一种调节供电和热水的热电调度系统，包括水源热泵、太阳能发电机组、空调器热泵、电能表、散热器、耗热计量表及采集所述电能表检测的耗电数据及耗热计量表检测的采暖耗热数据的第一和二远程集中控制器、通过第一和第二程集中控制器控制所述水源热泵、太阳能发电机组、空调器热泵及散热器运行的调度控制装置。本发明通过采集用户至热源的管道距离，利用该管道距离合理将供电出力和热水出力进行调度，将太阳能的发电出力预测值与发电出力的实际值相接近，避免浪费燃料资源，同时使得调度更加的及时、准确。
1.一种热电联合调度系统，其特征在于，包括：供给侧设备、检测及控制设备和多个用户侧设备；
供给侧设备包括：用于提供热水的水源热泵(A)和发电的太阳能发电机组(B)，水源热泵由太阳能发电机组供电；
每个用户侧设备包括：由上述机组发出的电力驱动的热泵装置(108)；由上述水源热泵提供热水的采暖散热器(110)；非采暖的耗电装置；
远程集中控制器，采集一段时间内的以下数据：所述水源热泵的供暖热出力量和耗电量；非采暖的耗电装置的耗电量；太阳能发电机组的发电出力；热水消耗数据即耗热量；用户与热源即水源热泵之间的距离；
综合调度控制装置(115)，根据上述距离，计算下一时段由于减少热水供应导致的采暖散热器中的热水供应不足的热量，该供应不足的热量用所述热泵装置的发热量来补充，即热泵装置耗电发热；根据水源热泵和热泵装置的耗电量，计算下一时段太阳能发电机组的等效发电功率，使该等效发电功率与太阳能发电机组发出的目标电力相接近，从而得到水源热泵的热能控制信号、耗电量信号及热泵装置用电量控制信号和供热量信号；
远程集中控制器根据水源热泵的热能控制信号、耗电量信号，控制水源热泵的供暖热出力量和耗电量；并根据热泵装置用电量控制信号和供热量信号分别控制热泵供暖量和关闭散热器量。
2.根据权利要求1所述的一种热电联合调度系统，其特征在于：计算热水供应不足的热量时，还要根据热水发热的热惯性时间计算。
3.根据权利要求1或2所述的一种热电联合调度系统，其特征在于：所述热泵装置为空调。
4.根据权利要求1或2所述的一种热电联合调度系统，其特征在于：所述远程集中控制器包括第一和第二远程集中控制器，分别采集供给侧设备和用户侧设备的信息并向其发出控制信号；综合调度控制装置（115）对上述采集的信息进行运算和控制。
5.根据权利要求1或2所述的一种热电联合调度系统，其特征在于，所述检测及控制设备还包括：控制所述热泵装置的发热量的遥控开关(117)；用于检测所述采暖散热器(110)热水消耗的数据的消耗计量表(111)；控制采暖散热器(110)的流水阀门遥控开关(116)；
6.根据权利要求5所述的一种热电联合调度系统，其特征在于，所述水源热泵的控制执行装置（118）包括调度控制信号收发编码存储器（302）、驱动电路（303）及控制装置（304），所述调度控制信号经调度控制信号收发编码存储器解码以后生成调度控制指令，经过驱动电路输出的信号触发控制装置，控制装置再控制水源热泵的阀门动作。
7.根据权利要求1所述的一种热电联合调度系统，其特征在于，综合调度控制装置（115）通过电力光纤（120）与云计算计算服务系统（917）连接，对采集的数据进行云计算。
8.一种根据权利要求4至8任一项所述调度系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：i.测量
a）水源热泵耗电量PWSHP和供热量HWSHPb）0～M号太阳能发电机组以前各时段的发电出力 j=0～M；
a）0～N个用户距机组的管道距离Si，i=0～N；
以ΔT为采样周期，采集0～T时间段内以下数据：b）0～N个用户以前各时段的耗热功率Hi(t)；
（2）根据（1）中计算出的 预测未来一段时间T～2T的太阳能出力功率PPV(t)；
（3）用户分组：计算每个用户到机组的等效距离 将相同的si的用户分为同一组，计为第l组，l=si，总计为L组，L为自然数；v为热水在管道中的流速，ΔT为单位调节时间即上述采样周期，Ti代表用户输入的热惯性时间；
（4）对（3）中分得的L组，分别求出各组所有用户的总采暖负荷功率Hload(l)，和空调热泵装机总容量PEHP(l)：Hload(l)=∑Hi(t,l)；Hi(t,l)为第l组用户i在t时刻的采暖负荷；
