括依次通信连接的历史负荷统计模块、负荷权重系数设定模块、机组运行数据采集模块、未来负荷计算模块和开关机计划生成模块；

28、所述历史负荷统计模块，用于获取区域能源站的历史负荷数据，以日为范围，统计每个小时的所述历史负荷数据；

29、所述负荷权重系数设定模块，用于设定当前时刻之前区域能源站中不同类型设备的负荷权重系数；该系数用于表示当前时刻之前预定时长的不同类型设备对应负荷的占比情况；所述不同类型设备至少包括：三联供机组、热泵机组、电制冷机组和燃气锅炉机组；

30、所述机组运行数据采集模块，用于分别采集所述三联供机组、热泵机组、电制冷机组和燃气锅炉机组运行数据；

31、所述未来负荷计算模块，用于以小时为单位，根据历史负荷数据与查询出的当前时刻之前预定时长的不同类型设备的负荷权重系数计算未来24小时的对应负荷；

32、所述开关机计划生成模块，用于基于所述三联供机组、热泵机组、电制冷机组和燃气锅炉机组的未来24小时的对应负荷，分别生成三联供机组未来24小时的发电开关机计划，热泵机组、电制冷机组未来24小时的供冷开关机计划和燃气锅炉机组未来24小时的供热开关机计划；

33、所述负荷权重系数设定模块中，所述预定时长为7天，所述负荷权重系数根据所述预定时长的标准化处理后，在预定时长的条件下满足如下公式：

34、；

35、其中表示当前日之前第i天的负荷权重系数，i为整数，取值范围为1至7；

36、所述负荷权重系数是通过历史负荷数据与开关机损失函数结合实现的，通过如下公式表示：

37、；

38、其中，x1，x2，...，xm表示m个历史负荷数据，w1，w2，...，wm表示这m个历史负荷数据对应的权重；

39、，，…表示高斯核函数的带宽；d表示某一机组的发热量或制冷量；表示d值对应的开关机损失，γ是损失函数的系数；开关机损失函数中损失随着投运量的增加而增加，β表示开关机损失的权重；s1，s2，...，sn表示n台发电机组或制冷机组的状态，1表示投运，-1表示停运；δ1，δ2，...，δn表示对应机组的停运损失权重，停运损失权重越大，说明该机组效率越高，停运损失越大；

40、所述未来负荷计算模块中，以小时为单位，根据历史负荷数据与查询出的当前时刻之前预定时长的不同类型设备的负荷权重系数计算未来24小时的负荷，具体包括：根据如下公式计算所述未来24小时的负荷：

41、；

42、其中g为1至24，表示未来24小时，表示当前日之前第i天的负荷权重系数，i为整数，取值范围为1至7；表示当前日之前i天的第g小时的负荷；表示未来第g小时的负荷；

43、不同类型设备对应负荷至少包括：电负荷、冷负荷和热负荷。

44、有益效果：

45、1. 采用负荷权重系数来预测未来负荷,具有一定预测精度，利用之前7天负荷数据,基于历史负荷模式生成未来电负荷、冷负荷和热负荷。

46、2. 利用各种机组的数据,生成24小时开关机计划，按单位效率将机组排序,根据负荷大小逐个累加选定满足需求的机组。以提高能效和节约资源。

47、3. 对机组记录运行数据,并统计出知识表。持续收集数据,有利于不断提高负荷预测和机组调度的精度。

48、4. 采用经济调度思想,减少总的开关机损失。按损失权重和停运权重选定最优的投运机组组合。

49、5. 定期更新负荷权重系数和开关机权重,以迎合负荷模式改变。持续改进机组调度和负荷预测模型,以应对不断变化的实际情况。

50、总的来说,该方案通过不同模型和算法,实现负荷预测与机组调度优化。采用数据驱动的方法,不断改进并优化。负荷预测的需求更准确，机组开关机计划更经济高效，系统的能效和节约得到提高。