一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，多能互补系统包括集成并应用于低碳建筑的风力发电系统、光伏发电系统、储能系统，该多能互补系统优化运行方法先采用拉丁超立方抽样法对风力发电及光伏发电两种新能源出力进行抽样，生成新能源出力场景；再采用K‑means聚类算法进行新能源出力场景聚类，获得目标场景集合；最后对目标场景集合求解，实现多能互补系统并网运行的弃电量和弃负荷电量之和最小。本发明专利技术有效提高清洁能源的利用率，减少低碳建筑的购电量。

【技术实现步骤摘要】
一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法
本专利技术涉及可再生能源
，更具体地说，涉及一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法。
技术介绍
随着全球气温的不断升高，而导致气温升高的元凶就是CO2，CO2排放量引起的气候问题也越来越显著。由于现有建筑可再生新能源利用率不高，消耗常规化石能源产生较大碳排放，产生温室气体，不可持续健康发展。绿色技术和清洁可再生能源技术，特别是风力发电技术和风力发电技术，得到了快速发展，储能系统是提高清洁可再生能源利用率的重要方式。本专利技术设计一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，将可再生能源技术应用于现代建筑实现可持续发展，实现低碳建筑甚至零碳建筑。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，所述多能互补系统包括集成并应用于低碳建筑的风力发电系统、光伏发电系统、储能系统，该多能互补系统优化运行方法先采用拉丁超立方抽样法对风力发电及光伏发电两种新能源出力进行抽样，生成新能源出力场景；再采用K-means聚类算法进行新能源出力场景聚类，获得目标场景集合；最后对目标场景集合求解，实现多能互补系统并网运行的弃电量和弃负荷电量之和最小。在上述方案中，对目标场景集合通过以下优化模型求解：以多能互补系统并网运行的弃电量F1和弃负荷电量F2之和最小为目标函数，以储能电池容量约束、储能电池功率约束、购售电功率约束、净购电量约束、功率平衡约束为约束条件，minF＝F1+F2(1)上式中，πs为场景s出现的概率，Ns为削减后的场景数，T为调度时间段，N为风电机组和光伏机组的总数，PDERi.s(t)为场景s下时刻t第i台新能源机组的实际出力，PDERi0.s(t)为场景s下时刻t第i台新能源机组的预测出力，Pil.s(t)为场景s下t时刻的弃负荷电量。在上述方案中，目标场景集合求解的约束条件如下：1)储能电池容量约束条件：Emin+ER≤Es(t)≤Emax(5)Es(0)＝Es(24)(6)式中，Es(t)为场景s下储能电池在时刻t的电量，ε为储能电池自放电率，PB.s(t)为场景s下t时刻的充电或放电功率，PB.s(t)＞0表示储能电池向多能互补系统放电，PB.s(t)＜0表示储能电池从多能互补系统充电，βdis和βch分别为储能电池的放电效率和充电效率，Emin和Emax分别为储能电池的剩余容量的上限和下限，ER为储能电池在多能互补系统故障时为负荷提供的备用容量，公式(6)表示在一天的调度周期后储能电池的剩余容量与调度初始剩余容量相同；2)储能电池功率约束条件：PBmin≤PB.s(t)≤PBmax(7)上式中，PBmin和PBmax为储能电池的最小和最大放电功率；3)购售电功率约束条件：Pgrid.min(t)≤Pgrid.s(t)≤Pgrid.max(t)(8)上式中，Pgrid.s(t)、Pgrid.min(t)、Pgrid.max(t)依次表示场景s下t时刻多能互补系统与上级电网的交换功率、t时刻多能互补系统与上级电网的最小交换功率和最大交换功率；4)净购电量约束条件：上式中，β为净购电量比例系数，Pl(t)为t时刻的负荷需求；5)功率平衡约束条件：实施本专利技术一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，具有以下有益效果：1、本专利技术利用拉丁超立方抽样生成新能源出力场景，拉丁超立方抽样(Latinhypercubesampling)是一种多维分层抽样方法，能够很好的反映随机变量的分布特性和尾部特性、具有较好的稳健性，且能够确保抽样区域都能被抽样点覆盖。2、本专利技术采用K-means聚类算法进行新能源出力场景聚类，K-means聚类算法具有搜索能力强、聚类速度快、便于处理大量数据等优点。3、本专利技术有效提高清洁能源的利用率，减少低碳建筑的购电量。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为实施例中低碳建筑示范基地多能互补系统优化运行方法的流程示意图；图2为实施例中风力发电、光伏发电两种新能源的预测出力曲线；图3为实施例中风力发电新能源的出力抽样结果；图4为实施例中光伏发电新能源的出力抽样结果；图5为实施例中削减后风力发电新能源出力场景；图6为实施例中削减后光伏发电新能源出力场景。