pPV(t)为调节后的等效太阳能发电出力， 为太阳能发电出力的目标值；其中：pPV(t)=PPV(t)+(PWSHP-pWSHP(t))-pEHPs(t)； （2）其中，pWSHP(t)是调节后的水源热泵的耗电量，pEHPs(t)是t时所有用户耗电功率；
空调热泵用电供暖代替热水供暖出力的不足是方法的核心，如果Δh(t)表示第t时段热水供暖不足的功率，则，其表达式为：Δh(t)=｜HWSHP-hWSHP(t)｜ （3）其中，hWSHP(t)是调节后水源热泵供暖热出力功率；
第t时段热水供给不足将由0～L用户组的空调热泵分别在t～t+L时段通过用电来补偿，具体公式为：hEHP(t+l,l)为t+l时刻第l组用户空调热泵的供暖功率之和；hEHP(t,l)为t时刻第l组用户空调热泵的供热量功率之和；t+l≤T；
式（4）中hEHP(t,l)可以取0，一方面，hEHP(t,l)取0时所对应的时段并不是所有用户组都参与补偿；另一方面，如果超过了规定的总调度时间，热水供给不足仍未影响到处于远端的用户组，那么这些用户组也将不参与补偿；
0≤hWSHP(t)≤HWSHP （5）水源热泵热电比约束：
hWSHP(t)=COPWSHP·pWSHP(t) （6）其中，HWSHP为水源热泵额定热容量；COPWSHP为水源热泵性能系数；hWSHP(t)为水源热泵t时段的热出力；pWSHP(t)为水源热泵t时段的耗电功率；
hEHP(t,l)=COP·pEHP(t,l) （7）空调热泵出力上限：
0≤pEHP(t,l)≤min(PEHP(l),Hload(l)/COP) （8）其中，PEHP(l)为第l组用户的空调热泵容量之和；Hload(l)为第l组用户的采暖负荷功率；COP分散式空调热泵热电比系数；
空调热泵耗电供热既可以补偿热水供暖的不足，也可以增加电力低谷时段的负荷；各时段所有用户组的空调热泵耗电量之和：其中pEHP(t,l)是t时第l组用户空调热泵的耗电功率；
将步骤i）中直接采集的PWSHP，HWSHP；步骤ii）中计算变量PPV(t)，Hload(l)，PEHP(l)代入公式(1)～(9)中并进行联合求解，在目标函数Δp为最小值时，求得优化后所得执行变量：水源热泵的耗电功率pWSHP(t)和热出力hWSHP(t)、用户不同时刻空调热泵耗电量pEHP(t,l)和供热量hEHP(t,l)；
根据iii的优化后所得执行变量，将变量信号发送至供给侧和用户，执行具体动作，如下：根据水源热泵的耗电功率pWSHP(t)或热出力hWSHP(t)信号，控制水源热泵在未来调节时间内各时段的动作；
根据用户不同时刻空调热泵耗电量pEHP(t,l)和供热量hEHP(t,l)，控制用户侧不同距离用户使用空调热泵供暖量，以及关闭散热器量。
利用太阳能发电的水源热泵热电联合调度系统及调度方法
技术领域
[0001] 本发明涉及城市综合能源供应系统，尤其涉及一种利用对采暖冷负荷的调度实现电力系统最优化控制的方法。
背景技术
[0002] 可再生能源具有绿色清洁的特点，近些年发展迅速。但以太阳能发电为例，太阳能发电在提供清洁低碳能源的同时，太阳能电场的大规模并网也给电网安全经济运行带来了不利影响。传统的调度问题是基于准确的负荷预测进行的。而太阳能受到气候、地域以及温度等多种自然因素的影响具有间歇性和随机波动性，太阳能发电功率预测的难度较负荷预测要大得多。虽然目前国内外学者们已经对太阳能预测做了大量的相关研究工作，但是太阳能电场出力的预测水平在很大程度上仍然无法满足工程实际的要求，这给电力系统的调度工作带来了相当大的困难。
[0003] 水源热泵产出采暖热水，由于输送距离及热水流速的限制，送达用户具有一定的距离，而产出的电力则可以瞬间到达用户；现有技术中，没有根据水源热泵与采暖用户之间的距离，合理对水源热泵进行调度控制的系统及方法，使得调度更加的及时、准确，避免浪费能源。
发明内容
