一种实现需求侧响应的供冷机组控制系统和方法

摘要

本发明实施例公开了一种实现需求侧响应的供冷机组控制系统和方法，该系统包括：第一控制单元采集第一能源数据，并对其进行处理以分别生成冷机机组和冷机冷水流量变频泵的控制分量，并根据该控制分量分别对冷机机组的冷水出水温度和冷机冷水流量变频泵进行控制；第二控制单元采集第二能源数据，并对其进行处理以生成蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量，并根据该控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵进行控制；其中冷机机组用于产生冷水并提供给用能设备；蓄冷装置用于在用电受限时释放冷量。通过该实施例方案，实现了根据用电量限制条件实施对供冷机组功率的调整，保证了系统能够适应不同工况要求、安全稳定运行。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及供热技术，尤指一种实现需求侧响应的供冷机组控制系统和方法。

背景技术

电力需求侧管理(Demand Side Management，DSM)是指在政府法规和政策支持下，采取有效的激励和引导措施以及适宜的运作方式，通过电网企业、能源服务企业、电力用户等共同协力，实现科学用电、节约用电、有序用电所开展的相关管理活动。目前电力零售市场还普遍执行着与时间无关，不能有效反映容量成本和边际供电成本变化的价格。这一方面是因为传统上政府部门和电力部门都认为电力用户不愿意面对任何形式的随时间波动的价格。但是，现在的消费者事实上已经以保险成本(风险收益)的形式承担着电力成本的波动以及电力供应链上的各种低效率，所有的消费者每年的电费中因为一年中的某几个小时而增加了不少，如果这几个小时的负荷能得以减少或转移还将会产生比那几个小时的电费大得多的长期效应和外部效应。如果现在把消费者置于真实的、变化的供电价值和成本面前，让他们在不同的价值和电力供应之间做出选择，有些消费者可能会选择在某些时候接受停电或削减负荷，以避免高昂的价格并得到一定的补偿，而另外一些消费者会选择接受高昂的价格而要求确保供电。电改9号文将“积极开展电力需求侧管理和能效管理，完善有序用电和节约用电制度”列入五项基本原则重要内容，明确要“通过运用现代信息技术、培育电能服务、实施需求响应等，促进供需平衡和节能减排”。需求侧响应需要用能者降低峰值负荷用电，而峰值用电量时刻往往是用电负荷最大的时刻，这就需要根据需求侧响应采取一定的控制策略，调节制冷制热机组的相关参数，保证用电量不超限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了实现需求侧响应的供冷机组控制系统和方法，能够根据用电量限制条件，实施对供冷机组功率的调整，保证系统能够适应不同工况要求、安全稳定运行。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种实现需求侧响应的供冷机组控制系统，该系统包括：第一控制单元和第二控制单元；

第一控制单元，用于采集第一能源数据，并对第一能源数据进行处理，以分别生成冷机机组和冷机冷水流量变频泵的控制分量，并根据该控制分量分别对冷机机组的冷水出水温度和冷机冷水流量变频泵进行控制；

第二控制单元，用于采集第二能源数据，并对该第二能源数据进行处理，以生成蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量，并根据蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵进行控制；

其中，冷机机组用于产生冷水并提供给用能设备；蓄冷装置用于在用电受限时释放冷量。

可选地，第一控制单元包括：依次相连的第一采集模块、第一处理模块和第一控制模块；

第一采集模块，用于采集所述第一能源数据；

第一处理模块，用于根据第一能源数据计算冷机机组的控制分量和冷机冷水流量变频泵的控制分量；并根据冷机机组的控制分量对冷机机组的冷水出水温度进行控制；

第一控制模块，用于根据冷机冷水流量变频泵的控制分量对冷机冷水流量变频泵进行控制。

可选地，第一能源数据包括：系统总电功率、冷机机组制冷功率、冷机机组冷水流量、以及一个或多个第一预设值；

该第一预设值包括：系统总电功率限定值、制冷总负荷设定值、冷水机组出水温度设定值、温度选择开关状态信号、流量选择开关状态信号和冷机冷水流量设定值。

可选地，第一处理模块包括：

第一控制器，用于根据系统总电功率和系统总电功率限定值计算第一控制分量；

第一选择器，用于从输入的第一控制分量和制冷总负荷设定值中选出较小的信号作为第二控制分量进行输出；

第二控制器，用于根据第二控制分量和冷机机组制冷功率计算第三控制分量；

第三控制器，用于根据第二控制分量和冷机机组制冷功率计算第四控制分量；

第二选择器，与第二控制器相连，用于根据第三控制分量、人工预设的冷水机组出水温度设定值和温度选择开关状态信号计算冷水机组的冷水温度设定值信号，并将冷水温度设定值信号输入冷水机组，作为冷机机组的冷水温度设定值；

