一种基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法及系统技术方案

本发明专利技术为一种基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法及系统，依次在多个热力站中设置用于加热二次网循环供水的电制热装置，采用热水和电互补联合供热；依据热用户室内供暖散热器结构及室温环境构建各楼宇建筑物蓄热特性模型后，再结合电制热装置换热、二次网热量传输参数计算蓄热、放热时间，以及结合电制热装置负荷参数建立建筑物室内温度动态响应特性；将多个热力站中的电制热装置聚合成虚拟电厂后，通过协调控制中心依据热力总负荷需求、可调度的蓄热放热负荷、调峰调频的负荷需求和其他热电数据建立热电互补优化调度模型；通过热电互补优化调度模型分别对虚拟电厂进行电功率调控和对集中供热系统的水力平衡负荷进行调控。行调控。行调控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法及系统


[0001]本专利技术属于智慧供热调峰
，具体涉及一种基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法及系统。

技术介绍

[0002]供热系统是北方城市的重要基础设施，是城市能源系统的重要子系统。目前，我国城市集中供热系统热源主要为热电厂、燃气尖峰锅炉等，生产过程中会产生SO2、NOX、烟尘等大气污染物。近年来，我国北方地区严重的冬季雾霾问题备受社会舆论关注，供暖与雾霾的相关性备受争议。为提高供热生产的清洁性，我国北方有条件的城市正在积极探索电制热装置等清洁供暖方式。
[0003]近年来，随着人民生活水平的提高和电力负荷的快速增长，电网负荷峰谷差逐步增大，与此同时，随机性、波动性、不可调度性的可再生能源大规模并网，导致电网的调峰问题更加突出，也给电力调度造成一系列的困难。电力系统中电源及输配电设备均按照电网高峰负荷规划建设，但电网高峰负荷持续时间较短，导致为满足高峰负荷需求而规划建设的电力设备资产利用率较低。另外，电网运行中频率是重要的指标之一，由于电力系统中发电、输电、配电和用电为同时瞬间完成，因此必须通过各种手段调整电网频率保持在合格范围内，保证电网的发电和用电平衡，维持电力系统中发电设备和用电设备的安全稳定运行。
[0004]虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布式电源、储能系统、电动汽车等分布式能源的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统，但是虚拟电厂要为电网提供调频调峰等多个尺度的服务，使得虚拟电厂内的设备资源灵活调控存在相关的技术难点。因此如何通过虚拟电厂的技术去统一优化调度热用户室内的电制热装置，保证供热系统和虚拟电厂的热电互补调度优化运行时现在面临的技术难点。
[0005]因此，基于上述技术问题需要设计一种新的基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法及系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法及系统。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法，包括：
[0008]在各热力站中设置用于加热二次网循环供水的电制热装置，采用热水和电互补联合供热；
[0009]依据热用户室内供暖散热器结构和室温环境构建各楼宇建筑物蓄热特性模型，根据电制热装置换热、二次网热量传输参数获取蓄热时间和放热时间，以及结合电制热装置负荷参数建立蓄热放热过程建筑物室内温度动态响应特性；
[0010]根据各热力站中的电制热装置构建虚拟电厂；
[0011]获取集中供热系统的热力总负荷需求，结合二次网温度传输滞后模型获取虚拟电厂参与调峰调频的负荷需求后，依据热力总负荷需求、可调度的蓄热放热负荷、调峰调频的负荷需求和热电数据建立热电互补优化调度模型；
[0012]根据热电互补优化调度模型对虚拟电厂进行电功率调控和对集中供热系统的水力平衡负荷进行调控。
[0013]进一步，所述依据热用户室内供暖散热器结构和室温环境构建各楼宇建筑物蓄热特性模型，根据电制热装置换热、二次网热量传输参数获取蓄热时间和放热时间，以及结合电制热装置负荷参数建立蓄热放热过程建筑物室内温度动态响应特性的方法包括：