[0004] 本发明的目的是建立一种热电调度系统及其调度方法，利用太阳能发出的电量驱动水源热泵，使之产出热水。太阳能的等效发电功率，使该等效发电功率与太阳能发电机组发出的实际电力相接近。当需要降低热水供应量时，使用机组的发电量，将其转换为热量，补充由于降低热水供应量导致的供热不足。该系统根据水源热泵与采暖用户之间的距离，合理对水源热泵的发电量和出热量，以及空调热泵用户的耗电量和供热量进行控制，调节在用电高峰和低谷时的能耗。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种热电联合调度系统，包括：供给侧设备、检测及控制设备和多个用户侧设备；供给侧设备包括：用于提供热水的水源热泵和发电的太阳能发电机组，水源热泵由太阳能发电机组供电；每个用户侧设备包括：由上述机组发出的电力驱动的热泵装置；由上述水源热泵提供热水的采暖散热器；非采暖的耗电装置；检测及控制设备包括：远程集中控制器，采集一段时间内的以下数据：所述水源热泵的供暖热出力量和耗电量；非采暖的耗电装置的耗电量；太阳能的发电出力；热水消耗数据即耗热量；用户与热源即水源热泵之间的距离；综合调度控制装置，根据上述距离，计算下一时段由于减少热水供应导致的采暖散热器中的热水供应不足的热量，该供应不足的热量用所述热泵装置的发热量来补充，即热泵装置耗电发热；根据水源热泵和热泵装置的耗电量，计算下一时段太阳能的等效发电功率，使该等效发电功率与太阳能发电机组发出的目标电力相接近，从而得到水源热泵的热能控制信号、耗电量信号及热泵装置用电量控制信号和供热量信号；远程集中控制器根据水源热泵的热能控制信号、耗电量信号，控制水源热泵的供暖热出力量和耗电量；并根据热泵装置用电量控制信号和供热量信号分别控制热泵供暖量和关闭散热器量。
[0007] 计算热水供应不足的热量时，还要根据热水发热的热惯性时间计算。所述热泵装置为空调。
[0008] 所述远程集中控制器包括第一和第二远程集中控制器，分别采集供给侧设备和用户侧设备的信息并向其发出控制信号；综合调度控制装置(115)对上述采集的信息进行运算和控制。
[0009] 所述检测及控制设备还包括：控制所述热泵装置的发热量的遥控开关(117)；用于检测所述采暖散热器(110)热水消耗的数据的消耗计量表(111)；控制采暖散热器(110)的流水阀门遥控开关(116)；水源热泵的控制执行装置(118)。
[0010] 所述水源热泵的控制执行装置(118)包括调度控制信号收发编码存储器(302)、驱动电路(303)及控制装置(304)，所述调度控制信号经调度控制信号收发编码存储器解码以后生成调度控制指令，经过驱动电路输出的信号触发控制装置，控制装置再控制水源热泵的阀门动作。
[0011] 综合调度控制装置(115)通过电力光纤(120)与云计算计算服务系统(917)连接，对采集的数据进行云计算。
[0012] 还提出了一种调度控制方法，对上述调度系统进行合理地调度控制。
[0013] 现对于现有技术，本发明的有益效果在于：将太阳能的发电出力预测值与发电出力的实际值相接近，避免浪费太阳能，同时使得调度更加的及时、准确。
附图说明
[0014] 图1为本发明的热电联合调度系统电路图；
[0015] 图2为第二远程集中控制器的组成图；
[0016] 图3为水源热泵控制执行装置118的组成图；
[0017] 图4为综合调度控制装置115的组成图；
[0018] 图5为云计算计算服务系统917的连接图；
[0019] 图6(a)，(b)，(c)分别是太阳能实际发电曲线，预测的太阳能发电曲线和等效后的太阳能发电曲线。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
[0021] 请参照图1所示，本发明的一种热电联合调度系统包括：供给侧设备、检测及控制设备和多个用户侧设备。
[0022] 供给侧设备包括：水源热泵A和太阳能发电机组B，该水源热泵在其减小热水供应量时，只能够提高发电量；水源热泵利用太阳能发电机组发出的电量驱动，产出热水；
[0023] 每个用户侧设备包括：
[0024] 通过电力电缆113与太阳能发电机组并联的空调器热泵108，所述空调器热泵108由所述太阳能发电机组B产生的电能驱动而产生采暖热能；以及由太阳能发电机组B供电的非采暖耗电装置(附图1中未画出)；
