一种融合需求侧虚拟储能系统的楼宇微网优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种融合需求侧虚拟储能系统的楼宇微网优化调度方法，包括：构建微网系统模型、基于楼宇蓄热特性构建楼宇虚拟储能系统模型、将虚拟储能系统集成到楼宇微网优化调度模型中，通过在温度舒适度范围内对楼宇室温进行优化调节，从而构建优化调度目标函数，选取优化调度约束条件后，在MATLAB软件环境下调用CPLEX进行优化调度求解，最终得到冷热电联供楼宇微网优化调度方案，实现对楼宇虚拟储能系统的充放电管理。本发明专利技术融合需求侧虚拟储能系统的楼宇微网优化调度方法可以在保证温度舒适度的前提下充分发掘楼宇参与微网经济优化运行的虚拟储能潜力，辅助提升微网综合能源利用效率，在一定程度上降低了微网运行成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微型能源网优化运行，具体讲，涉及一种融合虚拟储能系统的冷热电联供楼宇微网优化调度方法。
技术介绍
随着近年来可再生能源利用技术的不断发展，越来越多的分布式供能系统在楼宇侧集成，形成了以楼宇为主体的微网系统，为楼宇供能提供了多种低碳解决方案。冷热电联供楼宇微网(下文简称微网)是通过将可再生能源、冷热电联供(Combined cooling,heating and power system,CCHP)、储能系统以及相关技术集成在楼宇供能系统中形成的多能源联合供能系统。根据微网内部各单元的配置来制定微网的最优调度方案，对微网内综合能源进行协调优化和管理，可实现多种能源互补、可再生能源的充分消纳利用，降低微网运行成本。需求侧可控负荷(空调、热水器、冰箱、电动汽车等)具有运行方式灵活且柔性可控的特征，可根据系统需要由调度中心直接控制其工作状态，或者利用经济措施(如实时电价)诱导用户有选择的改变其能源消费方式，达到需求侧管理(demand side management，DSM)的目的。文献分别对温控负荷、电动汽车等可控负荷进行需求管理，从而达到优化负荷曲线、削峰填谷以及电网频率控制等目的，且可以尽可能地维持用户用能舒适度在一个较高的水平。在楼宇微网中，由于楼宇建筑墙体等围护结构的隔热效果，室内与室外的热交换过程较慢，室内的温度相对于电气特征量不会迅速发生变化。因此，在电价较低的时段可以提前为楼宇制热/制冷，也可以在电价较高的时段降低电制热/制冷功率，使楼宇对微网表现出类似于储能系统的充放电特性，从而在不破坏温度舒适度的前提下提高楼宇微网运行的经济性。[参考文献][1]Cristofari C，R，Canaletti J L，et al.Innovative alternative solar thermal solutions for housing in conservation-area sites listed as national heritage assets[J].Energy&Buildings，2015，89：123–131.[2]Buonomano A，Palombo A.Building energy performance analysis by an in-house developed dynamic simulation code:An investigation for different case studies[J].Applied Energy，2014，113(6)：788-807.[3]Gloriant F，Tittelein P，Joulin A，et al.Modeling a triple-glazed supply-air window[J].Building&Environment，2015，84：1-9.[4]Igualada L，Corchero C，Cruz-Zambrano M，et al.Optimal energy management for a residential microgrid including a vehicle-to-grid system[J].IEEE Transactions on Smart Grid，2014，5(4)：2163-2172.[5]Loukarakis E，Dent C J，Bialek J W.Decentralized Multi-Period Economic Dispatch for Real-Time Flexible Demand Management[J].IEEE Transactions on Power Systems，2015：1-13，in press.[6]Geng G，Ajjarapu V，Jiang Q.A Hybrid Dynamic Optimization Approach for Stability Constrained Optimal Power Flow[J].IEEE Transactions on Power Systems，2014，29(5)：2138-2149.