本發(fā)明涉及一種建模方法，具體涉及一種地區(qū)電網(wǎng)居民溫控負(fù)荷的近似聚合建模方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以空調(diào)、冰箱、熱水器等為代表的居民溫控負(fù)荷因具有快速響應(yīng)、能量存儲(chǔ)、高可控性等優(yōu)點(diǎn)，是短時(shí)間尺度上優(yōu)質(zhì)和寶貴的可調(diào)度資源，但由于其數(shù)量眾多、分散分布、響應(yīng)隨機(jī)性強(qiáng)等特性造成調(diào)度中心難以直接獲得其聚合用電功率，對(duì)調(diào)度中心如何利用這部分資源帶來(lái)困難。目前，對(duì)于單個(gè)tcl聚合模型的研究較為成熟，但對(duì)于調(diào)度中心或者負(fù)荷代理而言，更為關(guān)心的是多個(gè)tcls聚合后總用電功率，這方面一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，可歸納為以下三種方式：(1)基于數(shù)學(xué)模型分析。優(yōu)點(diǎn)在于能夠在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)多種控制策略，但模型相對(duì)較為復(fù)雜，不易于調(diào)度中心直接計(jì)算；(2)基于物理模型分析。模型精度較高，但多數(shù)仍是針對(duì)單一負(fù)荷的能耗計(jì)算，用于多個(gè)tcls時(shí)計(jì)算量過(guò)大；(3)基于歷史數(shù)據(jù)的回歸分析。這種建模方式一般存在兩個(gè)問(wèn)題：一是難以從整體歷史數(shù)據(jù)中分離單一類型負(fù)荷的用電數(shù)據(jù)；二是模型是基于經(jīng)驗(yàn)方式獲取的，精度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種地區(qū)電網(wǎng)居民溫控負(fù)荷的近似聚合建模方法及系統(tǒng)，利用天氣數(shù)據(jù)和區(qū)域范圍內(nèi)tcls負(fù)荷的參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，在單個(gè)tcl-i數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了海量tcls的近似聚合模型。利用該近似模型能夠方便、快速地確定tcls聚合功率的估計(jì)值及上下界范圍，方法簡(jiǎn)單易用，在估計(jì)精度和計(jì)算速度上能滿足調(diào)度中心和負(fù)荷代理的決策需求。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種地區(qū)電網(wǎng)居民溫控負(fù)荷的近似聚合建模方法，其改進(jìn)之處在于：

利用天氣數(shù)據(jù)和居民溫控負(fù)荷的熱力學(xué)參數(shù)信息，建立單個(gè)tcl-i的數(shù)學(xué)模型；

依據(jù)單個(gè)tcl-i數(shù)學(xué)模型建立海量tcls近似聚合模型；

通過(guò)海量tcls近似聚合模型計(jì)算tcls聚合體功率的上下界范圍及估計(jì)值。

進(jìn)一步地，所述單個(gè)tcl-i的數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式為：

式中：θi(t)和θa(t)分別為t時(shí)刻的室內(nèi)溫度與室外溫度，單位為℃；ci為tcl-i的等效熱容，單位為kwh/℃；ri為tcl-i的等效熱阻，單位為℃/kw；pc,i為tcl-i的制冷/制熱功率，單位為kw；mi(t)表示tcl-i的開關(guān)狀態(tài)；ε是一個(gè)足夠小的時(shí)滯，在離散仿真環(huán)境下等于仿真的時(shí)間步長(zhǎng)；[θi-,θi+]表示tcl-i正常運(yùn)行狀態(tài)下室內(nèi)溫度的變化范圍，θi-和θi+分別表示tcl-i切換開關(guān)狀態(tài)時(shí)的室內(nèi)溫度下界和上界值；

制冷/制熱功率與tcl-i用電功率pi滿足一定的比例關(guān)系，pc,i＝ηipi，ηi為tcl-i的能效比；mi(t)取值為0時(shí)表示tcl-i停機(jī)，取值為1時(shí)表示tcl-i開機(jī)。

進(jìn)一步地，所述建立海量tcls近似聚合模型，包括：

分析單個(gè)tcl-i的開機(jī)和停機(jī)周期；

根據(jù)所述單個(gè)tcl-i的開機(jī)和停機(jī)周期計(jì)算單個(gè)tcl-i占空比及占空比范圍；

根據(jù)單個(gè)tcl-i的用電功率及所述單個(gè)tcl-i占空比確定海量tcls近似聚合模型。

進(jìn)一步地，所述單個(gè)tcl-i數(shù)學(xué)模型的開機(jī)和停機(jī)周期為：

其中：tc,i和th,i分別為單個(gè)tcl-i數(shù)學(xué)模型的開機(jī)周期和停機(jī)周期；θa為室外溫度；θset,i為tcl-i的溫度設(shè)定值；δi為tcl-i的溫度死區(qū)寬度。

進(jìn)一步地，所述單個(gè)tcl-i占空比范圍表示為：

其中：pon,i為單個(gè)tcl-i的占空比；θa為室外溫度；ηi為tcl-i的能效比；ri為tcl-i的等效熱阻，單位為℃/kw；pi為tcl-i的用電功率。

