一种分布式能源站全负荷调节方法及系统与流程

1.本发明涉及分布式能源技术领域，特别是涉及一种分布式能源站全负荷调节方法及系统。


背景技术：

2.分布式能源系统是集中式供能系统的有益补充，相对于集中式供能采用大容量设备、集中生产，然后输送给区域内用户；分布式能源系统则是直接面向用户，按用户的需求就地生产并供应能量，减少了能源输送过程损失和管网建设成本，具有运行灵活，启动快捷，排放低，能源利用率高等特点。
3.但是，由于负荷频繁波动，分布式能源站运行控制方法相对单一，对于供需变化的调节能力还比较粗放，使我国分布式能源站面临运行经济性较差，综合利用水平较低等问题。
4.现有分布式能源站主要存在如下两个典型问题：
5.(1)以内燃机为基础的分布式能源站负荷调节能力不足，现有能源站在低负荷运行时，普遍采用内燃机50％负荷以上持续运行方式，负荷调节范围小，由于供需不匹配，造成能源综合利用率低和经济性差等问题；
6.(2)现有分布式能源系统多能互补形式相对单一，尖峰负荷普遍采用尖峰锅炉或电制冷机组来满足，多能互补系统的集成相对单一，造成系统负荷调节能力弱，整体经济性较差。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种分布式能源站全负荷调节方法及系统。
8.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
9.一种分布式能源系统全负荷调节方法，包括：
10.建立分布式能源系统的设备模型和系统经济性模型，设备模型包括内燃机模块、能源生产模块和储能模块；
11.根据用户用能特点，获取分布式能源系统的历史运行数据，构建负荷预测基础模型；
12.通过负荷修正因素k1和负荷修正因素k2修正负荷预测基础模型，负荷修正因素k1为天气参数，负荷修正因素k2为用户自主申报生产计划；
13.根据分布式能源系统中的内燃机模块配置情况及内燃机稳定运行特性，将分布式能源系统负荷划分为三个负荷划分区间，分别为低负荷区间：0％～1/(2n)*100％、中等负荷区间：1/(2n)*100％～100％和尖峰负荷区间：100％～120％，n为所述内燃机模块中的内燃机数量；三个负荷划分区间分别设置不同的运行优化策略；
14.根据所述负荷预测基础模型的当前负荷预测结果，确定用户负荷所处的负荷划分
区间；
15.根据用户负荷所处的负荷划分区间，控制所述分布式能源系统的内燃机模块、能源生产模块和储能模块，以经济性最优为优化目标，执行对应所述负荷划分区间的运行优化策略。
16.优选地，三个负荷划分区间分别设置不同的运行优化策略包括如下步骤：
17.当用户负荷处于低负荷区间时，所述分布式能源系统中的内燃机模块停止运行，基于设备模型和系统经济性模型，以满足负荷需求的经济性最优为目标，制定所述能源生产模块和所述储能模块的运行方案并控制所述能源生产模块和所述储能模块按照运行方案运行；
18.当用户负荷处于中等负荷区间时，控制所述内燃机模块的内燃机50％负荷以上带载运行，同时，基于设备模型和系统经济性模型，对比当前负荷工况下，内燃机的燃料耗量、发电收益、供冷热收益以及所述能源生产模块和所述储能模块的综合功能效益，以满足负荷需求的经济性最优为目标，制定所述分布式能源系统中的所述内燃机模块、所述能源生产模块和所述储能模块的运行方案并控制所述内燃机模块、所述能源生产模块和所述储能模块按照运行方案运行；
19.当用户负荷处于尖峰负荷区间时，控制所述内燃机模块的内燃机100％全负荷运行，同时，控制所述能源生产模块和/或所述储能模块对不足部分补充运行，满足用户负荷需求。
20.优选地，用户负荷包括热能需求、冷能需求、电能需求中的一种或多种，所述能源生产模块生产热能、冷能和电能中的一种或多种；所述储能模块储存热能、冷能和电能中的一种或多种。
21.优选地，所述能源生产模块包括新能源单元、制热单元、制冷单元，所述新能源单元基于当前的运行方案输出热能和/或电能，所述制热单元基于当前的运行方案输出热能，所述制冷单元基于当前的运行方案输出冷能；
22.所述储能模块包括储电单元、储热单元和储冷单元，所述储电单元基于当前的运行方案储存或输出电能，所述储热单元基于当前的运行方案储存或输出热能，所述储冷单元基于当前的运行方案储存或输出冷能。