[7]王孟夏，韩学山，杨朋朋，等.计及电热耦合的动态最优潮流模型与算法[J].电力系统自动化，2010，34(3)：28-32.Wang Mengxia，Han Xueshan，Yang Pengpeng，et al.Dynamic optimal power flow model considering electro-thermal coupling and its algorithm[J].Automation of Electric Power System，2010，34(3)：28-32.[8]吴雄，王秀丽，李骏，等.风电储能混合系统的联合调度模型及求解[J].中国电机工程学报，2013，33(13)：10-17.Wu Xiong，Wang Xiuli，Li Jun，et al.A joint operation model and solution for hybrid wind energy storage systems[J].Proceedings of the CSEE，2013，33(13)：10-17.[9]苏粟，蒋小超，王玮，等.计及电动汽车和光伏—储能的微网能量优化管理[J].电力系统自动化，2015，39(9)：164-171.Su Su，Jiang Xiaochao，Wang Wei，et al.Optimal energy management for microgrids considering electric vehicles and photovoltaic-energy storage[J].Automation of Electric Power System，2015，39(9)：164-171.[10]Yu J，Tian L，Xu X，et al.Evaluation on energy and thermal performance for office building envelope in different climate zones of China[J].Energy&Buildings，2015，86：626–639.[11]李存斌，张建业，李鹏.考虑成本、排污及风险的微电网运营多目标优化模型[J].中国电机工程学报,2015，35(5)：1051-1058.Li Cunbin，Zhanag Jianye，Li Peng.Multi-objective optimization model of micro-grid operation considering cost,pollution discharge and risk[J].Proceedings of the CSEE，2015，35(5)：1051-1058.[12]New York Independent System Operator[Online].Available：http://www.nyis本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合需求侧虚拟储能系统的楼宇微网优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、微网系统建模，包括1‑1)微型燃气轮机微型燃气轮机输出功率如式(1)所示：PMT,t＝Pgas×ηMT       (1)式(1)中：PMT,t为微型燃气轮机的输出功率，单位为kW；Pgas为微型燃气轮机消耗的天然气功率，单位为kW；ηMT为微型燃气轮机的发电效率；1‑2)吸收式制冷机吸收式制冷机通过微型燃气轮机的余热驱动，其制冷功率如式(2)所示：QAC,t＝ηHE×γMT×PMT,t×COPAC          (2)式(2)中：QAC,t为吸收式制冷机的制冷功率输出，单位为kW；γMT为微型燃气轮机的热电比；ηHE为换热装置的效率；COPAC为吸收式制冷机的能效比；1‑3)电制冷机电制冷机通过消耗电能制冷，其制冷功率如式(3)所示：QEC,t＝PEC,t×COPEC       (3)式(3)中：QEC,t为电制冷机的制冷功率输出，单位为kW；PEC,t为电制冷机消耗的电功率，单位为kW；COPEC为电制冷机的能效比；步骤二、楼宇虚拟储能系统建模基于楼宇的蓄热特性，依据能量守恒得到楼宇的热平衡方程，如式(4)：ΔQ=ρ×C×V×dTindτ---(4)]]>式(4)中：ΔQ为室内热量的变化量，单位为J/s；ρ为空气密度，单位为kg/m3；C为空气比热容，单位为J/(kg·℃)；室内温度的变化率乘以室内空气的质量再乘以其比热容，等于室内热量的变化量；V为室内空气体积，单位为m3；夏季制冷时，基于楼宇的热平衡方程构建楼宇的虚拟储能系统模型，表达式如式(5)：kwall×Fwall×(Tout-Tin)+kwin×Fwin×(Tout-Tin)+I×Fwin×SC+Qin-Qcl=ρ×C×V×dTindτ---(5)]]>式(5)中等号左边