一种面向家庭智能用电的多能源综合优化调度方法技术

本发明专利技术涉及一种面向家庭智能用电的多能源综合优化调度方法，包括以下步骤：1)针对家庭中的供热设备，考虑家庭燃气装置与温控型负荷设备用能特性及其热力耦合关系，建立家庭中的动态传热数学模型；2)针对家庭中的分布式电源、储能设备，以及其他多种电力负荷设备的用能特性，建立对应设备数学模型；3)建立家庭多能源综合优化调度模型，模型以最小化居民用户的用能成本和舒适度损失为目标，同时考虑系统运行的必要约束条件；4)将家庭各种用能设备与用户设定参数输入到CPLEX优化求解器中，结合预测温度数据、热水用量以及光伏出力情况进行优化，求解家庭多能源综合优化调度结果。

A multi energy comprehensive optimal scheduling method for home intelligent power consumption

The invention relates to a multi energy comprehensive optimal scheduling method for home intelligent power consumption, which includes the following steps: 1) for the heating equipment in the home, considering the energy consumption characteristics and thermal coupling relationship between the home gas device and the temperature controlled load equipment, establishing the dynamic heat transfer mathematical model in the home; 2) for the distributed power supply, energy storage equipment in the home, and other kinds of electric power According to the energy consumption characteristics of load equipment, the corresponding equipment mathematical model is established; 3) the comprehensive optimization scheduling model of multiple energy sources in the family is established, which aims to minimize the energy consumption cost and comfort loss of the residential users, taking into account the necessary constraints of the system operation; 4) the parameters of various energy consumption equipment in the family and user settings are input into the CPLEX optimization solver, combined with the predicted temperature data The hot water consumption and photovoltaic output are optimized to solve the comprehensive optimal scheduling results of multiple energy sources in the family.

