一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统及管理方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统，由上层中央控制器和与其相连的下层各子系统构成，本发明专利技术还包括一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统的管理方法，包括如下步骤：S1上层中央控制器与下层各子系统通信，确定运行状态及运行参数需求；S2上层中央控制器构建区域综合优化模型，优化目标为降低区域的总能耗；S3根据步骤S2建立好的系统模型，上层中央控制器求解区域综合优化问题；S4上层中央控制器将优化结果传达给相应的下层子系统；S5下层各子系统根据上层中央控制器发送的参数，各自在本时段内完成控制及优化，本发明专利技术能提升现有能量管理系统的整体性能和效益水平，节约建设和运营成本，具有良好的扩展性和广阔的使用价值。

A Regional Energy Management System and Management Method Based on Distributed Optimal Algorithms

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统及管理方法
本专利技术涉及负荷控制和优化管理领域，具体涉及一种基于分布式优化算法的区域能源管理系统及管理方法。
技术介绍
目前，目前在智能园区中，工商业用户、智能楼宇、居民用户等多种类型用户并存，广泛分布着光伏、风电、分布式储能、地源热泵、蓄热锅炉、冰蓄冷、水蓄冷等冷热电多种混合能源，同时电动汽车及高载能负载等也在快速发展。如此丰富的需求侧资源，却没有被充分的考虑进现有的区域能量系统中，更缺乏对这些多元化组件的完善的建模分析。在不久的将来，一个区域能量系统中会集成各种分布式电源、储能设备、电动汽车等等不同的能源组件，负荷将具有很高的可控性，从而为电网的优化运行带来很大的潜力。因此迫切需要提出一个区域能量管理系统的新算法和性策略，以提高区域中多种能源的使用效率和可扩展性，并增强区域参与电网优化运行能力。当前大部分楼宇能量管理系统存在以下弊端：(1)将能量优化问题建模成集中式优化问题，将区域全局中所有的组件的信息汇集到一个中心节点进行优化计算；这样，当区域能量管理系统接入的组件量变得很大时，集中式算法架构的运行效率大幅度下降，需要大量运算时间来做出控制响应；(2)不具有良好的可扩展性，难以应对大量的不同种类的可控组件的接入；而且，集中式算法由于采用集中生成策略的方式，在系统局部或者某个组件出现故障或者异常的情况下，整体能耗会激增，优化效果会大大降低；(3)集中了所有组件的信息，对信息安全的要求非常高，增加了整个能量管理系统建设的成本和后期运营成本，一旦出现信息安全事故，会对用户隐私和系统整体安全带来严重的损害。专利技术内容本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种运行效率高，具有良好的可扩展性，建设成本和后期运营成本低，能有效提升区域能源优化管理效果的一种基于分布式优化算法的区域能源管理系统及管理方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统，包括：上层中央控制器，用于处理整个区域固定时间长度内的能量分配，并将能量分配的相关信息发送给下层子系统；下层各子系统，由多个受控单元构成，用于接收上层中央控制器发送的相关信息后完成各自的控制和优化。基于分布式优化算法的区域能量管理系统的管理方法，其包括如下步骤：S1每一个时段开始时，上层中央控制器与下层各子系统通信，确定运行状态及运行参数需求；S2上层中央控制器构建区域综合优化模型，优化目标为降低区域的总能耗，同时保证各个系统的状态需求及参数需求；S3根据步骤S2建立好的系统模型，上层中央控制器求解区域综合优化问题；S4上层中央控制器将优化结果传达给相应的下层子系统；S5下层各子系统根据上层中央控制器发送的参数，各自在本时段内完成控制及优化。进一步的，所述S5中的控制及优化的算法流程如下：(1)非凸优化问题松弛为凸优化问题：对于稳态目标优化，若其为凸优化问题，则跳过此步骤；若其为非凸优化问题，则需先将问题近似并得到凸化后的问题；(2)找出凸化前后最优解不变的条件：由于凸化过程扩大了约束集的范围，凸化后问题的最优解不一定是原问题的最优解，因此需要找出凸化前后最优解不变的条件；通过对比凸化后问题的KKT条件与凸化前问题的KKT条件之间的包含关系找出该条件；(3)引入辅助变量：在满足最优解不变的条件下，原稳态优化问题的解等价于凸化后优化问题的解，把决策变量用引入的辅助变量替换；(4)分布式求解：利用原-对偶梯度算法设计分布式算法，并引入辅助动态系统以提高算法；(5)闭环实现：步骤(4)中得到的分布式算法的更新需要外扰信息，由于外扰信息输入随时间变化且不容易测量，我们把原系统模型整理为关于外扰的函数并带入分布式算法，从而得到了闭环实现。