：第一项(kwall×Fwall×(Tout‑Tin))表示建筑外墙与室外传递的热量，单位为kW；其中，kwall为建筑外墙的传热系数，单位为W/(m2·K)，表示稳态传热时，室内外温度差每一单位每秒中传过墙体的热量；Fwall为建筑外墙面积，单位为m2；(Tout‑Tin)为室内外温度差，单位为K；第二项(kwin×Fwin×(Tout‑Tin))表示建筑外窗与室外传递的热量，单位为kW：其中kwin为建筑外窗的传热系数，单位为W/(m2·K)；Fwin为建筑外窗的面积，单位为m2；第三项I×Fwin×SC表示太阳热辐射传递的热量，单位为kW，其中I为太阳辐射功率，单位为kW/m2，表示与光照垂直照射时每平方米每秒接受的热量；SC为遮阳系数：其取值为0‑1；Qin为室内热源的发热功率，单位为kW：包括人体及用电设备的发热；Qcl为制冷设备的制冷功率，单位为kW；依据式(5)得到楼宇室内温度与制冷设备制冷功率的数学关系，并根据用户室内温度舒适度的范围对楼宇制冷需求进行调节；基于楼宇的虚拟储能系统的充放电功率如式(6)所示：QVSS,t＝Q′cl,building,t‑Qcl,building,t      (6)式(6)中：QVSS,t为虚拟储能系统的充放电功率，单位为kW，放电为正，充电为负；Q′cl,building,t为不调节室内温度的楼宇制冷电功率需求，单位为kW；Qcl,building,t为考虑在温度舒适度范围内调节室内温度的楼宇制冷电功率需求，单位为kW；步骤三、优化调度目标函数构建将楼宇虚拟储能系统模型集成到楼宇微网的优化调控模型中，同时考虑楼宇用户可接受的温度调节范围，构建楼宇微网的经济优化调度模型；其中，楼宇微网的类型包括电制冷类型楼宇微网和冷电联供类型楼宇微网，所述电制冷类型楼宇微网的设备包括光伏、风机、蓄电池和电制冷机，所述冷电联供类型楼宇微网的设备包括光伏、风机、蓄电池、微型燃气轮机和吸收式制冷机；3‑1)电制冷类型楼宇微网融合虚拟储能系统后的经济优化调度模型的目标函数为：minΣt=1N{(Cph,t+Cse,t2Pex,t+Cph,t-Cse,t2|Pex,t|)}+(PWT,tCWT_om+PPV,tCPV_om+|Pbt,t|Cbt_om+PEC,tCEC_om)+γ|Tin,t-Tset|}---(7)]]>式(7)中：第一项为该微网从配电网购电的成本，Pex,t为微网与配电网交换的电功率，单位为kW，购电为正，售电为负；第二项为该微网中所有设备的使用维护成本，PWT,t、PPV,t、Pbt,t和PEC,t分别为t时刻风机出力、光伏出力、蓄电池充放电功率以及电制冷...

【技术特征摘要】
1.一种融合需求侧虚拟储能系统的楼宇微网优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、微网系统建模，包括1-1)微型燃气轮机微型燃气轮机输出功率如式(1)所示：PMT,t＝Pgas×ηMT (1)式(1)中：PMT,t为微型燃气轮机的输出功率，单位为kW；Pgas为微型燃气轮机消耗的天然气功率，单位为kW；ηMT为微型燃气轮机的发电效率；1-2)吸收式制冷机吸收式制冷机通过微型燃气轮机的余热驱动，其制冷功率如式(2)所示：QAC,t＝ηHE×γMT×PMT,t×COPAC (2)式(2)中：QAC,t为吸收式制冷机的制冷功率输出，单位为kW；γMT为微型燃气轮机的热电比；ηHE为换热装置的效率；COPAC为吸收式制冷机的能效比；1-3)电制冷机电制冷机通过消耗电能制冷，其制冷功率如式(3)所示：QEC,t＝PEC,t×COPEC (3)式(3)中：QEC,t为电制冷机的制冷功率输出，单位为kW；PEC,t为电制冷机消耗的电功率，单位为kW；COPEC为电制冷机的能效比；步骤二、楼宇虚拟储能系统建模基于楼宇的蓄热特性，依据能量守恒得到楼宇的热平衡方程，如式(4)： Δ Q = ρ × C × V × dT i n d τ - - - ( 4 ) ]]>式(4)中：ΔQ为室内热量的变化量，单位为J/s；ρ为空气密度，单位为kg/m3；C为空气比热容，单位为J/(kg·℃)；室内温度的变化率乘以室内空气的质量再乘以其比热容，等于室内热量的变化量；V为室内空气体积，单位为m3；夏季制冷时，基于楼宇的热平衡方程构建楼宇的虚拟储能系统模型，表达式如式(5)： k w a l l × F w a l l × ( T o u t - T i n ) + k w i n × F w i n × ( T o u t - T i n ) + I × F w i n × S C + Q i n - Q c l = ρ × C × V × dT i n ...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆云飞，靳小龙，贾宏杰，余晓丹，戚冯宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12