進(jìn)一步地，所述海量tcls近似聚合模型表示為：

其中：pagg為n個(gè)tcls的穩(wěn)態(tài)聚合功率，pi為單個(gè)tcl-i的用電功率，pon,i為單個(gè)tcl-i的占空比；所述tcl-i表示第i個(gè)tcl，tcls表示多個(gè)tcl聚合的復(fù)數(shù)形式。

進(jìn)一步地，所述tcls聚合功率上下界表示為：

其中：和分別為tcls聚合功率的上界和下界；θa為室外溫度；ηi為tcl-i的能效比；ri為tcl-i的等效熱阻，單位為℃/kw；i為第i個(gè)tcl-i；n為tcl-i的總數(shù)；θset,i為tcl-i的溫度設(shè)定值；δi為tcl-i的溫度死區(qū)寬度；

進(jìn)一步地，所述tcls聚合體功率估計(jì)值為：

其中：為聚合功率估計(jì)值，用區(qū)間中的任意值表示；α表示為聚合功率下限的權(quán)重，取值范圍在0～1之間。

本發(fā)明還提供一種地區(qū)電網(wǎng)居民溫控負(fù)荷的近似聚合建模系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于，包括：

第一構(gòu)建模塊，用于利用天氣數(shù)據(jù)和居民溫控負(fù)荷的熱力學(xué)參數(shù)信息，建立單個(gè)tcl-i的數(shù)學(xué)模型；

第二構(gòu)建模塊，用于依據(jù)單個(gè)tcl-i數(shù)學(xué)模型建立海量tcls近似聚合模型；

計(jì)算模塊，用于通過(guò)海量tcls近似聚合模型計(jì)算tcls聚合體功率的上下界范圍及估計(jì)值。

進(jìn)一步地，所述第二構(gòu)建模塊，進(jìn)一步包括：

分析模塊，用于分析單個(gè)tcl-i的開機(jī)和停機(jī)周期；

占空比計(jì)算模塊，用于計(jì)算tcl-i占空比范圍；

確定模塊，用于確定海量tcls近似聚合模型。

進(jìn)一步地，所述計(jì)算模塊，進(jìn)一步包括：

第一計(jì)算子模塊，用于計(jì)算tcls聚合功率上下界；

第二計(jì)算子模塊，用于計(jì)算tcls聚合功率估計(jì)值。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的有益效果是：

在區(qū)域電網(wǎng)的實(shí)際調(diào)度中，利用天氣數(shù)據(jù)和區(qū)域范圍內(nèi)tcls負(fù)荷的參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，在單個(gè)tcl數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了海量tcls的近似聚合模型。利用該近似模型能夠方便、快速地確定tcls聚合功率的估計(jì)值及上下界范圍，方法簡(jiǎn)單易用，誤差較小，在估計(jì)精度和計(jì)算速度上能滿足調(diào)度中心和負(fù)荷代理的決策需求，有利于引導(dǎo)居民溫控負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的地區(qū)電網(wǎng)居民溫控負(fù)荷的近似聚合建模方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明提供的tcl負(fù)荷熱力學(xué)等值模型(etp)示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的地區(qū)電網(wǎng)居民溫控負(fù)荷的近似聚合建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過(guò)程的以及其他的改變。實(shí)施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個(gè)范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”來(lái)表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開了超過(guò)一個(gè)的發(fā)明，不是要自動(dòng)地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。

實(shí)施例一、

本發(fā)明利用外界溫度信息和本區(qū)域tcls負(fù)荷的參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，提出一種溫控負(fù)荷的近似聚合建模方法，其流程圖如圖1所示，包括：

s101、利用天氣數(shù)據(jù)和區(qū)域范圍內(nèi)居民溫控負(fù)荷tcls的參數(shù)信息，建立單個(gè)tcl-i的數(shù)學(xué)模型；

其中：搜索天氣數(shù)據(jù)和區(qū)域范圍內(nèi)居民溫控負(fù)荷tcls的參數(shù)信息，包括：

步驟1、搜集該地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)居民溫控負(fù)荷的類型(如空調(diào)、冰箱、熱水器等)、以及外界溫度等全局信息，并在一個(gè)較小范圍內(nèi)隨機(jī)搜集每類tcls的參數(shù)信息；

步驟2、按照tcls參數(shù)信息進(jìn)一步將其分為同質(zhì)和異質(zhì)兩類。其中，同質(zhì)指的是tcls參數(shù)相同或相近，異質(zhì)指的是tcls參數(shù)不同。分析同質(zhì)和異質(zhì)tcls的占比，對(duì)于異質(zhì)tcls，模擬出參數(shù)的概率密度函數(shù)，并推廣到地區(qū)電網(wǎng)大范圍。

建立單個(gè)tcl-i的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)tcls的聚合功率與自身參數(shù)、外部溫度、溫度設(shè)定值調(diào)整量之間的關(guān)系表達(dá)式，包括：