第三选择器，与第三控制器相连，用于根据第四控制分量、人工预设的冷机冷水流量设定值和流量选择开关状态信号计算冷机冷水流量变频泵的控制分量。

可选地，第一控制模块包括：

第四控制器，与第三选择器相连，用于根据冷机冷水流量变频泵的控制分量对冷机冷水流量变频泵实施控制。

可选地，第二控制单元包括：相互连接的第二采集模块和第二处理模块；

第二采集模块，用于采集第二能源数据；

第二处理模块，用于根据采集的第二能源数据计算蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量；并根据蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵进行控制。

可选地，第二能源数据包括：冷机机组制冷功率、蓄冷存量、释能功率、蓄冷装置冷水流量以及一个或多个第二预设值；

第二预设值包括：制冷总负荷设定值、释能时间设定值和蓄冷装置选择开关状态信号。

可选地，第二处理模块包括：

第一计算器，用于根据制冷总负荷设定值和冷机机组制冷功率计算第五控制分量；

第二计算器，用于根据蓄冷存量和释能时间设定值计算第六控制分量；

第四选择器，用于根据计算出的第五控制量、第六控制分量和蓄冷装置选择开关状态信号计算释能控制器的控制量；

第五控制器，用于根据释能控制器的控制量和释能功率计算蓄冷装置的冷水流量的控制量；

第六控制器，用于根据蓄冷装置的冷水流量的控制量和反馈获得的蓄冷装置冷水流量计算蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量，并根据蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵进行控制。

本发明实施例还提供了一种实现需求侧响应的供冷机组控制方法，该方法包括：

采集第一能源数据，并对第一能源数据进行处理，以分别生成冷机机组和冷机冷水流量变频泵的控制分量，并根据控制分量分别对冷机机组的冷水出水温度和冷机冷水流量变频泵进行控制；

采集第二能源数据，并对第二能源数据进行处理，以生成蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量，并根据蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵进行控制；

其中，冷机机组用于产生冷水并提供给用能设备；蓄冷装置用于在用电受限时释放冷量。

可选地，第一能源数据包括：系统总电功率、冷机机组制冷功率、冷机机组冷水流量、以及一个或多个第一预设值；

第一预设值包括：系统总电功率限定值、制冷总负荷设定值、冷水机组出水温度设定值、温度选择开关状态信号、流量选择开关状态信号和冷机冷水流量设定值；

第二能源数据包括：冷机机组制冷功率、蓄冷存量、释能功率、蓄冷装置冷水流量以及一个或多个第二预设值；

第二预设值包括：制冷总负荷设定值、释能时间设定值和蓄冷装置选择开关状态信号。

本发明实施例包括：第一控制单元，用于采集第一能源数据，并对第一能源数据进行处理，以分别生成冷机机组和冷机冷水流量变频泵的控制分量，并根据该控制分量分别对冷机机组的冷水出水温度和冷机冷水流量变频泵进行控制；第二控制单元，用于采集第二能源数据，并对该第二能源数据进行处理，以生成蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量，并根据蓄冷装置冷水流量变频泵的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵进行控制；其中，冷机机组用于产生冷水并提供给用能设备；蓄冷装置用于在用电受限时释放冷量。通过该实施例方案，实现了根据用电量限制条件，实施对供冷机组功率的调整，保证了系统能够适应不同工况要求、安全稳定运行。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。

图1为本发明实施例的实现需求侧响应的供冷机组控制系统简单结构示意图；

图2为本发明实施例的冷水供应系统示意图；

图3为本发明实施例的第一控制单元结构示意图；

图4为本发明实施例的第二控制单元结构示意图；

图5为本发明实施例的实现需求侧响应的供冷机组控制系统详细结构示意图示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种实现需求侧响应的供冷机组控制系统，如图1所示，该系统包括：第一控制单元1和第二控制单元2；