[0014]构建房屋供暖散热器模型，将散热器均分为内外两层，外侧是室内空气，内侧是热媒，室内空气的散热功率为：
[0015]Q
in
＝K
rad
F
rad
β(T
av
‑
T
air
)；
[0016]式中，Q
in
为散热器进入热用户的散热功率；K
rad
为散热器的传热系数；F
rad
为散热器的散热面积；β为散热器组装片数、连接形式和安装形式综合修正系数；T
av
为散热器内热媒温度，热媒温度由散热器的进水温度T
in
与出水温度T
out
之和均分获得；T
air
为热用户室内温度；
[0017]散热功率与供水温度和室内温度的关系为：
[0018][0019]其中，c
w
为热媒比热容；m
w
为热媒的质量流量；
[0020]对于供暖系统，当用户散热器进出口水温降低时，散热器的散热量减少，室内温度随之降低，进而影响散热器的出水口温度；
[0021]构建建筑物蓄热特性模型，建筑物室内温度的热传导方程为：
[0022][0023]其中，为建筑物的围护结构传热耗热功率；为冷风侵入耗热功率；c
air
为室内空气的比热容；ρ
air
为室内空气的密度；V
air
为室内空气的体积；t为时间变量；T
air，0
为零时刻室内空气的温度；
[0024]由供水温度和室外环境温度实时确定房间温度的建筑物蓄热特性模型表示为：
[0025][0026]式中，α为Q
in
计算时的不变量系数；α1为计算时的不变量系数；α2＝c
air
ρ
air
V
air
；T
iair，ex
为室外环境温度；Δt为一段时间；n为常数；
[0027]其中，针对每个楼宇建筑物构建单独的蓄热特性模型，将多个小区楼宇建筑物的蓄热特性模型形成总体的建筑物蓄热特性模型，表示为：i为楼宇建筑物的数量。
[0028]进一步，所述依据热用户室内供暖散热器结构和室温环境构建各楼宇建筑物蓄热
特性模型，根据电制热装置换热、二次网热量传输参数获取蓄热时间和放热时间，以及结合电制热装置负荷参数建立蓄热放热过程建筑物室内温度动态响应特性的方法还包括：
[0029]蓄热时间Δτ是集中供热系统和虚拟电厂在室外环境温度不变情况下，在固定热源负荷和电负荷下，将热用户室内温度由t
n
升到t
n1
所需要的时间，具体计算包括：根据供热整个系统的热量传递过程，Δτ由电制热装置换热时间Δτ1、二次网热量传输时间Δτ2和热用户室内升温时间Δτ3组成，即Δτ＝Δτ1+Δτ2+Δτ3；
[0030]当电制热装置负荷变化速率为V，热用户室内温度由t
n
升到t
n1
所对应的电制热装置负荷由p1提升到p2时，满足热力站进出口水温要求所需要的时间：Δτ1＝(p2‑
p1)/V；
[0031]当二次网热量传输距离为N，热媒流速为v时，Δτ2＝N/v；
[0032]在加热过程dt时间内，根据散热器输入给建筑物热量和建筑物向室外环境的散热量计算M
j
为热网和建筑物热力系统热容量，Q
j0
为开始加热时的初始热负荷；
[0033]放热时间Δτ
′
是集中供热系统合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，包括：在各热力站中设置用于加热二次网循环供水的电制热装置，采用热水和电互补联合供热；依据热用户室内供暖散热器结构和室温环境构建各楼宇建筑物蓄热特性模型，根据电制热装置换热、二次网热量传输参数获取蓄热时间和放热时间，以及结合电制热装置负荷参数建立蓄热放热过程建筑物室内温度动态响应特性；根据各热力站中的电制热装置构建虚拟电厂；获取集中供热系统的热力总负荷需求，结合二次网温度传输滞后模型获取虚拟电厂参与调峰调频的负荷需求后，依据热力总负荷需求、可调度的蓄热放热负荷、调峰调频的负荷需求和热电数据建立热电互补优化调度模型；根据热电互补优化调度模型对虚拟电厂进行电功率调控和对集中供热系统的水力平衡负荷进行调控。2.如权利要求1所述的基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述依据热用户室内供暖散热器结构和室温环境构建各楼宇建筑物蓄热特性模型，根据电制热装置换热、二次网热量传输参数获取蓄热时间和放热时间，以及结合电制热装置负荷参数建立蓄热放热过程建筑物室内温度动态响应特性的方法包括：构建房屋供暖散热器模型，将散热器均分为内外两层，外侧是室内空气，内侧是热媒，室内空气的散热功率为：Q
in
＝K
rad
F
rad
β(T
av
‑
T
air
)；式中，Q
in
为散热器进入热用户的散热功率；K
rad
为散热器的传热系数；F
rad
为散热器的散热面积；β为散热器组装片数、连接形式和安装形式综合修正系数；T