[0025] 通过供热管道114与所述水源热泵A相连接的热水式采暖散热器110，所述水源热泵A生产的热水流入所述热水式采暖散热器110中产生采暖热能；
[0026] 检测及控制设备包括：
[0027] 电能表109，用于检测耗电数据；
[0028] 控制空调器热泵108的空调器热泵遥控开关117；
[0029] 热水式采暖散热器热水消耗计量表111，用于检测所述热水式采暖散热器110热水消耗的数据；
[0030] 采集用户非采暖用电的电表(未图示)；
[0031] 控制热水式采暖散热器110的热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116；
[0032] 第一远程集中控制器1121，采集水源热泵A供暖出力热水流量和耗电量；其传送给综合调度控制装置115；
[0033] 第二远程集中控制器1122，采集所述空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据；记载热水式采暖散热器110与水源热泵A之间的管道距离信息；采集热水式采暖散热器热水消耗计量表111检测的热水消耗数据；采集用户输入的热惯性时间数据；然后再将空调器热泵的耗电数据、热水式采暖散热器110的管道距离信息、热水消耗数据和热惯性时间数据传送给综合调度控制装置115；
[0034] 综合调度控制装置115，由水源热泵A供暖出力热水流量和耗电量、用户的热水式采暖散热器110的管道距离信息、用户的非采暖用电数据和用户的热水消耗数据和用户输入的热惯性时间，生成调度控制信号；
[0035] 第一远程集中控制器1121接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号控制水源热泵A的机组控制执行装置118动作；
[0036] 第二远程集中控制器1122接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号分别驱动空调器热泵遥控开关117、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116执行开关机动作；
[0037] 终端用户处的空调器热泵108通过输电线路113与太阳能发电机组并联，可由太阳能发电机组B产生的电能联合驱动空调器热泵108产生采暖热能，进而为空调用户提供采暖供热。空调器热泵108还包括空调器热泵开关⑤。
[0038] 请参照图1，所述电能表109与所述空调器热泵108耦合；空调器热泵遥控开关117连接空调器热泵108，用于控制空调器热泵108的开关。电能表109通过导线与空调器热泵108单独连接，用于检测所述空调器热泵108采暖的耗电数据。散热器110，通过供热管道114水源热泵A相连接，并由水源热泵A产出的热水流入所述散热器110中产生采暖热能。热水消耗计量表111，与散热器110相耦合，用于检测散热器110的采暖耗热数据。
散热器110设有开关阀门⑥。第二远程集中控制器1122，采集空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据并传送给综合调度控制装置115；采集热水式采暖散热器热水消耗计量表
111检测的热水消耗数据，并记载该热水式采暖散热器110与水源热泵A之间管道距离信息，然后再将热水消耗数据和管道距离信息传送给综合调度控制装置115。
[0039] 请参照图2所示，第二远程集中控制器1122包括空调电表脉冲计数器、非采暖电表脉冲计数器(未图示)、采暖热水流量脉冲计数器、脉冲信号编码转换器、计量信号放大发射器，控制信号接收解码器和控制信号遥控发射器；空调电表脉冲计数器连接空调器热泵专用电能表109，用于检测空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据，空调电表脉冲计数器检测得到的耗电数据脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置115；
[0040] 非采暖电表脉冲计数器连接用户非采暖电表，用于检测用户非采暖耗电数据(即，除空调热泵耗电以外的用户耗电数据)，用户非采暖耗电数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置115；