第一控制单元1，用于采集第一能源数据，并对第一能源数据进行处理，以分别生成冷机机组P01和冷机冷水流量变频泵P101的控制分量，并根据该控制分量分别对冷机机组P01的冷水出水温度和冷机冷水流量变频泵P101进行控制；

第二控制单元2，用于采集第二能源数据，并对该第二能源数据进行处理，以生成蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量，并根据蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵P102进行控制；

其中，冷机机组P01用于产生冷水并提供给用能设备；蓄冷装置P02用于在用电受限时释放冷量。

在本发明实施例中，如图2所示，为本发明实施例的冷水供应系统示意图。其中，冷机机组P01用于产生冷水并提供给用能设备；冷机机组P01与冷机冷水流量变频泵P101相连，冷机冷水流量变频泵P101用于对该冷机机组P01实施变频控制。蓄冷装置P02用于在用电受限时释放冷量；蓄冷装置P02与蓄冷装置冷水流量变频泵P102，蓄冷装置冷水流量变频泵P102用于对蓄冷装置P02实施变频控制。

在本发明实施例中，基于上述的冷水供应系统，提供了一种实现需求侧响应的供冷机组控制系统，可以分别通过两个控制单元分别采集不同的能源数据，以实现对该冷水供应系统中的冷机机组P01的冷水出水温度、冷机冷水流量变频泵P101和蓄冷装置冷水流量变频泵P102的闭环控制。

在本发明实施例中，该控制系统采用系统总电功率与机组制冷功率串级控制策略，并通过选择控制出水温度或冷水流量实现系统总电功率的闭环控制，进而实现需求侧响应控制；并且该控制系统根据用能需求偏差计算蓄能装置释能功率，或在指定时间段内按照恒定速率计算蓄能装置释能功率，选择不同的控制模式实现对释能功率的闭环控制。

可选地，如图3、图5所示，第一控制单元1可以包括：依次相连的第一采集模块11、第一处理模块12和第一控制模块13；

第一采集模块11，用于采集第一能源数据。

可选地，第一能源数据可以包括：系统总电功率Pe、冷机机组制冷功率Pc、冷机机组冷水流量F1以及一个或多个第一预设值；

该第一预设值包括：系统总电功率限定值Pel、制冷总负荷设定值Ptc、冷水机组出水温度设定值Tsp、温度选择开关状态信号Ts、流量选择开关状态信号Fs和冷机冷水流量设定值Fsp。

在本发明实施例中，该第一采集模块11可以根据所采集的不同的能源数据分别设置相应的装置，例如，功率表、流量计、限位开关、继电器等。

第一处理模块12，用于根据第一能源数据计算冷机机组P01的控制分量和冷机冷水流量变频泵P101的控制分量；并根据冷机机组P01的控制分量对冷机机组的冷水出水温度进行控制。

可选地，第一处理模块12可以包括：

第一控制器A1，用于根据系统总电功率Pe和系统总电功率限定值Pel计算第一控制分量。

在本发明实施例中，系统总电功率Pe作为第一控制器A1(或称系统总电功率控制器)的测量输入，系统总电功率限定值Pel作为第一控制器A1的设定输入，第一控制器A1的控制算法可以包括但不限于PID算法(比例-积分-微分算法)或PI算法(比例-积分算法)。

第一选择器S1，用于从输入的第一控制分量和制冷总负荷设定值Ptc中选出较小的信号作为第二控制分量进行输出。

在本发明实施例中，第一控制器A1的输出A1O以及制冷总负荷设定值Ptc作为第一选择器S1的输入；该第一选择器S1可以采用低选器，即从输入的第一控制分量和制冷总负荷设定值Ptc中选出较小的信号作为第二控制分量进行输出。

第二控制器A2，用于根据第二控制分量和冷机机组制冷功率Pc计算第三控制分量。

第三控制器A3，用于根据第二控制分量和冷机机组制冷功率Pc计算第四控制分量。

在本发明实施例中，第一选择器S1的输出S1O分别作为第二控制器A2(或称第一机组制冷功率控制器)和第三控制器A3(或称第二机组制冷功率控制器)的设定输入，冷机机组制冷功率Pc分别作为第二控制器A2和第三控制器A3的测量输入。第二控制器A2和第三控制器A3的控制算法可以包括但不限于PID算法或PI算法，其中冷机机组制冷功率Pc可根据冷水机组进、出口水温和冷水流量进行计算，在这里不再赘述。

