基于设备和行为信息的商业办公楼精细化负荷预测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于设备和行为信息的商业办公楼精细化负荷预测方法，其特征是：基于人员行为的负荷分类方法，根据各类负荷用能设施的机理与运行特性，采用非侵入式负荷监测和非侵入式负荷分解，建立商业办公楼宇用能设施的能耗模型，结合马尔可夫转移矩阵，模仿商业办公楼宇人员的用能行为，综合考虑自然环境、能源价格和建筑属性的影响因素。有益效果：本发明专利技术面向商业办公楼宇负荷，具备独立完成负荷预测的能力，可以提供全天每一时段精细化的负荷用能信息的基于设备和行为信息的商业办公楼精细化负荷预测方法，可为制定商业办公楼宇需求响应政策和能量管理策略提供可信的和精细化的数据来源。

【技术实现步骤摘要】
基于设备和行为信息的商业办公楼精细化负荷预测方法
本专利技术属于建筑负荷监测
，尤其涉及一种基于设备和行为信息的商业办公楼精细化负荷预测方法.
技术介绍
近年来，化石能源的过度消费给我国能源的开发利用和环境保护带来了巨大压力。通过合理的政策引导，结合能源转化和替代技术创新，实现“节能减排”的目标迫在眉睫。可再生能源技术的利用对上述问题起到了积极的改善作用，然而随着可再生分布式能源的大批接入，终端能源消费环节对电力系统运行状态的影响越来越大。商业办公楼宇作为终端能源消费环节的重要组成部分，其负荷体量大，增长快，已逐渐成为城市中心地区的主要负荷。同时商业办公楼宇的电气设备有良好的通信、控制硬件基础，具有很强的需求响应能力，相较于受到工艺限制的产业类负荷，商业办公负荷更具有“节能减排”挖掘潜力。鉴于商业办公楼宇负荷种类繁多，人员行为复杂，建立商业办公楼宇精细化负荷预测模型可为分析商业办公楼宇需求响应和能量管理提供支撑，合理化引导其用能行为，完成“节能减排”指标。目前对于商业办公负荷建模与预测方面的研究主要采用2种方法。一种是采用以历史数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于设备和行为信息的商业办公楼精细化负荷预测方法，其特征是：基于人员行为的负荷分类方法，根据各类负荷用能设施的机理与运行特性，采用非侵入式负荷监测和非侵入式负荷分解，建立商业办公楼宇用能设施的能耗模型，结合马尔可夫转移矩阵，模仿商业办公楼宇人员的用能行为，综合考虑自然环境、能源价格和建筑属性的影响因素，具体步骤如下：/n1)商业办公楼宇负荷分类/n(1)固定负荷/n(2)人员行为相关负荷/n(3)空调负荷/n(4)随机负荷/n2)商业办公楼宇用能设备的能耗模型：在商业办公楼宇负荷分类的基础上，综合考虑设备机理与运行特性，建立各类负荷用能设备的能耗模型；/n(1)固定负荷用能设备/nt时...

【技术特征摘要】
1.一种基于设备和行为信息的商业办公楼精细化负荷预测方法，其特征是：基于人员行为的负荷分类方法，根据各类负荷用能设施的机理与运行特性，采用非侵入式负荷监测和非侵入式负荷分解，建立商业办公楼宇用能设施的能耗模型，结合马尔可夫转移矩阵，模仿商业办公楼宇人员的用能行为，综合考虑自然环境、能源价格和建筑属性的影响因素，具体步骤如下：
1)商业办公楼宇负荷分类
(1)固定负荷
(2)人员行为相关负荷
(3)空调负荷
(4)随机负荷
2)商业办公楼宇用能设备的能耗模型：在商业办公楼宇负荷分类的基础上，综合考虑设备机理与运行特性，建立各类负荷用能设备的能耗模型；
(1)固定负荷用能设备
t时刻的固定负荷用能设备功率P1(t)，方程式为



其中，P1,1是t时刻的安全保障措施设备功率；P1,2是t时刻的楼宇运行保障设备功率；P1,3是t时刻的不间断用能设备功率；
(2)人员行为相关负荷用能设备
t时刻的人员行为相关负荷用能设备功率P2(t)，方程式为



其中，P2,1是t时刻的办公类设备功率；P2,2是t时刻的照明设备功率；P2,3是t时刻的电梯功率；P2,4是t时刻的热水机功率；P2,5是t时刻的电炊具功率；P2,6是t时刻的电动汽车充放电功率，即t时刻电动汽车与充电桩的功率交换，充电功率取正值，放电功率取负值；
(3)空调设备
采用等效热参数(ETP)模型建立房屋建筑模型，房屋建筑的等效热参数模型由热阻与热容构成，综合考虑建筑内产热与散热热源的关系，建立基于ETP模型的室内热平衡方程，方程为
Qin-Uair(Tin-Tout)-Uwall(Tin-Twall)-CairdTin/dt＝0
Qwall-Uwall(Twall-Tin)-CwalldTwall/dt＝0
其中，Qin和Qwall分别是室内空气节点的热增益和墙体内表面节点的热增益，W；Uair和Uwall分别是空气节点间的热传递系数和空气与墙体间的热传递系数，W/m2·℃；Tin、Twall和Tout分别是室内空气节点温度、室内墙体节点温度和室外温度，℃；Cair和Cwall分别是空气热容量和墙体热容量，J/K；
考虑n台空调聚合时，空调聚合系统的室内平均温度的方程式为



