一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法技术

一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法，包括建立微电网内智能建筑的室内热平衡模型，其中，产热热源包括：建筑窗外光照辐射产热、建筑室内热源与室内空气热交换功率产热、建筑内采暖设备与室内空气热交换功率产热，散热热源包括：建筑墙体内表面与空气对流换热、建筑内窗体渗透耗热量，建筑内冷风侵入/通风耗热量；建立微电网系统运行调度优化模型，包括：以成本最优作为目标函数、功率平衡约束、储能设备约束和柔性负荷约束。本发明专利技术有针对性的在满足建筑热舒适度需求的前提下对微电网进行最优运行调度，提高微电网运行的经济性。能够为城市微电网的运行调度提供指导，有利于提升城市电网的运行及管理水平。

A micro grid operation scheduling method considering the heat balance characteristics of intelligent buildings

A micro grid operation scheduling method considering the heat balance characteristics of intelligent buildings, including the establishment of the indoor heat balance model of intelligent buildings in the micro grid, wherein the heat generation sources include: the heat generation of light radiation outside the building window, the heat generation of indoor heat source and indoor air heat exchange power, the heat generation of heating equipment and indoor air heat exchange power in the building, and the heat dissipation sources include: the building wall Convective heat transfer between the inner surface and the air, heat consumption of window penetration in the building, heat consumption of cold wind intrusion / ventilation in the building; establishment of micro grid system operation and scheduling optimization model, including: taking cost optimization as the objective function, power balance constraints, energy storage equipment constraints and flexible load constraints. The invention aims to optimize the operation scheduling of the microgrid on the premise of satisfying the thermal comfort demand of the building, so as to improve the economy of the microgrid operation. It can provide guidance for the operation and dispatching of urban micro grid, and is conducive to improving the operation and management level of urban power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法
本专利技术涉及一种微电网运行调度方法。特别是涉及一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法。
技术介绍
能源是人类生存和发展的基础，是社会经济发展的源动力。提高能源利用效率、保障能源的有效清洁供应，已成为解决能源供需冲突以及社会发展与环境保护之间矛盾的必然选择。近几年，随着分布式能源技术的不断发展，依托微电网系统实现的分布式供能模式由于其供能的灵活性与可靠性，受到了越来越多的关注，也成为了一种新的分布式供能方式，鉴于微电网系统运行的灵活性，越来越多的分布式能源(例如：分布式发电机、储能系统等)选择从用户侧接入电力系统，为确保能源安全、低碳、缓解能源危机提供了新的途径。然而，但是随着可再生分布式能源的接入，终端用户对系统运行状态的影响越来越大，例如，一些分布式电源选择从低压侧接入配电网，故对电源出力特性进行细化建模的同时，也需要对终端负荷特性进行细致分析，电源出力与终端负荷的匹配性是衡量电源性能以及对电网运行影响的关键因素，另外，分布式光热系统接入后的性能也会受到热负荷曲线的影响。因此，如何实现微电网系统的有效运行调度是目前亟待解决的重要问题。微电网系统内终端用户的用能行为及策略也会对微电网系统的运行调度结果产生一定的影响，一些研究结果表明，通过需求侧响应，可以将自身清洁能源消纳提高2-15％。目前，虽然已有部分研究在对微电网调度运行的研究中考虑了用户需求响应因素的影响，但是未结合具体负荷分析调控策略对用能及交易的影响，未能充分发挥终端需求侧的主观能动性。