第二选择器S2，与第二控制器A2相连，用于根据第三控制分量、冷水机组出水温度设定值Tsp和温度选择开关状态信号Ts计算冷水机组P01的冷水温度设定值信号，并将冷水温度设定值信号输入冷水机组P01，作为冷水机组P01的冷水温度设定值。

在本发明实施例中，第二控制器A2的输出A2O作为第二选择器S2(或称第一信号选择器)的输入1，冷水机组出水温度设定值Tsp为人工设定信号，作为第二选择器S2的输入2，温度选择开关状态信号Ts作为第二选择器S2的输入3，当Ts为ON时，第二选择器S2的输出为输入1，当Ts为OFF时，第二选择器S2的输出为输入2，第二选择器S2的输出信号S2O作为冷机机组P01的冷水温度设定值信号，作为冷机机组P01的控制分量。

第三选择器S3，与第三控制器A3相连，用于根据第四控制分量、人工预设的冷机冷水流量设定值Fsp和流量选择开关状态信号Fs计算冷机冷水流量变频泵P101的控制分量。

在本发明实施例中，第三控制器A3的输出A3O作为第三选择器S3(或称第二信号选择器)的输入1，冷机冷水流量设定值Fsp为人工设定信号，作为第三选择器S3的输入2，流量选择开关状态信号Fs作为第三选择器S3的输入3，当Fs为ON时，第三选择器S3的输出为输入1，当Fs为OFF时，第三选择器S3的输出为输入2。

第一控制模块13，用于根据冷机冷水流量变频泵P101的控制分量对冷机冷水流量变频泵P101进行控制。

可选地，第一控制模块13可以包括：

第四控制器A4，与第三选择器S3相连，用于根据冷机冷水流量变频泵P101的控制分量对冷机冷水流量变频泵P101实施控制。

在本发明实施例中，第三选择器S3的输出信号S3O作为第四控制器A4(或称冷水流量控制器)的设定值输入信号，机组冷水流量计F1作为第四控制器A4的测量值输入信号，第四控制器A4的控制算法可以包括但不限于PID或PI算法，第四控制器A4的输出信号A4O输出至冷水变频泵P101，对冷机冷水流量变频泵P101实施控制，从而通过冷机冷水流量变频泵P101控制冷水流量。

可选地，如图4、图5所示，第二控制单元2包括：相互连接的第二采集模块21和第二处理模块22；

第二采集模块21，用于采集第二能源数据；

可选地，第二能源数据可以包括：制冷总负荷设定值Ptc、冷机机组制冷功率Pc、蓄冷存量Ws、释能时间设定值Tss、蓄冷装置选择开关状态信号Ss、释能功率Pss以及蓄冷装置冷水流量F2。

在本发明实施例中，该第二采集模块21可以根据所采集的不同的能源数据分别设置相应的装置，例如，功率表、流量计、计时器、限位开关、继电器等。

第二处理模块22，用于根据采集的第二能源数据计算蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量；并根据蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵P102进行控制。

可选地，第二处理模块22可以包括：

第一计算器C1，用于根据制冷总负荷设定值Ptc和冷机机组制冷功率Pc计算第五控制分量。

在本发明实施例中，制冷总负荷设定值Ptc、冷机机组制冷功率Pc分别是第一计算器C1的输入1和输入2，第一计算器C1的输出可以包括Ptc和Pc的偏差，还可以包括通过其他预设算法获得的计算结果。

第二计算器C2，用于根据蓄冷存量Ws和释能时间设定值Tss计算第六控制分量。

在本发明实施例中，蓄冷装置P02的蓄能存量Ws、释能时间Tss分别是第二计算器C2的输入1和输入2；第二计算器C2的输出可以包括蓄能存量Ws与释能时间Tss之比，还可以包括通过其他预设算法获得的计算结果。

第四选择器S4，用于根据计算出的第五控制分量、第六控制分量和蓄冷装置选择开关状态信号Ss计算释能控制器的控制量。

在本发明实施例中，第一计算器C1的输出C1O作为第四选择器S4(或称第三信号选择器)的输入1，第二计算器C2的输出C2O作为第四选择器S4的输入2，蓄冷装置选择开关状态信号Ss作为第四选择器S4的输入3；当Ss为ON时，第四选择器S4的输出为输入1，当Ss为OFF时，第四选择器S4的输出为输入2。