[0041] 采暖热水流量脉冲计数器连接热水式采暖散热器热水消耗计量表111，用于检测热水式采暖散热器热水消耗计量表111的采暖流量数据，采暖热水流量脉冲计数器检测得到的采暖流量数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后和热水式采暖散热器110与水源热泵A之间的管道距离信息传送至综合调度控制装置115；
[0042] 控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置115发出的调度控制信息并进行解码，然后通过控制信号遥控发射器将控制信号发送给空调器热泵遥控开关117、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116执行动作。
[0043] 请参照图3所示，机组控制执行装置118包括调度控制信号收发编码存储器302、驱动电路303及控制装置304，所述调度控制信号经调度控制信号收发编码存储器302解码以后生成机组调度控制指令，经过驱动电路303输出的信号触发控制装置304，控制装置304再控制水源热泵A的阀门动作。
[0044] 请参照图4，综合调度控制装置115包括：
[0045] 接收用户非采暖耗电数据、用户热水消耗数据、用户管道距离信息、水源热泵A的供暖出力热水流量和耗电量第一数据接收单元201；将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元202；对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元203；生成调度控制信号的调度控制信号计算单元204；将所述调度控制信号进行编码的信号编码器205；及将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器1121、第二远程集中控制器1122的发送单元206。
[0046] 请参照图5，综合调度控制装置115通过电力光纤120与云计算计算服务系统917连接，并驱动云计算计算服务系统917计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置115通过电力光纤120接收云计算计算服务系统917计算获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式发布该调度控制信号给第一远程集中控制器、第二远程集中控制器。
[0047] 本发明热电联合调度系统的调度方法包括以下步骤：
[0048] 2研究步骤
[0049] i.测量
[0050] (1)测量供给侧：
[0051] a)水源热泵耗电量PWSHP和供热量HWSHP
[0052] b)0～M号太阳能发电机组以前各时段的发电出力 j＝0～M；
[0053] (2)测量N个用户侧数据；
[0054] a)0～N个用户距机组的管道距离Si，i＝0～N；
[0055] 以ΔT为采样周期，采集0～T时间段内以下数据：
[0056] b)0～N个用户以前各时段的耗热功率Hi(t)；
[0057] c)0～N个用户以前各时段的空调热泵装机容量
[0058] ii.计算
[0059] (1)计算太阳能发电机组以前总出力
[0060] (2)根据(1)中计算出的各时段总用电量功率 预测未来一段时间T～2T的电力负荷功率PPV(t)；
[0061] (3)用户分组：计算每个用户到机组的等效距离 将相同的si的用户分为同一组，计为第l组，l＝si，总计为L组，L为自然数；v为热水在管道中的流速，ΔT为单位调节时间即上述采样周期，Ti代表用户输入的热惯性时间，即用户可接受的停止供暖时间；
[0062] (4)对(3)中分得的L组，分别求出各组所有用户的总采暖负荷功率Hload(l)，和热泵装机总容量PEHP(l)：
[0063] Hload(l)＝∑Hi(t，l)；Hi(t，l)为第l组用户i在t时刻的采暖负荷；
