一種融合需求側(cè)響應(yīng)的分布式能源系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分布式能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種融合需求側(cè)響應(yīng)的分布式能源系 統(tǒng)能量?jī)?yōu)化調(diào)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 分布式能源系統(tǒng)是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)，可通過(guò)對(duì)風(fēng)/光/儲(chǔ)等 分布式能源的綜合管理和優(yōu)化調(diào)度實(shí)現(xiàn)用戶冷/熱/電多種能源的梯級(jí)利用，以有效提高 綜合能源利用效率，降低用戶用能成本。然而，目前分布式能源系統(tǒng)中高比例間歇性分布式 電源的消納需要配置大容量的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，以保障用戶供電質(zhì)量與可靠性。當(dāng)前儲(chǔ)能設(shè) 備成本高，大容量投入在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上都比較難以實(shí)現(xiàn)，給分布式能源系統(tǒng)的安全高效 運(yùn)行帶來(lái)了一定困難。如何在保障運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)高比例間歇性分布式電源的充 分消納，是當(dāng)前分布式能源系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用面臨的主要技術(shù)瓶頸。針對(duì)此問(wèn)題，部分學(xué)者 開(kāi)展了深入的研究：由于目前技術(shù)的欠缺，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本依舊居高不下；同時(shí)，分布 式電源的功率輸出具有隨機(jī)不確定性，由此會(huì)導(dǎo)致電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的頻繁沖放電，加快了蓄 電池的老化過(guò)程。
[0003] 當(dāng)前電池儲(chǔ)能設(shè)備成本高，大容量投入在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上都比較難以實(shí)現(xiàn)，給分 布式能源系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行帶來(lái)了一定困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種融合需求側(cè)響應(yīng)的分布式能源系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化調(diào)控方 法，旨在解決當(dāng)前電池儲(chǔ)能設(shè)備成本高，大容量投入在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上都比較難以實(shí)現(xiàn)，給 分布式能源系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行帶來(lái)困難的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種融合需求側(cè)響應(yīng)的分布式能源系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化調(diào)控方 法，所述融合需求側(cè)響應(yīng)的分布式能源系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化調(diào)控方法建立分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào) 控模型，通過(guò)引入用戶制冷設(shè)備的響應(yīng)能力來(lái)參與分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行；同時(shí)通過(guò)考 慮系統(tǒng)內(nèi)建筑的熱平衡方程，來(lái)定量描述獲得用戶室內(nèi)溫度與制冷設(shè)備出力之間的數(shù)學(xué)關(guān) 系。
[0006] 進(jìn)一步，所述融合需求側(cè)響應(yīng)的分布式能源系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化調(diào)控方法具體包括：
[0007] 步驟一，基于分布式能源系統(tǒng)所接入的主網(wǎng)電力市場(chǎng)環(huán)境、分布式能源系統(tǒng)自身 的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、需求側(cè)響應(yīng)資源、分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備的特性，建立分布式能源系統(tǒng)的能量 管理優(yōu)化調(diào)度模型、約束及目標(biāo)，獲得相關(guān)參數(shù)信息；