第五控制器B1，用于根据释能控制器的控制量和释能功率Pss计算蓄冷装置的冷水流量的控制量。

在本发明实施例中，第四选择器S4的输出S4O作为第五控制器B1(或称释能控制器)的设定输入，释能功率Pss作为第五控制器B1的测量输入，第五控制器B1的控制算法可以包括但不限于PID算法或PI算法，其中释能功率Pss可根据蓄冷装置进、出口水温和冷水流量进行计算，在这里不再赘述。

第六控制器B2，用于根据蓄冷装置的冷水流量的控制量和反馈获得的蓄冷装置冷水流量F2计算蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量，并根据蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵P102进行控制。

在本发明实施例中，第五控制器B1的输出B1O作为第六控制器B2(或称蓄冷装置冷水流量控制器)的给定输入，蓄冷装置冷水流量F2作为第六控制器B2的测量输入，第六控制器B2的控制算法可以包括但不限于PID算法或PI算法，第六控制器B2的输出B2O作为蓄冷装置流量变频泵P102的输入信号。

本发明实施例还提供了一种实现需求侧响应的供冷机组控制方法，该方法包括：

采集第一能源数据，并对第一能源数据进行处理，以分别生成冷机机组P01和冷机冷水流量变频泵P101的控制分量，并根据控制分量分别对冷机机组P01的冷水出水温度和冷机冷水流量变频泵P101进行控制；

采集第二能源数据，并对第二能源数据进行处理，以生成蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量，并根据蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵P102进行控制；

其中，冷机机组P01用于产生冷水并提供给用能设备；蓄冷装置P02用于在用电受限时释放冷量。

可选地，第一能源数据包括：系统总电功率Pe、冷机机组制冷功率Pc、冷机机组冷水流量F1以及一个或多个第一预设值；

第一预设值包括：系统总电功率限定值Pel、制冷总负荷设定值Ptc、冷水机组出水温度设定值Tsp、温度选择开关状态信号Ts、流量选择开关状态信号Fs和冷机冷水流量设定值Fsp；

第二能源数据包括：冷机机组制冷功率Pc、蓄冷存量Ws、释能功率Pss、蓄冷装置冷水流量F2以及一个或多个第二预设值；

第二预设值包括：所述制冷总负荷设定值Ptc、释能时间设定值Tss和蓄冷装置选择开关状态信号Ss。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的实现需求侧响应的供冷机组控制方法。

本发明实施例包括：第一控制单元，用于采集第一能源数据，并对第一能源数据进行处理，以分别生成冷机机组P01和冷机冷水流量变频泵P101的控制分量，并根据该控制分量分别对冷机机组P01的冷水出水温度和冷机冷水流量变频泵P101进行控制；第二控制单元，用于采集第二能源数据，并对该第二能源数据进行处理，以生成蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量，并根据蓄冷装置冷水流量变频泵P102的控制量对蓄冷装置冷水流量变频泵P102进行控制；其中，冷机机组P01用于产生冷水并提供给用能设备；蓄冷装置P02用于在用电受限时释放冷量。通过该实施例方案，实现了根据用电量限制条件，实施对供冷机组功率的调整，保证了系统能够适应不同工况要求、安全稳定运行。

本发明实施例至少包括以下优势：

1、系统总电功率与冷水机组制冷功率采用串级控制，一是可以主动跟随需求侧响应的要求，对系统总电功率实现闭环控制；二是可以克服制冷功率因用户负荷的变化导致的微电网功率的变化，无法准确执行能源站的需求侧响应的问题。

2、所设计的机组制冷功率设定值控制模式，能够自动适应正常运行和实施需求侧响应不同运行工况的要求。

3、所设计的可供选择的控制模式，允许采用通过调整出水温度或机组流量调整冷水机组制冷功率，提高了操作的灵活性。

4、对蓄冷装置释能功率闭环控制，可根据总负荷要求或分时电价，调整蓄冷装置的释能功率，用于配合实现需求侧响应控制以最大程度满足用户对能源的需求或经济运行控制。

虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。