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的基于分布式优化算法的区域能源管理系统及管理方法，通过对分层级的能量管理模型、分布式优化算法、凸优化方法，提升现有能量管理系统的整体性能和效益水平，并在对现有应用实例的充分调研和分析的前提下，通过嵌入软件核心模块的方式，为区域能量管理的建设提供理论指导和实践依据，提高区域能量管理的控制效率和运行水平，节约建设和运营成本，具有良好的扩展性和较广阔的使用价值。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明：附图1为本专利技术中基于分布式优化算法的区域能量管理系统的管理方法的流程图；附图2为本专利技术S5中控制及优化的算法流程；附图3为凸化过程的示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。请参阅附图1-2，本专利技术所述的一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统，包括：上层中央控制器，用于处理整个区域固定时间长度内的能量分配，并将能量分配的相关信息发送给下层子系统；下层各子系统，由多个受控单元构成，用于接收上层中央控制器发送的相关信息后完成各自的控制和优化，受控单元如温控单元、照明单元、通风单元、储能单元、分布式发电机等，不同的单元分布在不同的楼宇中。本专利技术还公开了一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统的管理方法，其包括如下步骤：S1每一个时段开始时，上层中央控制器与下层各子系统通信，确定运行状态及运行参数需求；S2上层中央控制器构建区域综合优化模型，优化目标为降低区域的总能耗，同时保证各个系统的状态需求及参数需求；S3根据步骤S2建立好的系统模型，上层中央控制器求解区域综合优化问题；S4上层中央控制器将优化结果传达给相应的下层子系统；S5下层各子系统根据上层中央控制器发送的参数，各自在本时段内完成控制及优化。另外，S5中的控制及优化的算法流程如下：(1)非凸优化问题松弛为凸优化问题：对于稳态目标优化，若其为凸优化问题，则跳过此步骤；若其为非凸优化问题，则需先将问题近似并得到凸化后的问题。(2)找出凸化前后最优解不变的条件：由于凸化过程扩大了约束集的范围，凸化后问题的最优解不一定是原问题的最优解，因此需要找出凸化前后最优解不变的条件；通过对比凸化后问题的KKT(Karush-Kuhn-Tuckern)条件与凸化前问题的KKT条件之间的包含关系找出该条件；(3)引入辅助变量：在满足最优解不变的条件下，原稳态优化问题的解等价于凸化后优化问题的解，把决策变量用引入的辅助变量替换；(4)分布式求解：利用原-对偶梯度算法设计分布式算法，并引入辅助动态系统以提高算法；(5)闭环实现：步骤(4)中得到的分布式算法的更新需要外扰信息，由于外扰信息输入随时间变化且不容易测量，我们把原系统模型整理为关于外扰的函数并带入分布式算法，从而得到了闭环实现。实施例一：在本实施例中，选用的受控单元为空调箱&变风量系统，空调箱&变风量系统在商业建筑等大型楼宇中的使用率上占主导地位，另外需要强调的一点是，本专利技术所提出的理论、算法及实施方案也可用于解决住宅建筑温控系统的控制节能问题，比如应用于住宅建筑中地暖系统的控制。空调箱&变风量系统的主要包括空调箱(AHU)及一系列风量控制器(VAVBox)，空调箱将外界空气与楼宇回风混合并通过加热盘管加热或冷却盘管冷却至一定温度，然后利用内部的可变频风扇将变温后的空气送至各个房间或控制区域，每个房间或控制区域的风量由风量控制器调控；本实施例将研究如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统，其特征在于，包括：上层中央控制器，用于处理整个区域固定时间长度内的能量分配，并将能量分配的相关信息发送给下层子系统；下层各子系统，由多个受控单元构成，用于接收上层中央控制器发送的相关信息后完成各自的控制和优化。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式优化算法的区域能量管理系统，其特征在于，包括：上层中央控制器，用于处理整个区域固定时间长度内的能量分配，并将能量分配的相关信息发送给下层子系统；下层各子系统，由多个受控单元构成，用于接收上层中央控制器发送的相关信息后完成各自的控制和优化。2.如权利要求1所述的基于分布式优化算法的区域能量管理系统的管理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1每一个时段开始时，上层中央控制器与下层各子系统通信，确定运行状态及运行参数需求；S2上层中央控制器构建区域综合优化模型，优化目标为降低区域的总能耗，同时保证各个系统的状态需求及参数需求；S3根据步骤S2建立好的系统模型，上层中央控制器求解区域综合优化问题；S4上层中央控制器将优化结果传达给相应的下层子系统；S5下层各子系统根据上层中央控制器发送的参数，各自在本时段内完成控制及优化。3.根据权利要求2所述的基于分布式优化算法的区域能量管理系统的管理方...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡秦然，徐弘升，唐小川，
申请(专利权)人：苏州奕星能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32