23.优选地，根据用户用能特点，获取分布式能源系统的历史运行数据，构建负荷预测基础模型的步骤包括如下步骤：
24.采用蒙特卡罗模拟法对用户负荷进行预测，构建负荷预测基础模型，具体方法如下，
25.1)建立包含天气情况、建筑类别、工业产品、生产计划的多维度影响因素的参数数据库；
26.2)建立描述用户负荷与若干影响因素之间的数学模型，对模型中的不确定参数进行加工分析，确定其分布及相应的特征值；
27.3)按照给定的概率分布生成大量的随机数；
28.4)将随机数作为随机变量的参数代入数学模型，求出用户负荷值，得到目标变量的概率分布及统计特征，从而预测多因素影响下的用户负荷的峰值特征及其概率分布。
29.优选地，通过通过负荷修正因素k1和负荷修正因素k2修正负荷预测基础模型的步
骤包括如下步骤：
30.1)根据实际天气情况和天气预报参数获得负荷修正因素k1，根据用户自主申报生产计划获得负荷修正因素k2；
31.2)使用负荷修正因素k1和负荷修正因素k2对负荷预测基础模型的影响因素进行修正，对特征参数中的天气情况参数和生产计划参数进行放大或者缩小；
32.3)获得修正的用户负荷峰值特征及其概率分布。
33.优选地，所述新能源单元基于当前的运行方案输出热能和/或电能的步骤包括如下步骤：
34.所述新能源单元包括光伏装置、光热装置、风电装置；
35.当用户负荷处于尖峰负荷区间时，控制所述内燃机模块的内燃机100％全负荷运行，同时，优先使用所述储能模块中的储电单元、储热单元和储冷单元进行调节，不足部分由所述能源生产模块中的新能源单元、制热单元、制冷单元进行补充；若新能源单元无法工作，则外购电力满足用户负荷中的电能需求，通过外购电力驱动制热单元、制冷单元满足用户负荷中的热能需求、冷能需求。
36.为实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：
37.一种分布式能源系统全负荷调节系统，包括：
38.分布式能源系统，包括内燃机模块、能源生产模块和储能模块；
39.用户负荷模块，与所述分布式能源系统连接；
40.系统建模模块，用于建立分布式能源系统的设备模型和系统经济性模型，
41.负荷预测模块，用于根据用户用能特点，获取分布式能源系统的历史运行数据，构建负荷预测基础模型；
42.修正模块，用于通过负荷修正因素k1和负荷修正因素k2修正负荷预测基础模型，负荷修正因素k1为天气参数，负荷修正因素k2为用户自主申报生产计划；
43.负荷划分模块，用于根据分布式能源系统中的内燃机模块配置情况及内燃机稳定运行特性，将分布式能源系统负荷划分为三个负荷划分区间，分别为低负荷区间：0％～1/(2n)*100％、中等负荷区间：1/(2n)*100％～100％和尖峰负荷区间：100％～120％，n为所述内燃机模块中的内燃机数量；三个负荷划分区间分别设置不同的运行优化策略；
44.全负荷优化模块，分别与所述分布式能源系统和所述用户负荷模块，所述用于根据所述负荷预测基础模型的当前负荷预测结果，确定用户负荷所处的负荷划分区间，同时控制所述分布式能源系统的内燃机模块、能源生产模块和储能模块，以经济性最优为优化目标，执行对应所述负荷划分区间的运行优化策略。
45.优选地，所述用户负荷包括热能需求、冷能需求、电能需求中的一种或多种，所述能源生产模块用于生产热能、冷能和电能中的一种或多种；所述储能模块用于储存热能、冷能和电能中的一种或多种。
46.优选地，所述能源生产模块包括新能源单元、制热单元、制冷单元，所述储能模块包括储电单元、储热单元和储冷单元，所述制冷单元与所述储冷单元连接，所述制热单元与所述储热单元连接，所述新能源单元与所述储电单元、储热单元和储冷单元中的一者或多者连接；
47.所述新能源单元用于基于当前的运行方案输出热能和/或电能，所述制热单元用
于基于当前的运行方案输出热能，所述制冷单元用于基于当前的运行方案输出冷能；
48.所述储电单元用于基于当前的运行方案储存或输出电能，所述储热单元用于基于当前的运行方案储存或输出热能，所述储冷单元用于基于当前的运行方案储存或输出冷能。。
49.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