根据世界及中国相关建筑能源报告中的统计数据，建筑用能在总体能耗中的份额达到了近40％，其中约一半用于满足温控负荷以及暖通系统的用能需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种有针对性的在满足建筑热舒适度需求的前提下对微电网进行最优运行调度的考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法，包括建立微电网内智能建筑的室内热平衡模型，其中，产热热源包括：建筑窗外光照辐射产热、建筑室内热源与室内空气热交换功率产热、建筑内采暖设备与室内空气热交换功率产热，散热热源包括：建筑墙体内表面与空气对流换热、建筑内窗体渗透耗热量，建筑内冷风侵入/通风耗热量；建立微电网系统运行调度优化模型，包括：以成本最优作为目标函数、功率平衡约束、储能设备约束和柔性负荷约束。所述的微电网内智能建筑的室内热平衡模型为：式中，Q1～Q6为不同的产热/散热热源，Q1为墙体内表面与空气对流换热；为窗体渗透耗热量，为窗外光照辐射产热；Q3为冷风侵入/通风耗热量；Q4为单位时间内建筑空气显热量增值；Q5为室内热源与室内空气热交换功率产热；Q6为采暖设备与室内空气热交换功率产热。(1)所述墙体内表面与空气对流换热Q1的公式如下：式中，为房间1、2之间的墙体总数；为房间1、2之间墙体的表面温度；为房间1、2之间墙体的热阻；T2为房间2的温度；(2)所述窗体渗透耗热量的公式如下：式中，Cp,air为空气的比热容；ρw为空气密度；L为室外空气渗透量；T∞为环境温度；(3)所述窗外光照辐射产热的公式如下：式中，π1,2为墙体标识系数，其中有窗为1，无窗为0；为窗体渗透率；为窗体体积；为窗体光照强度；(4)所述冷风侵入/通风耗热量Q3的公式如下：Q3＝0.278Cp,airρwV(t)(T2-T∞)(5)式中，V(t)为t时段的通风量，采用换气次数法近似计算；(5)所述单位时间内建筑空气显热量增值Q4的公式如下：式中，为房间2的热容；(6)所述室内热源与室内空气热交换功率产热Q5的公式如下：Q5＝3.8W/m2×Sroom(7)式中，Sroom为房间的面积；(7)采暖设备与室内空气热交换功率产热Q6的公式如下：Q6＝mHVAC×Cp,air×(THVAC-T2)(8)式中，THVAC为暖通系统的出风温度；mHVAC为暖通系统的空气流量。所述的以成本最优作为目标函数表示为：式中，T为调度时段总数；pB,i,G(t)为t时段能源服务商i从外部电网购电的价格；PB,i,G(t)为t时段能源服务商i从外部电网的购电量；为t时段能源服务商i的运行维护成本；pS,i,G(t)为t时段能源服务商i向外部电网卖电的价格；PS,i,G(t)为t时段能源服务商i向外部电网的卖电量；Tset(t)为t时段建筑设定的最佳温度；Tin(t)为t时段的室内温度；γ为罚因子，视为建筑用户对温度舒适度的敏感程度，定义为用户敏感度系数，单位为元/℃，根据不同的用户敏感性来选择，数值越大，偏离最佳设定温度带来的惩罚将越大；反之带来的惩罚越小。所述的为能源服务商i的运行维护成本是指微电网内储能设备的寿命损耗成本计算公式为：式中，μES为储电系统的调节系数；储能设备的一次性购置费用；N(·)为放电深度函数，采用四阶函数表征循环寿命与放电深度的关系；ES(t)为t时段储能设备的电能比例。所述的功率平衡约束，是指考虑储能作用的情况下，保障微电网内的电力供需达到实时平衡，公式如下：式中，PiPV(t)为t时段能源服务商i光伏出力；PiWT(t)为t时段能源服务商i风机出力；为t时段能源服务商i储能放电功率；PB,i,G(t)为t时段能源服务商i从外部电网的购电量；PiHVAC(t)为t时段能源服务商i的暖通系统用电需求；PO(t)为t时段暖通系统以外设备用电负荷的功率；为t时段能源服务商i储能充电功率；pS,i,G(t)为t时段能源服务商i向外部电网的卖电量；PiHVAC,f(t)为t时段能源服务商i暖通系统新风风扇的用电需求；PiHVAC,h(t)为t时段能源服务商i暖通系统运行的用电需求。所述的t时段能源服务商i暖通系统新风风扇的用电需求PiHVAC,f(t)为：式中，ΔPeq,HVAC为等效总压降；ηHVAC,fan、ηHVAC,motor分别为风扇和发动机的运行效率，二者的乘积取0.15；所述的t时段能源服务商i暖通系统运行的用电需求PiHVAC,h(t)为：式中，CCOP为热电的能效比；Tin为室内温度。所述的储能设备约束，是指储能设备在运行的过程中需要满足设备的充放电功率以及容量约束，表示为：式中，为当前t时段储能设备的容量；分别为能源服务商i的储能设备的最大/最小容量；为当前t时段储能设备的充/放电功率；为能源服务商i的储能设备的最大充/放电功率；为满足下一个调度周期起始时刻能源服务商对储能设备的蓄能和放能要求，储能设备在调度周期起始和结束时刻的储能量需保持一致，即：式中，分别为储能设备在t时段的充电、放电功率；分别为储能设备的充电及放电效率；Δt为调度时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法，其特征在于，包括建立微电网内智能建筑的室内热平衡模型，其中，产热热源包括：建筑窗外光照辐射产热、建筑室内热源与室内空气热交换功率产热、建筑内采暖设备与室内空气热交换功率产热，散热热源包括：建筑墙体内表面与空气对流换热、建筑内窗体渗透耗热量，建筑内冷风侵入/通风耗热量；建立微电网系统运行调度优化模型，包括：以成本最优作为目标函数、功率平衡约束、储能设备约束和柔性负荷约束。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法，其特征在于，包括建立微电网内智能建筑的室内热平衡模型，其中，产热热源包括：建筑窗外光照辐射产热、建筑室内热源与室内空气热交换功率产热、建筑内采暖设备与室内空气热交换功率产热，散热热源包括：建筑墙体内表面与空气对流换热、建筑内窗体渗透耗热量，建筑内冷风侵入/通风耗热量；建立微电网系统运行调度优化模型，包括：以成本最优作为目标函数、功率平衡约束、储能设备约束和柔性负荷约束。


