一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，用以在保证舒适度的前提下实现多能互补、节能减排，包括以下步骤：1)考虑能效和电网互动性两个维度，建立电网互动性能源管理系统；2)构建电网互动性能源管理系统的目标函数；3)将温度舒适度和用户用电舒适度作为约束条件；4)对电网互动性能源管理系统的目标函数进行求解，得到考虑温度舒适度和用户用电舒适度的最优控制方案并执行调度。与现有技术相比，本发明专利技术具有考虑用户用电舒适度和温度舒适度、减少系统运行成本、工程可实现性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法及控制系统
本专利技术涉及建筑综合能源系统控制领域，尤其是涉及一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法及控制系统。
技术介绍
数据显示，大型公共建筑虽然只占城市建筑总面积的4％，但能耗却占城镇建筑的总能耗的22％，在各类建筑中，办公建筑和大型公共建筑具有能耗总量大、能源效率低、节能潜力大的特点，城市电力系统的电源形式正在从以集中为主的形式向集中与分散并存的形式转变，分布式能源和储能越来越多地在建筑节能中应用，新能源的使用也更加广泛，建筑已不仅仅是消费者，同时还是能源的生产者，建筑节能技术将进一步融合成分布式能源集成利用技术和电网友好型建筑技术。近年来，我国的建筑节能工作成效显著，基于物联网的智慧小区综合能源管理系统，通过嵌入式系统集成技术、云计算等实现小区综合能源节能降低，虽然基于微型热电联产建立了家庭能源中心，却缺少对热负荷的详细阐述；虽然建立包含多能源载体生产和传输系统与互联智能能源枢纽的多能源系统的优化运行模型，但只考虑了可削减特性，以上能源管理系统大多只考虑一种特性的柔性负荷，且未能在节能的同时考虑到用户的舒适程度，节能程度与舒适度存在冲突。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，用以在保证舒适度的前提下实现多能互补、节能减排，包括以下步骤：1)考虑能效和电网互动性两个维度，建立电网互动性能源管理系统；2)构建电网互动性能源管理系统的目标函数；3)将温度舒适度和用户用电舒适度作为约束条件；4)对电网互动性能源管理系统的目标函数进行求解，得到考虑温度舒适度和用户用电舒适度的最优控制方案并执行调度。所述的步骤1)中，所述的电网互动性能源管理系统中：系统的能源输入包括电网电能、分布式电源出力和天然气；系统的用户既可以向电网购电，也可以向电网售电；系统中的能源转换装置包括变压器和燃气轮机；系统的电能输出由变压器和燃气轮机发电系统共同提供，热能输出由燃气轮机中的热回收系统和燃气锅炉提供；系统的存储环节包括蓄电池及蓄热槽；系统的电负荷包括不可控刚性电负荷和可控柔性电负荷。所述的可控柔性电负荷包括可转移电负荷、可削减电负荷和可平移电负荷。所述的目标函数以综合能源系统总运行费用最低为目标，则有：minFcost＝Fawg+Fnet+FHB+FL+FMT其中，Fcost为综合能源系统总运行费用，Fwqg为风机、光伏、燃气锅炉运行成本，Fnet为电网购电成本，FMT为燃汽轮机运行成本，FL为电、热柔性负荷优化的总补偿费用，FHB为蓄热槽、蓄电池消耗费用，Kw、Kpv、KGB分别为风电机组、光伏、燃气锅炉的运行成本系数，Kb为向电网购电的分时电价，KHST为蓄热槽的运行成本系数，KBAT为蓄电池的运行成本系数，KMT为燃气轮机的运行成本系数，Pw(t)、Ppv(t)分别为t时刻风电机组和光伏输出功率，Pnet(t)为与电网交换的电功率，PHST(t)为蓄热槽的吸放热功率，PBAT(t)为蓄电池充放电功率，PMT(t)为燃气轮机运行功率，Fshift为可平移电负荷平移后补偿用户费用，Ftran为可转移电负荷转移后需补偿用户费用，Fcut为可削减电负荷削减后补偿用户费用。所述的可平移电负荷平移后补偿用户费用Fshift的计算式为：其中，为单位功率负荷平移的补偿价格，td+1为可平移电负荷的用电持续时间，tr为平移后的初始时间，ts为平移前的初始时间，Pishift为可平移电负荷平移后时刻i的功率。所述的可转移电负荷转移后需补偿用户费用Ftran的计算式为：其中，为单位功率负荷转移的补偿电价，[t1,t2]为可转移时段，Pttrain为可转移电负荷转移后时刻i的功率。所述的步骤3)中，约束条件具体包括电网络约束、热网络约束、蓄热槽约束、室内温度约束和用户用电舒适度约束。所述的电网络约束包括：(1)电功率平衡约束：其中，Poutput为风机、光伏、燃气轮机和电网输出的总电功率，Le为总电负荷，Lbase为建筑中不参与控制的刚性负荷，Lshift、Ltran、Lcut为可平移、可转移、可削减电负荷，Pw,max、Ppv,max为预测的风电机组、光伏出力，Pnet,min、Pnet,max为电网交换功率的最小值与最大值，PMT,max为燃气轮机的额定电功率，PBAT,min、PBAT,max为蓄电池放电、充电最大功率；(2)蓄电池约束：荷电状态Ssoc约束：Smin≤Ssoc≤Smax其中，Smin、Smax分别为蓄电池的荷电状态上、下限值；蓄电池的充放电状态约束：Xt·Yt＝0其中，Xt为t时刻的充电状态，Yt为t时刻的放电状态。蓄电池的充放电次数约束：其中，M1、M2分别为蓄电池充、放电的次数限制值，T为总运行周期；能量状态约束S0＝ST其中，S0、ST分别为蓄电池始、末荷电状态。所述的热网络约束具体包括：热功率平衡约束：其中，QL为总热负荷，为满足室内温度、室内水温所需热负荷，QHT、QGB为热回收系统、燃汽轮机的额定输出热功率，QHT,max、QGB,max分别为热回收系统、燃汽轮机的最大输出热功率，QHST,min、QHST,max分别为蓄热槽放热和吸热最大功率；蓄热槽状态约束：At·Bt＝0其中，At、Bt分别为蓄热槽的吸热和放热状态；蓄热槽能量状态约束：W0＝WT其中，W0、WT分别为蓄热槽始、末蓄热槽热量；所述的室内温度Ttin约束具体为：Tmin≤Ttin≤Tmax其中，Tmin、Tmax分别为室内温度的最小和最大值，室内温度的最小和最大值根据对应的模式确定，Tmin的取值为24.8℃，Tmax的取值为27.3℃。用户用电舒适度约束具体包括可削减电负荷的最小连续削减时间、最大连续削减时间及削减次数约束。一种控制系统，包括处理器、存储器以及执行器，所述的处理器用以执行如权利要求1所述控制方法，所述的存储器用以存储如权利要求1所述控制方法的控制数据。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术建立综合能源系统多形式、多特性的负荷模型，丰富能源结构，充分利用用户侧的电、热柔性负荷，提出考虑用户侧柔性负荷的综合能源系统经济控制模型。二、综合考虑温度舒适度和用电舒适度，在节能减排同时充分考虑用户舒适性，使控制结果更加合理，考虑全面。三、不仅验证了柔性负荷的参与不仅能合理调整电、热负荷曲线，还能有效减少系统运行成本，工程可实现性好。附图说明...