50.上述技术方案中所提供的分布式能源系统全负荷调节方法及系统，对分布式能源系统的负荷进行划分，分为低负荷区间、中等负荷区间和尖峰负荷区间并分别制定对应的不同的运行优化策略，而后根据对用户负荷的预测，判断当前的用户负荷落入某个负荷区间中，从而控制内燃机模块、能源生产模块和储能模块以经济性最优为优化目标，执行对应所述负荷划分区间的运行优化策略，满足用户负荷需求，实现分布式能源系统在0-120％负荷范围内稳定调节，提高分布式能源系统的稳定性和运行经济性。
附图说明
51.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
52.图1为本发明的一种实施方式中提供的分布式能源系统全负荷调节系统的示意图。
53.图2为本发明的一种实施方式中提供的分布式能源系统全负荷调节方法的流程框图。
具体实施方式
54.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
56.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
58.本发明提出一种分布式能源系统全负荷调节方法，如附图2所示，步骤1，建立分布式能源系统的设备模型和系统经济性模型，设备模型包括内燃机模块、能源生产模块和储
能模块；系统经济性模型是指满足负荷需求的最低成本，包括燃气费用，购电费用等成本最低。当然，在分布式能源系统还包括其他设备时，系统建模是需包含其他设备的模型。
59.步骤2，根据用户用能特点，获取分布式能源系统的历史运行数据，构建负荷预测基础模型；通过天气参数(负荷修正因素k1)、用户自主申报生产计划(负荷修正因素k2)修正负荷预测基础模型；
60.步骤3,根据分布式能源系统中的内燃机模块配置情况及内燃机稳定运行特性，将分布式能源系统负荷划分为三个负荷划分区间，分别为低负荷区间：0％～1/(2n)*100％、中等负荷区间：1/(2n)*100％～100％和尖峰负荷区间：100％～120％，n为内燃机模块中的内燃机数量；三个负荷划分区间分别设置不同的运行优化策略。
61.现有技术中，内燃机模块的内燃机运行负荷需要在50％负荷以上才能稳定运行，对于单机组运行的内燃机负荷调节范围为50％～100％，双机组运行的内燃机负荷调节范围为25％-100％，内燃机数量越多，分布式能源系统的负荷调节范围越大，因此，本发明实施例将低负荷区间和中等负荷区间划分在1/(2n)*100％。
62.步骤4，根据负荷预测基础模型的当前负荷预测结果，确定用户负荷所处的负荷划分区间，根据用户负荷所处的负荷划分区间，控制分布式能源系统的内燃机模块、能源生产模块和储能模块，以经济性最优为优化目标，执行对应负荷划分区间的运行优化策略。
63.本发明对分布式能源系统的负荷进行预先划分，分为低负荷区间、中等负荷区间和尖峰负荷区间，并且对每个负荷划分区间都预先制定了运行优化策略，而后基于对用户负荷的预测，可以提早调整分布式能源系统的运行方案，实现分布式能源系统在0-120％负荷范围内稳定调节，提高分布式能源系统的稳定性和运行经济性。
64.优选地，三个负荷划分区间分别设置不同的运行优化策略如下：
65.当用户负荷处于低负荷区间时，分布式能源系统中的内燃机模块停止运行，基于设备模型和系统经济性模型，以满足负荷需求的经济性最优为目标，制定能源生产模块和储能模块的运行方案并控制能源生产模块和储能模块按照运行方案运行；
66.以春、秋季低冷热负荷为例说明：低负荷运行时，内燃机停止运行，系统无燃气消耗；使用电锅炉加热、蓄热罐来满足区域热负荷供应；使用电制冷机制冷，蓄冷罐来满足区域冷负荷供应；以新能源电力、电储能和外购电力成本最低为目标进行综合供能。
67.当用户负荷处于中等负荷区间时，控制内燃机模块的内燃机50％负荷以上带载运行，同时，基于设备模型和系统经济性模型，对比当前负荷工况下，内燃机的燃料耗量、发电收益、供冷热收益以及能源生产模块和储能模块的综合功能效益，以满足负荷需求的经济性最优为目标，制定分布式能源系统中的内燃机模块、能源生产模块和储能模块的运行方案并控制内燃机模块、能源生产模块和储能模块按照运行方案运行。