2.根据权利要求1所述的一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法，其特征在于，所述的微电网内智能建筑的室内热平衡模型为：



式中，Q1～Q6为不同的产热/散热热源，Q1为墙体内表面与空气对流换热；为窗体渗透耗热量，为窗外光照辐射产热；Q3为冷风侵入/通风耗热量；Q4为单位时间内建筑空气显热量增值；Q5为室内热源与室内空气热交换功率产热；Q6为采暖设备与室内空气热交换功率产热。


3.根据权利要求2所述的一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法，其特征在于：
(1)所述墙体内表面与空气对流换热Q1的公式如下：



式中，为房间1、2之间的墙体总数；为房间1、2之间墙体的表面温度；为房间1、2之间墙体的热阻；T2为房间2的温度；
(2)所述窗体渗透耗热量的公式如下：



式中，Cp,air为空气的比热容；ρw为空气密度；L为室外空气渗透量；T∞为环境温度；
(3)所述窗外光照辐射产热的公式如下：



式中，π1,2为墙体标识系数，其中有窗为1，无窗为0；为窗体渗透率；为窗体体积；为窗体光照强度；
(4)所述冷风侵入/通风耗热量Q3的公式如下：
Q3＝0.278Cp,airρwV(t)(T2-T∞)(5)
式中，V(t)为t时段的通风量，采用换气次数法近似计算；
(5)所述单位时间内建筑空气显热量增值Q4的公式如下：



式中，为房间2的热容；
(6)所述室内热源与室内空气热交换功率产热Q5的公式如下：
Q5＝3.8W/m2×Sroom(7)
式中，Sroom为房间的面积；
(7)采暖设备与室内空气热交换功率产热Q6的公式如下：
Q6＝mHVAC×Cp,air×(THVAC-T2)(8)
式中，THVAC为暖通系统的出风温度；mHVAC为暖通系统的空气流量。


4.根据权利要求1所述的一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法，其特征在于，所述的以成本最优作为目标函数表示为：



式中，T为调度时段总数；pB,i,G(t)为t时段能源服务商i从外部电网购电的价格；PB,i,G(t)为t时段能源服务商i从外部电网的购电量；为t时段能源服务商i的运行维护成本；pS,i,G(t)为t时段能源服务商i向外部电网卖电的价格；PS,i,G(t)为t时段能源服务商i向外部电网的卖电量；Tset(t)为t时段建筑设定的最佳温度；Tin(t)为t时段的室内温度；γ为罚因子，视为建筑用户对温度舒适度的敏感程度，定义为用户敏感度系数，单位为元/℃，根据不同的用户敏感性来选择，数值越大，偏离最佳设定温度带来的惩罚将越大；反之带来的惩罚越小。


5.根据权利要求4所述的一种考虑智能建筑热平衡特性的微电网运行调度方法，其特征在于，所述的为能源服...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪，李吉峰，葛少云，刘静仪，张群华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12