[0008] 步驟二，對(duì)于分布式能源系統(tǒng)內(nèi)的分布式電源和負(fù)荷，所處的外界環(huán)境進(jìn)行能量 管理調(diào)度周期內(nèi)的預(yù)測(cè)；
[0009] 步驟三，基于所建立目標(biāo)分布式能源系統(tǒng)的能量管理優(yōu)化調(diào)度模型，進(jìn)行能量管 理優(yōu)化調(diào)度求解；
[0010] 步驟四，根據(jù)優(yōu)化模型，通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法獲得運(yùn)算周期內(nèi)分布式能源系統(tǒng)能量管理每 個(gè)階段的運(yùn)行方案一天之內(nèi)的出力調(diào)度方案；
[0011] 步驟五基于優(yōu)化所得調(diào)度方案，利用能量管理系統(tǒng)向各受控對(duì)象下發(fā)控制命令。
[0012] 進(jìn)一步，所述構(gòu)建優(yōu)化調(diào)控模型包括用戶舒適度與制冷設(shè)備出力之間數(shù)學(xué)模型， 具體構(gòu)建方法如下：PJ%分布式能源系統(tǒng)與外電網(wǎng)的交換功率，當(dāng)為正時(shí)，分布式能源系 統(tǒng)從電網(wǎng)獲得電量，為負(fù)時(shí)，分布式能源系統(tǒng)向外電網(wǎng)售電；P wt、Ppv*別表不風(fēng)力發(fā)電和光 伏發(fā)電設(shè)備的出力；L為分布式能源系統(tǒng)中的電負(fù)荷；P bt表示分布式能源系統(tǒng)中蓄電池的 出力，當(dāng)其為正時(shí)，蓄電池充電，為負(fù)時(shí)，蓄電池放電；P%為電制冷機(jī)的輸入電功率；Q%為電 制冷機(jī)的輸出制冷功率；(^為分布式能源系統(tǒng)中的冷負(fù)荷，全部為夏季降低室溫所用；
[0013] 步驟一，獲得用戶室內(nèi)溫度與制冷設(shè)備出力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，依據(jù)能量守恒的原 則得到建筑的熱平衡方程，如式（1)所示：
[0015] 其中dTin/cU為室內(nèi)溫度的變化率；p ·ν為室內(nèi)空氣的質(zhì)量；C為比熱容；AQ為 室內(nèi)熱量的變化量；
[0016] 步驟二，式（1)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為式（2):
[0018] 其中，kwall · Fwall · (Tciut-Tin)為建筑外墻與室外傳遞的熱量；kwal^建筑外墻的傳 熱系數(shù) ；Fwall為建筑外墻面積；(Τ _-Τιη)為室內(nèi)外溫度差；kwin · Fwin · (Tciut-Tin)為建筑外窗 與室外傳遞的熱量；kwin為建筑外窗的傳熱系數(shù)；Fwin為建筑外窗的面積；/·~" 表示太 陽(yáng)熱輻射傳遞的熱量；i為太陽(yáng)輻射功率，表示與光照垂直時(shí)每平方米每秒接受的熱量；sc 為遮陽(yáng)系數(shù)，與是否有遮陽(yáng)板、玻璃材質(zhì)有關(guān)；Q為室內(nèi)熱源的發(fā)熱功率；Qd為制冷設(shè)備的 制冷功率；
[0019] 步驟三，約束條件與優(yōu)化決策變量：
[0020] 電母線的能量平衡方程如下：
[0022] 冷母線能量平衡方程：
[0023] Qec=Qcl (4)
[0024] 電制冷設(shè)備能量轉(zhuǎn)換方程，其中EER為電制冷設(shè)備的制冷能效比：
[0025] Qec= Pec .EER (5)
[0026] 式子⑷和（5)合為式（6):
[0027] Qcl= Pec .EER (6)
[0028] 式（1)和（6)即為該分布式能源系統(tǒng)利用母線式結(jié)構(gòu)所得到的能量平衡方程；
[0029] 步驟四，將式（6)帶入熱平衡方程（2)，得到以電制冷設(shè)備功率表達(dá)的熱平衡方 程：
[0031] 分布式能源系統(tǒng)中各設(shè)備的功率上下限約束如式（8)所示：
[0033] 步驟五，蓄電池荷電狀態(tài)的約束，如下式（9)所示：
[0035] 其中，Wbt表不蓄電池某一時(shí)刻的電量，例如時(shí)刻t時(shí)：
[0037] 其中，Wbtw為蓄電池的初始電量；
[0038] 步驟六，分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控目標(biāo)函數(shù)：
[0040] 式中第一項(xiàng)
為分布式能源系統(tǒng)與電網(wǎng)能量交換帶 來(lái)的凈支出；Cpm為i時(shí)刻從電網(wǎng)購(gòu)電的電價(jià)；Cmi1S i時(shí)刻向電網(wǎng)售電的電價(jià)；
[0041] 式中第二項(xiàng)
代表分布式能源 系統(tǒng)中各設(shè)備的使用維護(hù)成本。
分別代表風(fēng)機(jī)、光伏、蓄電池和 電制冷機(jī)單位時(shí)間段、單位功率的使用維護(hù)成本；
[0042] 式中第三項(xiàng)r · I Tinil Tsf3t I為影響用戶舒適性而設(shè)的罰函數(shù)項(xiàng)，γ為罰因子，為 用戶對(duì)舒適性的敏感程度，單位為元/°C ;γ根據(jù)不同的用戶敏感性來(lái)選擇，稱為用戶敏感 系數(shù)；
[0043] 步驟七，約束和目標(biāo)函數(shù)共同組成了一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，以每15分鐘為 一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，全天共96個(gè)時(shí)刻，分布式能源系統(tǒng)的融合需求側(cè)響應(yīng)優(yōu)化調(diào)控模型如（14)所 示：