68.以夏季高冷负荷为例说明：该工况下内燃机50％以上负荷运行，使用烟气溴化锂产生冷冻水、电制冷机制冷、蓄冷罐满足区域冷负荷供应；内燃机余热、电锅炉加热、蓄热罐满足区域热负荷供应；以燃气成本、新能源电力、电储能和外购电力成本最低为目标进行综合供能。
69.当用户负荷处于尖峰负荷区间时，控制内燃机模块的内燃机100％全负荷运行，同时，控制能源生产模块和储能模块对不足部分补充运行，满足用户负荷需求。
70.以夏季尖峰冷负荷为例说明：该工况下内燃机100％负荷运行，剩余不足负荷使用
电制冷机制冷、蓄冷罐满足区域尖峰冷负荷供应；使用电锅炉加热、蓄热罐来满足区域尖峰热负荷供应；以新能源电力、电储能和外购电力成本最低为目标进行综合供能。
71.本发明实施例中的用户负荷包括热能需求、冷能需求、电能需求中的一种或多种，能源生产模块生产热能、冷能和电能中的一种或多种；储能模块储存热能、冷能和电能中的一种或多种。以用户负荷包括热能需求、冷能需求和电能需求为例，能源生产模块可生产热能、冷能和电能，储能模块可储存并对用户侧输出热能、冷能和电能。能源生产模块与储能模块和用户侧连接，当用户侧的负荷较低时，能源生产模块可将热能、冷能和电能输送至储能模块中储存，当用户侧的负荷较高时，能源生产模块和储能模块可同时对用户侧输送热能、冷能和电能。
72.优选地，能源生产模块包括新能源单元、制热单元、制冷单元，新能源单元基于当前的运行方案输出热能和/或电能，制热单元基于当前的运行方案输出热能，制冷单元基于当前的运行方案输出冷能。新能源单元包括光伏装置、光热装置、风电装置等新能源供能装置，制热单元可包括电锅炉、烟气热水溴化锂机组的制热模块、换热器组等通过电或高温烟气制热的装置，制冷单元可包括电制冷机、烟气热水溴化锂机组的制冷模块等通过电或高温烟气制冷的装置。内燃机模块主要用于燃烧燃料产生电能和高温烟气。
73.储能模块包括储电单元、储热单元和储冷单元，储电单元为蓄电池组，储热单元为蓄热罐，储冷单元为蓄冷罐，储电单元基于当前的运行方案储存或输出电能，储热单元基于当前的运行方案储存或输出热能，储冷单元基于当前的运行方案储存或输出冷能。
74.优选地，本发明实施例中，新能源单元基于当前的运行方案输出热能和/或电能的步骤包括如下步骤：
75.新能源单元包括光伏装置、光热装置、风电装置；新能源单元的能量供应存在间歇性和波动性，因此本发明实施例通过储能单元与新能源单元配合适合，来平抑新能源单元的波动问题。
76.具体的，当用户负荷处于尖峰负荷区间时，控制内燃机模块的内燃机100％全负荷运行，同时，优先使用储能模块中的储电单元、储热单元和储冷单元进行调节，不足部分由能源生产模块中的新能源单元、制热单元、制冷单元进行补充；若新能源单元无法工作，则外购电力满足用户负荷中的电能需求，通过外购电力驱动制热单元、制冷单元满足用户负荷中的热能需求、冷能需求。
77.根据用户用能特点，获取分布式能源系统的历史运行数据，构建负荷预测基础模型的方法可为现有技术，可采用现有的负荷预测算法对用户负荷进行预测，本发明实施例采用蒙特卡罗模拟法对用户负荷进行预测，构建负荷预测基础模型，具体方法如下：
78.1)建立包含天气情况、建筑类别、工业产品、生产计划的多维度影响因素的参数数据库；其中，建筑类别包括建筑的功能定位、容积率、总建筑面积、建筑高度等参数已确定，在规划阶段简化建筑内部空间布局将同类型建筑看成一个整体；工业产品为产生冷热电负荷的电器或设备。
79.2)建立描述用户负荷与若干影响因素之间的数学模型，对模型中的不确定参数进行加工分析，确定其分布及相应的特征值；数学模型的输入参数包括确定性参数和随机变量，确定性参数主要包括分布式能源系统区域内的建筑面积、限高、层高、底边长、全年室外空气温度和焓值、热水温度等参数；随机变量为天气情况，包括室外温度、晴、雨、雪等，根据
经验和历史数据，求出随机变量的概率分布。
80.3)按照给定的概率分布生成大量的随机数；
81.4)将随机数作为随机变量的参数代入数学模型，求出用户负荷值，而后经过大量的模拟计算，得到目标变量的概率分布及统计特征，从而预测多因素影响下的用户负荷的峰值特征及其概率分布。
