一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法及系统，包括：将单体恒温控制负荷聚类为K个恒温控制负荷聚合群，获取负荷聚合群平均参数；对各恒温控制负荷聚合群建立双线性状态空间模型，预测各恒温控制负荷聚合群k时刻的状态及其聚合功率；基于奇异值分解法与带约束的加权最小二乘法进行各恒温控制负荷聚合群状态估计，获取恒温控制负荷状态估计值。本发明专利技术采用K‑means聚类法将大规模单体恒温控制负荷聚合为参数相近的负荷聚合群，从而减小状态估计问题规模，并降低通信量，同时可以有效地利用有限的量测信息实现欠定恒温控制负荷系统的状态感知，并获得较好的估计精度。

【技术实现步骤摘要】
一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法及系统
本专利技术涉及恒温控制负荷
，尤其涉及一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，智能电网技术不断发展，为负荷侧资源参与电力系统调控供了条件。智能电网集成了通信技术、自动控制技术等，涵盖了电力系统各个环节，是电网未来的发展方向，其快速发展为电力用户参与系统提供了开放的平台。在众多的家居用电设施中，恒温控制负荷如空调、冰箱、热水器等，由于其具有一定的热储性能，短时间内中断运行不会对用户体验造成明显的影响。随着社会、经济的发展，中国大中城市中，空调负荷容量已经占到较大比重，尤其是在夏季高峰负荷时，空调负荷比重高达30％～50％；部分商业发达的城市，空调负荷已经超过50％。通过合理的控制设计，以空调负荷为代表的恒温控制负荷能够快速响应电网的控制信号，降低负荷需求，同时，其控制成本更低且更易实现。若要实现对恒温控制负荷的调控，首要是要获取其运行状态，进而以此估算其可控容量。空调负荷是对气象因素最为敏感的负荷类型，其消耗的有功、无功功率易受外界环境温度等影响，尤以夏季气温上升较快时，其负荷量会大幅上升。同时，由于空调负荷占比大，若无法准确把握其运行状态，会严重影响其调控的效果。因此，准确估计空调负荷运行状态对实现其参与需求侧管理至关重要。目前，恒温控制负荷系统的状态估计方法存在以下问题：(1)恒温控制负荷数量众多，若要获取单体恒温控制负荷运行状态，其状态估计维度大，且所需通信量较大，计算成本与通信成本高。(2)由于通信量限制，各负荷聚合群的实时量测数量有限，负荷聚合群状态估计问题为一个欠定问题，传统状态估计方法难以求解。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法及系统，基于K-means聚类法实现大规模单体恒温控制负荷聚合，取其平均参数建立双线性状态空间模型，以实现恒温控制负荷聚合群建模，基于该模型实现恒温控制负荷状态预测，并基于奇异值分解法与带约束的加权最小二乘法进行各恒温控制负荷聚合群状态估计，获取恒温控制负荷运行状态估计值。在一些实施方式中，采用如下技术方案：一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，包括：将单体恒温控制负荷聚类为K个恒温控制负荷聚合群，获取负荷聚合群平均参数，即单体恒温控制负荷的热阻、热容、额定热功率、热电转换效率、设定温度及温度控制死区的平均值；对各恒温控制负荷聚合群建立双线性状态空间模型，预测各恒温控制负荷聚合群k时刻的状态及其聚合功率；基于奇异值分解法与带约束的加权最小二乘法进行各恒温控制负荷聚合群的状态估计，获取恒温控制负荷状态估计值。在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计系统，包括：单体恒温控制负荷聚类模块，用于将单体恒温控制负荷聚类为K个恒温控制负荷聚合群，获取负荷聚合群平均参数，即单体恒温控制负荷的热阻、热容、额定热功率、热电转换效率、设定温度及温度控制死区的平均值；恒温控制负荷聚合群状态预测模块，用于对各恒温控制负荷聚合群建立双线性状态空间模型，预测各恒温控制负荷聚合群k时刻的状态及其聚合功率；恒温控制负荷状态估计模块，用于基于奇异值分解法与带约束的加权最小二乘法进行各恒温控制负荷聚合群的状态估计，获取恒温控制负荷状态估计值。在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行上述的面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法。在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用K-means聚类法将大规模单体恒温控制负荷聚合为参数相近的负荷聚合群，从而减小状态估计问题规模，并降低通信量。(2)本专利技术基于奇异值分解与带约束的加权最小二乘法进行恒温控制负荷聚合群的状态估计，可以有效地利用有限的量测信息实现欠定恒温控制负荷系统的状态感知，并减小量测误差带来的影响，获得较好的估计精度。本专利技术的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。附图说明图1本专利技术实施例的面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法流程图；图2本专利技术实施例的恒温控制负荷聚合群双线性状态空间模型示意图；图3本专利技术实施例的手肘法折线图示例；图4本专利技术实施例的外界环境温度变化情况图；图5本专利技术实施例的恒温控制负荷动态状态估计的估计精度结果图；图6本专利技术实施例的不同量测精度条件下，恒温控制负荷动态状态估计状态变量均方根误差平均值的变化情况图；图7本专利技术实施例的不同量测精度条件下，恒温控制负荷动态状态估计对外聚合总功率相对误差的变化情况图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例一根据本专利技术实施例，公开了一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，参照图1，包括以下步骤：(1)将单体恒温控制负荷聚类为K个恒温控制负荷聚合群，获取负荷聚合群平均参数，即单体恒温控制负荷的热阻、热容、额定热功率、热电转换效率、设定温度及温度控制死区的平均值；具体地，采用K-means聚类法将单体恒温控制负荷聚类为K个恒温控制负荷聚合群，获取负荷聚合群聚类参数。假设配电网各节点所连接的恒温控制负荷有不同负荷运营商进行管理。对各负荷运营商管理的单体恒温控制负荷，分别提取单体恒温控制负荷参数构成其参数集：其中，R与C分别为热阻与热容，Pr表示其额定热功率，η表示热电转换效率、与δ分别表示其设定温度及温度控制死区。基于上述数据集P，采用K-means法进行聚类，其中聚类数K采用手肘法确定K-means法所需聚类数K。其算法思想为：随着K的不断增大，聚类中心不断增多，数据集P将被更加详细地分割，相应的误差平方和(SSE)逐渐减小。当K值小于真实聚类数时，SSE值随K值增大变化较大。当K与真实聚类数相等时，随着K值的增大，SSE值的变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，其特征在于，包括：/n将单体恒温控制负荷聚类为K个恒温控制负荷聚合群，获取负荷聚合群平均参数；/n对各恒温控制负荷聚合群建立双线性状态空间模型，预测各恒温控制负荷聚合群k时刻的状态及其聚合功率；/n基于奇异值分解法与带约束的加权最小二乘法进行各恒温控制负荷聚合群状态估计，获取恒温控制负荷状态估计值。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，其特征在于，包括：
将单体恒温控制负荷聚类为K个恒温控制负荷聚合群，获取负荷聚合群平均参数；
对各恒温控制负荷聚合群建立双线性状态空间模型，预测各恒温控制负荷聚合群k时刻的状态及其聚合功率；
基于奇异值分解法与带约束的加权最小二乘法进行各恒温控制负荷聚合群状态估计，获取恒温控制负荷状态估计值。