基于單個(gè)tcl-i的數(shù)學(xué)模型分析其開機(jī)和停機(jī)周期tc,i和th,i表達(dá)式；

單個(gè)tcl-i數(shù)學(xué)模型采用常見的熱力學(xué)等值模型(etp)，如圖2所示，表示如下：

式中：θi(t)和θa(t)分別為t時(shí)刻的室內(nèi)溫度與室外溫度，℃；ci為tcl-i的等效熱容，kwh/℃；ri為tcl-i的等效熱阻，℃/kw；pc,i為tcl-i的制冷/制熱功率，kw；制冷/制熱功率與tcl-i用電功率pi滿足一定的比例關(guān)系，pc,i＝ηipi，ηi為tcl-i的能效比；mi(t)表示tcl-i的開關(guān)狀態(tài)，取值為0時(shí)表示tcl-i“停機(jī)”，取值為1時(shí)表示tcl-i“開機(jī)”；ε是一個(gè)足夠小的時(shí)滯，在離散仿真環(huán)境下可以等于仿真的時(shí)間步長(zhǎng)；[θi-,θi+]表示tcl-i正常運(yùn)行狀態(tài)下室內(nèi)溫度的變化范圍，θi-和θi+分別表示tcl-i切換開關(guān)狀態(tài)時(shí)的室內(nèi)溫度下界和上界值。

通過(guò)求解公式(1)，可得tcl-i的開機(jī)周期tc,i和停機(jī)周期th,i分別為：

s102、在單個(gè)tcl數(shù)學(xué)模型建立海量tcls近似聚合模型，推導(dǎo)tcls穩(wěn)態(tài)聚合功率表達(dá)式：

穩(wěn)態(tài)情況下，n個(gè)tcls的聚合功率可表示為：

式中，θset,i為tcl-i的溫度設(shè)定值；δi為tcl-i的溫度死區(qū)寬度。pon,i為tcl-i的占空比，表示為：

s103、利用數(shù)學(xué)不等式變換計(jì)算tcl-i占空比范圍，所述tcl-i表示第i個(gè)tcl，tcls表示多個(gè)tcl聚合的復(fù)數(shù)形式，包括：

單個(gè)tcl-i占空比范圍表示為：

所述海量tcls近似聚合模型表示為：

其中：pagg為n個(gè)tcls的穩(wěn)態(tài)聚合功率，pi為單個(gè)tcl-i的用電功率，pon,i為單個(gè)tcl-i的占空比；

所述計(jì)算tcls聚合功率的估計(jì)值及上下界范圍，包括：

計(jì)算tcls聚合功率上下界；

計(jì)算tcls聚合功率估計(jì)值。

所述tcls聚合功率上下界表示為：

其中：和分別為tcls聚合功率的上界和下界；

其中：如果是異質(zhì)型tcls，則根據(jù)擬合出的參數(shù)概率分布，進(jìn)一步對(duì)公式(7)和(8)進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，得到異質(zhì)型tcls的聚合功率上下界為：

如果是同質(zhì)型tcls，其聚合功率上下界為

tcls聚合功率估計(jì)值為：

其中：為聚合功率估計(jì)值，用區(qū)間中的任意值表示；α表示為聚合功率下限的權(quán)重，取值范圍在0～1之間。

實(shí)施例三、

基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供地區(qū)電網(wǎng)居民溫控負(fù)荷的近似聚合建模系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，包括：

第一構(gòu)建模塊301，用于利用天氣數(shù)據(jù)和居民溫控負(fù)荷的熱力學(xué)參數(shù)信息，建立單個(gè)tcl-i的數(shù)學(xué)模型；

第二構(gòu)建模塊302，用于依據(jù)單個(gè)tcl-i數(shù)學(xué)模型建立海量tcls近似聚合模型；

計(jì)算模塊303，用于通過(guò)海量tcls近似聚合模型計(jì)算tcls聚合體功率的上下界范圍及估計(jì)值。

進(jìn)一步地，所述第二構(gòu)建模塊302，進(jìn)一步包括：

分析模塊，用于分析單個(gè)tcl-i的開機(jī)和停機(jī)周期；

占空比計(jì)算模塊，用于計(jì)算tcl-i占空比范圍；

確定模塊，用于確定海量tcls近似聚合模型。

進(jìn)一步地，所述計(jì)算模塊，進(jìn)一步包括：

第一計(jì)算子模塊，用于計(jì)算tcls聚合功率上下界；

第二計(jì)算子模塊，用于計(jì)算tcls聚合功率估計(jì)值。

本發(fā)明所提出居民溫控負(fù)荷近似聚合建模方法簡(jiǎn)單易行、誤差較小的特點(diǎn)，在區(qū)域電網(wǎng)的實(shí)際調(diào)度中，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)和本區(qū)域tcls負(fù)荷的參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，利用本發(fā)明方法能夠方便、快速地確定tcls聚合功率的估計(jì)值及上下界范圍，有利于引導(dǎo)居民溫控負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、cd-rom、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本申請(qǐng)是參照根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。