82.天气参数(负荷修正因素k1)和用户自主申报生产计划(负荷修正因素k2)对用户负荷的影响较大，因此，本发明实施例还包括如下步骤：
83.1)根据实际天气情况和天气预报参数获得负荷修正因素k1，根据用户自主申报生产计划获得负荷修正因素k2；
84.2)使用负荷修正因素k1和负荷修正因素k2对负荷预测基础模型的影响因素进行修正，对特征参数中的天气情况参数和生产计划参数进行放大或者缩小；
85.3)获得修正的用户负荷峰值特征及其概率分布，
86.如附图1所示，本发明实施例还提出一种分布式能源系统全负荷调节系统，包括
87.分布式能源系统10，包括内燃机模块11、能源生产模块12和储能模块13，内燃机模块11用于生产电能和高温烟气，能源生产模块12可用于生产部分电能、热能和冷能，在能源生产模块12的生产力足够，且用户负荷较低时，可使用储能模块13将电能、热能和冷能储存起来；
88.用户负荷模块20，与分布式能源系统10连接，对分布式能源系统10发布负荷需求；
89.系统建模模块31，用于建立分布式能源系统10的设备模型和系统经济性模型，
90.负荷预测模块32，用于根据用户用能特点，获取分布式能源系统10能源负荷的历史运行数据，构建负荷预测基础模型；
91.修正模块33，用于通过天气参数(负荷修正因素k1)、用户自主申报生产计划(负荷修正因素k2)修正负荷预测基础模型，天气参数为当前的天气情况；
92.负荷划分模块34，用于根据分布式能源系统10中的内燃机模块11配置情况及内燃机稳定运行特性，将分布式能源系统10的负荷划分为三个负荷划分区间，分别为低负荷区间：0％～1/(2n)*100％、中等负荷区间：1/(2n)*100％～100％和尖峰负荷区间：100％～120％，n为内燃机模块11中的内燃机数量，现有技术中，内燃机模块的内燃机运行负荷需要在50％负荷以上才能稳定运行，对于单机组运行的内燃机负荷调节范围为50％～100％，双机组运行的内燃机负荷调节范围为25％-100％，内燃机数量越多，分布式能源系统10的负荷调节范围越大，因此，本发明实施例将低负荷区间和中等负荷区间划分在1/(2n)*100％；三个负荷划分区间分别设置不同的运行优化策略；
93.全负荷优化模块30，分别与分布式能源系统10和用户负荷模块20，用于根据负荷预测基础模型的当前负荷预测结果，确定用户负荷所处的负荷划分区间，同时控制分布式能源系统10的内燃机模块11、能源生产模块12和储能模块13，以经济性最优为优化目标，执行对应负荷划分区间的运行优化策略。
94.优选地，用户负荷包括热能需求、冷能需求、电能需求中的一种或多种，能源生产模块12用于生产热能、冷能和电能中的一种或多种；储能模块13用于储存热能、冷能和电能中的一种或多种。以用户负荷包括热能需求、冷能需求和电能需求为例，能源生产模块12可生产热能、冷能和电能，储能模块13可储存并对用户侧输出热能、冷能和电能。能源生产模
块12与储能模块13和用户侧连接，当用户侧的负荷较低时，能源生产模块可将热能、冷能和电能输送至储能模块中储存，当用户侧的负荷较高时，能源生产模块和储能模块可同时对用户侧输送热能、冷能和电能。
95.优选地，能源生产模块12包括新能源单元、制热单元、制冷单元，储能模块13包括储电单元、储热单元和储冷单元，制冷单元与储冷单元连接，制热单元与储热单元连接，新能源单元与储电单元、储热单元和储冷单元中的一者或多者连接；
96.新能源单元用于基于当前的运行方案输出热能和/或电能，制热单元用于基于当前的运行方案输出热能，制冷单元用于基于当前的运行方案输出冷能；
97.储电单元用于基于当前的运行方案储存或输出电能，储热单元用于基于当前的运行方案储存或输出热能，储冷单元用于基于当前的运行方案储存或输出冷能。
98.新能源单元包括光伏装置、光热装置、风电装置等新能源供能装置，制热单元可包括电锅炉、烟气热水溴化锂机组的制热模块、换热器组等通过电或高温烟气制热的装置，制冷单元可包括电制冷机、烟气热水溴化锂机组的制冷模块等通过电或高温烟气制冷的装置。内燃机模块主要用于燃烧燃料产生电能和高温烟气。储电单元为蓄电池组，储热单元为蓄热罐，储冷单元为蓄冷罐。
99.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。