[0064] 为第l组用户i的空调热泵容量；
[0065] iii.控制计算
[0066] 将i中直接采集的PWSHP，HWSHP和ii中计算变量PPV(t)，Hload(l)，PEHP(l)代入下面的控制计算公式中：
[0067] (1)目标函数
[0068]
[0069] PPV(t)为调节后的等效太阳能发电出力， 为太阳能发电出力的目标值；其中：
[0070] pPV(t)＝PPV(t)+(PWSHP-pWSHP(t))-pEHPs(t)；(6)
[0071] 其中，pWSHP(t)是调节后的水源热泵的耗电量，pEHPs(t)是t时所有用户耗电功率；
[0072] (2)约束方程
[0073] a)热负荷平衡方程
[0074] 空调热泵用电供暖代替热水供暖出力的不足是方法的核心，如果Δh(t)表示第t时段热水供暖不足的功率，则，其表达式为：
[0075] Δh(t)＝|HWSHP-hWSHP(t)| (3)
[0076] 其中，hWSHP(t)是调节后水源热泵供暖热出力功率；
[0077] 第t时段热水供给不足是由各个用户组使用热泵耗电采暖获得的，由于热水传输的延时性，热水不足的影响也存在延时，而这个延时随着用户组距离的变化而变化；例如，根据上文中将所有用户分为近似的0，1，..，l，..，L用户组，对于第1用户组，热水流到其的时间为一个单位调度时长，所以热水不足也将会在第t+1时段影响到第1用户组，同理，热水不足将会在第t+l影响到第l用户组；终上所述，第t时段热水供给不足将由0～L用户组的空调热泵分别在t～t+L时段通过用电来补偿，具体公式为：
[0078]
[0079] hEHP(t+l，l)为t+l时刻第l组用户空调热泵的供暖功率之和；hEHP(t，l)为t时刻第l组用户空调热泵的供热量功率之和；
[0080] 如果式中hEHP(t，l)可以取0的话，一方面，某些时段并不是所有用户组都参与补偿；另一方面，如果超过了规定的总调度时间，热水供给不足仍未影响到处于远端的用户组，那么这些用户组也将不参与补偿；
[0081] b)水源热泵：
[0082] 发热出力限制：
[0083] 0≤hWSHP(t)≤HWSHP (5)
[0084] 水源热泵热电比约束：
[0085] hWSHP(t)＝COPWSHP·pWSHP(t) 6)
[0086] 其中，HWSHP为水源热泵额定热容量；COPWSHP为水源热泵性能系数；hWSHP(t)为水源热泵t时段的热出力；pWSHP(t)为水源热泵t时段的耗电功率；
[0087] c)用户侧空调热泵约束
[0088] 热电比约束：
[0089] hEHP(t，l)＝COP·pEHP(t，l) (7)
[0090] 空调热泵出力上限：
[0091] 0≤pEHP(t，l)≤min(PEHP(l)，Hload(l)/COP) (8)
[0092] 其中，PEHP(l)为第l组用户的空调热泵容量之和；Hload(l)为第l组用户的采暖负荷功率；COP分散式空调热泵热电比系数；
[0093] 最后空调热泵耗电供热既可以补偿热水供暖的不足，也可以增加电力低谷时段的负荷，因此，需要求出各时段所有用户组的热泵耗电量之和：
[0094]
[0095] 其中pEHP(t，l)是t时第l组用户热泵的耗电功率；
[0096] 将步骤i)中直接采集的PWSHP，HWSHP；步骤ii)中计算变量PPV(t)，Hload(l)，PEHP(l)代入公式(1)～(9)中并进行联合求解，在目标函数Δp为最小值时，求得优化后所得执行变量：水源热泵的耗电功率pWSHP(t)和热出力hWSHP(t)、用户不同时刻空调热泵耗电量pEHP(t，l)和供热量hEHP(t，l)；
[0097] iv.发送控制信号到供给和用户执行动作
[0098] 根据iii的优化后所得执行变量，将变量信号发送至供给侧和用户，执行具体动作，如下：
[0099] 根据水源热泵的耗电功率pWSHP(t)或热出力hWSHP(t)信号，控制水源热泵在未来调节时间内各时段的动作；
[0100] 根据用户不同时刻空调热泵耗电量pEHP(t，l)和供热量hEHP(t，l)，控制用户侧不同距离用户使用空调热泵供暖量，以及关闭散热器量。