【技术保护点】
1.一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，用以在保证舒适度的前提下实现多能互补、节能减排，其特征在于，包括以下步骤：/n1)考虑能效和电网互动性两个维度，建立电网互动性能源管理系统；/n2)构建电网互动性能源管理系统的目标函数；/n3)将温度舒适度和用户用电舒适度作为约束条件；/n4)对电网互动性能源管理系统的目标函数进行求解，得到考虑温度舒适度和用户用电舒适度的最优控制方案并执行调度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，用以在保证舒适度的前提下实现多能互补、节能减排，其特征在于，包括以下步骤：
1)考虑能效和电网互动性两个维度，建立电网互动性能源管理系统；
2)构建电网互动性能源管理系统的目标函数；
3)将温度舒适度和用户用电舒适度作为约束条件；
4)对电网互动性能源管理系统的目标函数进行求解，得到考虑温度舒适度和用户用电舒适度的最优控制方案并执行调度。


2.根据权利要求1所述的一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述的电网互动性能源管理系统中：
系统的能源输入包括电网电能、分布式电源出力和天然气；
系统的用户既可以向电网购电，也可以向电网售电；
系统中的能源转换装置包括变压器和燃气轮机；
系统的电能输出由变压器和燃气轮机发电系统共同提供，热能输出由燃气轮机中的热回收系统和燃气锅炉提供；
系统的存储环节包括蓄电池及蓄热槽；
系统的电负荷包括不可控刚性电负荷和可控柔性电负荷。


3.根据权利要求2所述的一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，其特征在于，所述的可控柔性电负荷包括可转移电负荷、可削减电负荷和可平移电负荷。


4.根据权利要求3所述的一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，其特征在于，所述的目标函数以综合能源系统总运行费用最低为目标，则有：
minFcost＝Fawg+Fnet+FHB+FL+FMT



其中，Fcost为综合能源系统总运行费用，Fwqg为风机、光伏、燃气锅炉运行成本，Fnet为电网购电成本，FMT为燃汽轮机运行成本，FL为电、热柔性负荷优化的总补偿费用，FHB为蓄热槽、蓄电池消耗费用，Kw、Kpv、KGB分别为风电机组、光伏、燃气锅炉的运行成本系数，Kb为向电网购电的分时电价，KHST为蓄热槽的运行成本系数，KBAT为蓄电池的运行成本系数，KMT为燃气轮机的运行成本系数，Pw(t)、Ppv(t)分别为t时刻风电机组和光伏输出功率，Pnet(t)为与电网交换的电功率，PHST(t)为蓄热槽的吸放热功率，PBAT(t)为蓄电池充放电功率，PMT(t)为燃气轮机运行功率，Fshift为可平移电负荷平移后补偿用户费用，Ftran为可转移电负荷转移后需补偿用户费用，Fcut为可削减电负荷削减后补偿用户费用。


5.根据权利要求4所述的一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，其特征在于，所述的可平移电负荷平移后补偿用户费用Fshift的计算式为：



其中，为单位功率负荷平移的补偿价格，td+1为可平移电负荷的用电持续时间，tr为平移后的初始时间，ts为平移前的初始时间，Pishift为可平移电负荷平移后时刻i的功率。


6.根据权利要求4所述的一种基于舒适度的建筑综合能源系统控制方法，其特征在于，所述的可转移电负荷转移后需补偿用户费用Ftran的计算式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘蓉晖，高远，朱雨琪，柳梅元，马天天，赵增凯，叶滢，陈善辉，王一卓，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31