仅考虑一台空调时，可通过方程式求解得出室内温度Tin，
Tin＝A1exp(r1t)+A2exp(r2t)+d/c
其中，a＝CwallCair/Uwall；b＝[Cwall(Uair+Uwall)/Uwall]+Cair；c＝Uair；d＝Qwall+Qair+Uair*Tout；r1＝[-b+(b2-4ac)0.5]/2a；r2＝[-b-(b2-4ac)0.5]/2a；A1＝(r2Tin,0+dTin/dt-r2d/c)/(r2-r1)；A2＝Tin,0-A1-d/c；Tin,0是t＝0时的室内温度初始值。
空调设备耗能包括新风设备运行功率和制热(冷)设备运行功率两个方面，其中，新风设备是利用电风扇实现空气循环，新风设备功率PHVAC,fun，方程式为



Δpeq,HVAC＝0.5v2ρ+pstatic
其中，mHVAC是新风设备空气流量；Δpeq,HVAC是等效总压降；v是空气流速；ρ是空气密度；pstatic是压降；ηHVAC,fun和ηHVAC,motor分别是风扇和发动机的运行效率；
当室内温度稳定时，改变温度设定值Tset，空调制热(冷)变化量QHVAC,h的方程式为
Qin＝QHVAC,h+Qsolar＝ad2Tin/dt2+bdTin/dt+c(Tin-Tout)-Qwall
QHVAC,h＝ad2Tin/dt2+bdTin/dt+c(Tin-Tout)-Qwall-Qsolar
其中，Qsolar是太阳照射热增益
整个空调聚合系统制热(冷)变化量方程式为



则，空调聚合系统制热(冷)消耗的电功率PHVAC,op，方程式为



其中，CCOP是热电的能效比。
空调设备功率PHVAC方程式为
PHVAC＝PHVAC,fun+PHVAC,op；
(4)随机负荷用能设备
t时刻的随机负荷用能设备功率P4(t)采用随机预测误差进行模拟；
t时刻的商业办公楼宇负荷用能设备功率PCOB(t)，方程式为
PCOB(t)＝P1(t)+P2(t)+P2(t)+P4(t)
结合各构成部分的设备实际用能情况，即可预测商业办公楼宇日内任意时间的负荷情况；
3)商业办公楼宇人员日能耗行为模拟
采用非侵入式负荷监测和非侵入式负荷分解方法，结合马尔可夫转移矩阵，分析商业办公楼宇人员的日能耗行为；
(1)商业办公楼宇负荷分解
负荷分解过程采用非侵入式负荷监测和非侵入式负荷分解方法结合累加算法与自举重组的方式，通过功率曲线以及用能设备的额定容量，分析用能设备的启停状态，得出商业办公楼宇人员的主要日常行为；
(2)商业办公楼宇人员行为模拟
采用马尔可夫转移矩阵处理人员个体的随机移动与用能过程的概率性，根据商业办公楼宇人员的主要日常行为，模拟步长表示为{T＝1,2,…,t-1,t,…}，当仿真时间由t-1推进为t时，可能发生状态转移，相关状态转移矩阵，方程式为



其中，pmn(t)是人员在时段t-1处于状态Xt-1＝m、在时段t处于状态Xt＝n的概率，相关概率值参考负荷分解结果，服从(0，1)上均匀分布；pmm(t)是人员在时段t-1处于状态Xt-1＝m、在时段t仍处于状态Xt＝m的概率；k为行为状态总数，k＝8；
4)商业办公楼宇日负荷预测方法具体流程如下：
首先，利用3)的商业办公楼宇人员日能耗行为模拟，得到商业办公楼宇人员行为链，随机抽取商业办公楼宇人员活动链中的人员行为设置为活动状态；
其次，利用3)的商业办公楼宇人员日能耗行为模拟，分析在此人员活动状态下涉及的商业办公楼宇用能设备；
再次，根据其次中涉及的商业办公楼宇用能设备，利用2)的商业办公楼宇用能设备能耗模型，计算人员活动状态下的行为用能情况；
从次，根据3)的商业办公楼宇人员日能耗行为模拟，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓鸥，徐兵，陈世龙，刘剑，李学斌，刘建伟，赵号，
申请(专利权)人：中国能源建设集团天津电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12