【技术实现步骤摘要】
一种面向家庭智能用电的多能源综合优化调度方法
本专利技术属于智能用电
，涉及一种多能源综合优化调度方法。
技术介绍
近几年来，由于可再生能源的快速发展，以及弃风弃光问题的出现，越来越多的研究考虑通过将电能转化为合适的能量载体(如氢气、天然气等)的方法，使电力供应和需求之间的盈余以更简易的方式存储起来，用于平衡负荷需求波动，降低对电网的冲击，电力-燃气技术(PowertoGas,P2G)迅速兴起。同时，家庭智能用电系统能够积极响应包括分时电价、实时电价和尖峰电价等在内的灵活电价机制，帮助用户管理家用电气设备、优化家庭负荷调度，实现用电经济、舒适等目的。考虑家用燃气装置作为家庭热量供给设备之一参与家庭智能用电系统共同进行优化调度，可以为能源向持续可再生发展提供有力支持，也能进一步提高家庭用能的经济、环保和舒适性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够促进分布式光伏的就地消纳，以及负荷的削峰填谷，实现家庭用能的舒适度目标的多能源综合优化调度方法，技术方案如下：一种面向家庭智能用电的多能源综合优化调度方法，包括以下步骤：1)针对家庭中的供热设备，考虑家庭燃气装置与温控型负荷设备用能特性及其热力耦合关系，建立家庭中的动态传热数学模型；2)针对家庭中的分布式电源、储能设备，以及其他多种电力负荷设备的用能特性，建立对应设备数学模型；3)建立家庭多能源综合优化调度模型，模型以最小化居民用户的用能成本和舒适度损失为目标，同时考虑系统运行的必要约束条件；4)将家庭各种用能设备与用户设定参数输入到CPLEX优化求解器中，结合预测温度数据、热水用量以及光伏出力情况进行优化，求解家庭多能源综合优化调度结果；所述步骤1中，家庭中的动态传热数学模型的热负荷设备主要包括家庭供暖设备和热水设备两部分，分别建立其数学模型：(1)供暖设备模型：通过表示温度变化过程的一阶微分方程来建立该设备的热力学模型；(2)热水设备模型：依据热水设备运行特性建立其数学模型。步骤2)中建立家庭电负荷设备数学模型分别如下：(1)储能设备：设分别为储能设备的充放电功率，为其充放电状态，1为处于相应充放电状态，反之0表示不处于；ηch、ηdch分别为充放电效率，分别为充放电最大功率，ε表示为自放电率；则储能设备的充放电运行约束为：SOCmin≤SOCi+1≤SOCmaxSOCN+1≥SOCini(2)分布式发电设备：对于太阳能光伏，其直接通过DC/AC逆变器挂载在家庭综合能源管理系统上，而其出力既可以供给系统内负荷与储能使用，也可以逆向向电网送电；(3)可中断负荷：设xISL(i)为可中断负荷在第i时段的工作状态，0表示不工作，1表示工作，[bISL,eISL]为负荷的允许工作时段；lISL和pISL分别为负荷的所需工作时长与额定功率，则可中断负荷工作约束可用下式表示：PISL(i)＝xISL(i)·pISL(4)不可中断负荷：设xNISL(i)为不可中断负荷在第i时段的工作状态，0表示不工作，1表示工作，[bNISL,eNISL]为负荷的允许工作时段；lNISL和pNISL分别为负荷的所需工作时长与额定功率，则不可中断负荷工作约束用下式表示：PNISL(i)＝xNISL(i)·pNISL。步骤3)中，家庭多能源综合优化调度模型包含目标函数与约束条件两部分，目标函数选取为最小化调度时间范围内的家庭能源费用，包括燃气费用和用电费用，以及尽可能减少用户的舒适度损失，分为经济性目标和舒适度目标两部分；约束条件主要为设备的运行约束与用户的舒适度约束，应保证燃气式壁挂炉处于正常运行状态，主要包括水介质的温度上下限约束、热水流量约束以及燃气炉的总出力约束。附图说明图1次日家庭光伏输出功率与不可调度负荷需求功率曲线图2算例1中家庭各电气设备调度计划图3算例1室温、水温优化结果曲线图4算例3中家庭各电气设备调度计划图5算例3室温、水温优化结果曲线图6算例2、3燃气耗量曲线具体实施方式为了实现家庭中电、气能源的综合优化调度，建立家庭燃气式壁挂炉数学模型，考虑家庭内部电力、燃气之间的热力学耦合关系，搭建家庭多能源综合优化调度模型，以实现多能源参与下的最优化能量管理；提出的家庭燃气壁挂炉模型能够能充分反映家庭用能特征，并且家庭多能源综合优化调度模型能对各家庭电气设备、燃气装置协同调度，从而促进分布式光伏的就地消纳，以及负荷的削峰填谷，实现家庭用能的舒适度目标。本专利提供一种面向家庭智能用电的多能源综合优化调度方法，所述方案包括以下步骤：1)针对家庭中的供热设备，考虑家庭燃气装置与温控型负荷设备用能特性及其热力耦合关系，建立家庭中的动态传热数学模型。2)针对家庭中的分布式电源、储能设备，以及其他多种电力负荷设备的用能特性，建立对应设备数学模型。3)建立家庭多能源综合优化调度模型，模型以最小化居民用户的用能成本和舒适度损失为目标，同时考虑系统运行的必要约束条件。4)将家庭各种用能设备与用户设定参数输入到CPLEX优化求解器中，结合预测温度数据、热水用量以及光伏出力情况进行优化，求解家庭多能源综合优化调度结果。所述步骤1中，家庭多能源综合优化调度模型的热负荷设备主要包括家庭供暖设备和热水设备两部分，其数学模型建立如下：本方法所考虑的家庭热负荷主要包括温控型用电负荷设备，如空调和热水器，以及燃气式壁挂炉，通过对两种设备建模分析家庭用热情况。其中，燃气式壁挂炉有供暖与热水两种功能，其供暖功能是使用“燃气炉+散热器”组合方式实现：通过吸收天然气燃烧所释放的热能对换热器中的水进行加热升温，再以水为热传播介质通过联通房屋中的散热器将热能传播到室内空气中；而热水功能则是通过换热器直接对水进行加热，输出热水供用户使用。根据燃气式壁挂炉与两种温控型负荷设备的用能特性及热力学耦合关系，分别建立其数学模型：(1)供暖设备模型。由于燃气炉通过水介质对室内环境加热，所以需要计算室温与水介质温度的变化以及散热器与室内空气的热量传播速率，从而确定燃气耗量，控制室温高低。空调设备可以消耗电能产生大量热能，快速调节室内温度。可以通过表示温度变化过程的一阶微分方程来建立该设备的热力学模型：Prad(i)＝n·Prad.unit·[Tin.water(i)-Tin(i)]/ΔTsTin.water(i+1)＝t·[Pin(i)-Prad(i)]/Vin.total·Cw+Tin.water(i)Prad.unit表示标准温差下单组散热器的导热功率大小，ΔTs表示标准温差，n表示散热器的组数，t表示运算步长；Pin(i)表示第i时刻水介质与燃气装置换热器的热交换功率，Prad(i)表示该时刻水介质用于供暖向房间释放的热量，V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向家庭智能用电的多能源综合优化调度方法，包括以下步骤：/n1)针对家庭中的供热设备，考虑家庭燃气装置与温控型负荷设备用能特性及其热力耦合关系，建立家庭中的动态传热数学模型；/n2)针对家庭中的分布式电源、储能设备，以及其他多种电力负荷设备的用能特性，建立对应设备数学模型；/n3)建立家庭多能源综合优化调度模型，模型以最小化居民用户的用能成本和舒适度损失为目标，同时考虑系统运行的必要约束条件；/n4)将家庭各种用能设备与用户设定参数输入到CPLEX优化求解器中，结合预测温度数据、热水用量以及光伏出力情况进行优化，求解家庭多能源综合优化调度结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向家庭智能用电的多能源综合优化调度方法，包括以下步骤：
1)针对家庭中的供热设备，考虑家庭燃气装置与温控型负荷设备用能特性及其热力耦合关系，建立家庭中的动态传热数学模型；
2)针对家庭中的分布式电源、储能设备，以及其他多种电力负荷设备的用能特性，建立对应设备数学模型；
3)建立家庭多能源综合优化调度模型，模型以最小化居民用户的用能成本和舒适度损失为目标，同时考虑系统运行的必要约束条件；
4)将家庭各种用能设备与用户设定参数输入到CPLEX优化求解器中，结合预测温度数据、热水用量以及光伏出力情况进行优化，求解家庭多能源综合优化调度结果。


2.根据权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述步骤1中，家庭中的动态传热数学模型的热负荷设备主要包括家庭供暖设备和热水设备两部分，分别建立其数学模型：
(1)供暖设备模型：通过表示温度变化过程的一阶微分方程来建立该设备的热力学模型；
(2)热水设备模型：依据热水设备运行特性建立其数学模型。


3.根据权利要求1所述的调度方法，步骤2)中建立家庭电负荷设备数学模型分别如下：
(1)储能设备：设分别为储能设备的充放电功率，为其充放电状态，1为处于相应充放电状态，反之0表示不处于；ηch、ηdch分别为充放电效率，分别为充放电最大功率，ε表示为自放电率；则储能设备的充放电运行约束为：












SOCmin≤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继东，李程昊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12