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术提供一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，多能互补系统包括集成并应用于低碳建筑的风力发电系统、光伏发电系统、储能系统，该多能互补系统优化运行方法先采用拉丁超立方抽样法对风力发电及光伏发电两种新能源出力进行抽样，生成新能源出力场景；再采用K-means聚类算法进行新能源出力场景聚类，获得目标场景集合；最后对目标场景集合求解，实现多能互补系统并网运行的弃电量和弃负荷电量之和最小。对目标场景集合通过以下优化模型求解：以多能互补系统并网运行的弃电量F1和弃负荷电量F2之和最小为目标函数，以储能电池容量约束、储能电池功率约束、购售电功率约束、净购电量约束、功率平衡约束为约束条件，minF＝F1+F2(1)上式中，πs为场景s出现的概率，Ns为削减后的场景数，T为调度时间段，N为风电机组和光伏机组的总数，PDERi.s(t)为场景s下时刻t第i台新能源机组的实际出力，PDERi0.s(t)为场景s下时刻t第i台新能源机组的预测出力，Pil.s(t)为场景s下t时刻的弃负荷电量。目标场景集合求解的约束条件如下：1)储能电池容量约束条件：Emin+ER≤Es(t)≤Emax(5)Es(0)＝Es(24)(6)式中，Es(t)为场景s下储能电池在时刻t的电量，ε为储能电池自放电率，PB.s(t)为场景s下t时刻的充电或放电功率，PB.s(t)＞0表示储能电池向多能互补系统放电，PB.s(t)＜0表示储能电池从多能互补系统充电，βdis和βch分别为储能电池的放电效率和充电效率，Emin和Emax分别为储能电池的剩余容量的上限和下限，ER为储能电池在多能互补系统故障时为负荷提供的备用容量，公式(6)表示在一天的调度周期后储能电池的剩余容量与调度初始剩余容量相同；2)储能电池功率约束条件：PBmin≤PB.s(t)≤PBmax(7)上式中，PBmin和PBmax为储能电池的最小和最大放电功率；3)购售电功率约束条件：Pgrid.min(t)≤Pgrid.s(t)≤Pgrid.max(t)(8)上式中，Pgrid.s(t)、Pgrid.min(t)、Pgrid.max(t)依次表示场景s下t时刻多能互补系统与上级电网的交换功率、t时刻多能互补系统与上级电网的最小交换功率和最大交换功率；4)净购电量约束条件：上式中，β为净购电量比例系数，Pl(t)为t时刻的负荷需求；5)功率平衡约束条件：以某低碳建筑示范基地为例，其安装有光伏发电系统和风力发电系统，多能互补系统安装风电100kW、光伏200kW、蓄电池储能系统充放电功率上下限-150kW～150kW、蓄电池容量600kWh。如图1所示，本实施例多能互补系统优化运行方法的步骤如下：(1)输入风电、光伏、储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，其特征在于，所述多能互补系统包括集成并应用于低碳建筑的风力发电系统、光伏发电系统、储能系统，该多能互补系统优化运行方法先采用拉丁超立方抽样法对风力发电及光伏发电两种新能源出力进行抽样，生成新能源出力场景；再采用K‑means聚类算法进行新能源出力场景聚类，获得目标场景集合；最后对目标场景集合求解，实现多能互补系统并网运行的弃电量和弃负荷电量之和最小。

【技术特征摘要】
1.一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，其特征在于，所述多能互补系统包括集成并应用于低碳建筑的风力发电系统、光伏发电系统、储能系统，该多能互补系统优化运行方法先采用拉丁超立方抽样法对风力发电及光伏发电两种新能源出力进行抽样，生成新能源出力场景；再采用K-means聚类算法进行新能源出力场景聚类，获得目标场景集合；最后对目标场景集合求解，实现多能互补系统并网运行的弃电量和弃负荷电量之和最小。2.根据权利要求1所述的一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，其特征在于，对目标场景集合通过以下优化模型求解：以多能互补系统并网运行的弃电量F1和弃负荷电量F2之和最小为目标函数，以储能电池容量约束、储能电池功率约束、购售电功率约束、净购电量约束、功率平衡约束为约束条件，minF＝F1+F2(1)上式中，πs为场景s出现的概率，Ns为削减后的场景数，T为调度时间段，N为风电机组和光伏机组的总数，PDERi.s(t)为场景s下时刻t第i台新能源机组的实际出力，PDERi0.s(t)为场景s下时刻t第i台新能源机组的预测出力，Pil.s(t)为场景s下t时刻的弃负荷电量。3.根据权利要求2所述的一种适用零碳建筑的多能互补系统优化运行方法，其特征在于，目标场景集合求解的约束条件如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻明江，朱晔，孙辰军，韦古强，陈轩恕，兰贞波，刘波，隗震，冯万兴，周盛，王卓，李文岚，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，国网河北省电力公司，都城伟业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42