[0044]
[0045] 其中 t = 1，2,…，96。
[0046] 進(jìn)一步，優(yōu)化模型中日結(jié)束時(shí)刻與起始時(shí)刻的電池蓄電量相等，即Pbt還需滿足下 式約束：
[0048] 最后，需要考慮建筑室內(nèi)溫度上下限約束：
[0050] 該優(yōu)化模型中Pwt、Ppv、UP /均為已知預(yù)測(cè)量，優(yōu)化過(guò)程中的變量包括PM、Pbt、P% 和Tin，看出Tin的值可根據(jù)熱平衡方程式（2)由上述已知預(yù)測(cè)量和P %求得，因此Tin為非獨(dú) 立變量，獨(dú)立決策變量只有三個(gè)：Pex、Pbt、Pec。
[0051] 本發(fā)明提供的融合需求側(cè)響應(yīng)的分布式能源系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化調(diào)控方法，將用戶側(cè)電 冷熱轉(zhuǎn)換裝置（電制冷機(jī)或熱栗等設(shè)備）納入分布式能源系統(tǒng)的調(diào)控過(guò)程之中，以分布式 能源系統(tǒng)綜合調(diào)控成本最小為目標(biāo)，建立了分布式能源系統(tǒng)調(diào)控方法的優(yōu)化模型，并進(jìn)行 優(yōu)化求解，可在滿足用戶用能舒適性的基礎(chǔ)上，減少對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的依賴性，有效提高分 布式能源系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；建立了分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控模型，通過(guò)引入用戶側(cè)制冷 設(shè)備的響應(yīng)能力來(lái)參與分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)考慮系統(tǒng)內(nèi)建筑的熱平衡方 程，來(lái)定量描述獲得用戶室內(nèi)溫度與制冷設(shè)備出力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，保證用戶舒適性。結(jié)果 表明引入用戶需求響應(yīng)可有效節(jié)約用能成本。本發(fā)明可通過(guò)在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室 溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)資源的優(yōu)化響應(yīng)管理，從而降低微網(wǎng)的運(yùn)行成本。同時(shí)，本發(fā)明通 過(guò)對(duì)需求側(cè)資源的優(yōu)化響應(yīng)管理可降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置，在一定程度上降低微網(wǎng)的投 資成本。另外，由于用戶對(duì)舒適性的要求不同，因此本發(fā)明引入了用戶敏感系數(shù)，并在微網(wǎng) 調(diào)度目標(biāo)中考慮了因影響用戶舒適性而加入的懲罰項(xiàng)，使得優(yōu)化調(diào)度能夠?qū)τ脩舻牟煌?感系數(shù)作出相應(yīng)調(diào)整，滿足用戶個(gè)性化用能需求。
【附圖說(shuō)明】
[0052] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的融合需求側(cè)響應(yīng)的分布式能源系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化調(diào)控方 法流程圖。
[0053] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的分布式能源系統(tǒng)母線式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的分布式能源系統(tǒng)日用電量曲線示意圖。
[0055] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的建筑內(nèi)熱源發(fā)熱曲線示意圖。
[0056] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)時(shí)電價(jià)曲線示意圖。
[0057] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的環(huán)境溫度曲線示意圖。
[0058] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度曲線示意圖。
[0059] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的風(fēng)機(jī)出力曲線示意圖。
[0060] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的光伏出力曲線示意圖。
[0061] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的聯(lián)絡(luò)線交換功率曲線示意圖。
[0062] 圖11是本