av
为散热器内热媒温度，热媒温度由散热器的进水温度T
in
与出水温度T
out
之和均分获得；T
air
为热用户室内温度；散热功率与供水温度和室内温度的关系为：其中，c
w
为热媒比热容；m
w
为热媒的质量流量；对于供暖系统，当用户散热器进出口水温降低时，散热器的散热量减少，室内温度随之降低，进而影响散热器的出水口温度；构建建筑物蓄热特性模型，建筑物室内温度的热传导方程为：其中，为建筑物的围护结构传热耗热功率；为冷风侵入耗热功率；c
air
为室内空气的比热容；ρ
air
为室内空气的密度；V
air
为室内空气的体积；t为时间变量；T
air,0
为零时刻室内空气的温度；由供水温度和室外环境温度实时确定房间温度的建筑物蓄热特性模型表示为：
式中，α为Q
in
计算时的不变量系数；α1为计算时的不变量系数；α2＝c
air
ρ
air
V
air
；T
iair,ex
为室外环境温度；Δt为一段时间；n为常数；其中，针对每个楼宇建筑物构建单独的蓄热特性模型，将多个小区楼宇建筑物的蓄热特性模型形成总体的建筑物蓄热特性模型，表示为：i为楼宇建筑物的数量。3.如权利要求2所述的基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述依据热用户室内供暖散热器结构和室温环境构建各楼宇建筑物蓄热特性模型，根据电制热装置换热、二次网热量传输参数获取蓄热时间和放热时间，以及结合电制热装置负荷参数建立蓄热放热过程建筑物室内温度动态响应特性的方法还包括：蓄热时间Δτ是集中供热系统和虚拟电厂在室外环境温度不变情况下，在固定热源负荷和电负荷下，将热用户室内温度由t
n
升到t
n1
所需要的时间，具体计算包括：根据供热整个系统的热量传递过程，Δτ由电制热装置换热时间Δτ1、二次网热量传输时间Δτ2和热用户室内升温时间Δτ3组成，即Δτ＝Δτ1+Δτ2+Δτ3；当电制热装置负荷变化速率为V，热用户室内温度由t
n
升到t
n1
所对应的电制热装置负荷由p1提升到p2时，满足热力站进出口水温要求所需要的时间：Δτ1＝(p2‑
p1)/V；当二次网热量传输距离为N，热媒流速为v时，Δτ2＝N/v；在加热过程dt时间内，根据散热器输入给建筑物热量和建筑物向室外环境的散热量计算M
j
为热网和建筑物热力系统热容量，Q
j0
为开始加热时的初始热负荷；放热时间Δτ
′
是集中供热系统合虚拟电厂在室外环境温度不变情况下，在固定热源负荷和电负荷下，将热用户室内温度由t
n1
降到t
n2
所需要的时间，计算放热时间4.如权利要求3所述的基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述依据热用户室内供暖散热器结构和室温环境构建各楼宇建筑物蓄热特性模型，根据电制热装置换热、二次网热量传输参数获取蓄热时间和放热时间，以及结合电制热装置负荷参数建立蓄热放热过程建筑物室内温度动态响应特性的方法还包括：所述蓄热放热过程建筑物室内温度动态响应特性为：在电网高峰负荷阶段，提前Δτ时间启动电制热装置向热用户室内多供热ΔQ，将热用户室温由t
n
升到t
n1
，热量蓄存在建筑物系统中；在电网低负荷阶段，降低集中供热系统的供热量及关闭电制热装置Δτ
′
时间，利用建筑物的蓄热量维持室温到温度t
n2
。5.如权利要求4所述的基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述获取集中供热系统的热力总负荷需求的方法包括：
以目标采暖热用户所处环境的室外气象数据、各楼宇建筑物的物理参数、热用户的目标温度和对应时间段和集中供热系统的运行数据作为输入量，以建筑热负荷需求为输出量；将各个输入量输入至预先训练完成的神经网络热负荷预测模型中，输出建筑热负荷需求；通过各个建筑热负荷需求计算获得集中供热系统的热力总负荷需求。6.如权利要求5所述的基于建筑物热惰性的虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述结合二次网温度传输滞后模型获取虚拟电厂参与调峰调频的负荷需求的方法包括：根据热力总负荷需求对原有集中供热系统和虚拟电厂电制热装置之间的负荷比例进行分配，分配策略满足能量平衡方程：Q
b
＝Q
e,b
+Q
h,b
,b＝[1,2,
…
,m]；...

【专利技术属性】
技术研发人员：时伟，穆佩红，谢金芳，
申请(专利权)人：杭州英集动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：