2.如权利要求1所述的一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，其特征在于，采用K-means聚类法将单体恒温控制负荷聚类为K个恒温控制负荷聚合群。


3.如权利要求1所述的一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，其特征在于，基于各负荷聚合群经聚类后的平均参数，以其中处于不同温度段间开关状态负荷数量为状态变量，以负荷群温度设定点为控制变量，计及外界时变环境温度，建立其双线性状态空间模型。


4.如权利要求1所述的一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，其特征在于，所述双线性状态空间模型具体为：



其中，X(t)为负荷聚合群的状态变量，表征处于不同温度区间中开或关状态的单体恒温控制负荷数量；输出变量y(t)表示该负荷聚合群的对外聚合功率估计值；控制变量uTCL(t)由uTCL＝(Tbase-Ta(t))/CR给定，其中Ta(t)与Tbase分别为外界实时环境温度及其基准值，R与C分别为热阻与热容；A、B与C分别为恒定的状态转移矩阵、输入矩阵与输出矩阵。


5.如权利要求1所述的一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，其特征在于，将连续时间的双线性状态空间模型进行离散化，基于离散时间双线性状态空间模型，从k-1时刻状态为基准，预测各恒温控制负荷聚合群k时刻状态及其聚合功率。


6.如权利要求1所述的一种面向恒温控制负荷系统的动态状态估计方法，其特征在于，基于奇异值分解法与带约束的加权最小二乘法进行各恒温控制负荷聚合群状态估计，具体包括：
构建...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文，张婷婷，赵琪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37