一种公共建筑能源系统协调控制方法及其控制组件技术方案

本发明专利技术公开了一种公共建筑能源系统协调控制方法及其控制组件，首先构建碳排因子计算公式，并基于碳排因子计算建筑购电碳排放量，再根据光伏和热电联产构建需求侧电力

【技术实现步骤摘要】
一种公共建筑能源系统协调控制方法及其控制组件


[0001]本专利技术涉及综合能源系统需求侧优化控制
，具体涉及一种公共建筑能源系统协调控制方法及其控制组件。

技术介绍

[0002]建筑与能源领域节能降碳是实现全球范围内碳中和目标的重要途径。建筑领域最终能源消耗约占全球的33%，直接和间接二氧化碳排放量约占全球的40%。从能源供需的角度来看，建筑用能处在能源系统的需求侧，需求侧资源参与能源系统实现源荷协同优化是推动零碳目标实现的重要一环，因此建筑运行阶段利用清洁能源实现碳替代、利用系统优化调度实现碳减排符合能源领域的降碳路径。
[0003]随着社会经济的发展和城镇化建设的推进，既有建筑负荷与用电量增长迅猛，特别是不同气候条件下满足用户冷/热需求的用能负荷占比越来越高，给电力系统的经济、安全运行带来很大的挑战，也对电力市场的稳定运行造成影响。与此同时，随着可再生能源建筑一体化技术的发展，与建筑相关的分布式新能源发电规模越来越大，需求侧的新能源出力面临着由供需不匹配带来的消纳问题。此外，在建筑与能源领域低碳发展问题中，碳排放的统计和计算问题十分重要，用户在减少建筑碳排放中的作用没有被充分激发。
[0004]目前，建筑能源管控普遍是通过将建筑碳排作为衡量经济效益的一部分融入经济目标函数，再通过求解优化问题实现能源成本和碳排放之间的权衡，但这类研究通常仅考虑建筑自身的降碳与经济化运行，缺乏考虑与电力系统互动降低整体碳排放；随着碳机制的全球化普及，未实现零碳的电力系统承担的碳排放成本难以忽视，现行机制中外购电的碳排成本由发电企业承担，但一定会通过某种成本疏导的方式让需求侧的建筑用户承担其所应该承担的碳排放成本；此外，随着城市建筑用能在能源总消耗的占比不断增加，对配电网的运行和稳定供电也提出了挑战；因此，需要设计一种公共建筑能源系统协调控制方法及其控制组件。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术中通常仅考虑建筑自身的降碳与经济化运行，缺乏考虑与电力系统互动降低整体碳排放的问题，提供了一种公共建筑能源系统协调控制方法及其控制组件，其首先利用电力系统碳排因子对建筑用户释放用能碳排信息，并考虑了建筑BIM模型中围护结构和外界温度等对建筑用能需求的差异化作用，接着建立了兼顾建筑与电力碳排的建筑用能系统整体目标函数能提升建筑与电力系统综合降碳的能力。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种公共建筑能源系统协调控制方法及其控制组件，包括以下步骤，步骤（A），构建碳排因子计算公式，并基于碳排因子计算建筑购电碳排放量，再根据光伏和热电联产构建需求侧电力
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建筑耦合碳成本的成本计算模型；步骤（B），构建房间热平衡方程，再建立房间温度准动态变化模型；
步骤（C），基于建立好的房间温度准动态变化模型，将房间热惯性设为虚拟储能系统，并利用房间温度表示热负荷；步骤（D），基于虚拟储能系统，依据建筑用能的能耗计算建筑用能的购电成本，再构建设备运行维护成本计算模型，并设置用户新能源弃电惩罚项；步骤（E），基于电力
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建筑耦合碳成本、建筑用能的购电成本、设备运行维护成本和新能源弃电惩罚项建立建筑用能系统整体目标函数；步骤（F），建立建筑用能系统整体目标函数所要满足的约束并应用，再利用建筑用能系统整体目标函数完成对公共建筑能源系统的协调控制。
[0007]优选的，步骤（A），构建碳排因子计算公式，并基于碳排因子计算建筑购电碳排放量，再根据光伏和热电联产构建需求侧电力
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建筑耦合碳成本的成本计算模型，具体步骤如下，步骤（A1），构建碳排因子计算公式，碳排因子的计算公式如公式（1）所示，其中，为区域电网i在时段t的动态碳排放因子，Z为区域电网i覆盖范围内的节点集合，为节点j在时段t的负荷量，为节点j的碳势大小；步骤（A2），基于碳排因子计算建筑购电碳排放量，建筑购电碳排放量的计算公式如公式（2）所示，其中，为建筑用户k的购电碳排放量，为建筑用户k在时段t的购电量；步骤（A3），根据光伏和热电联产构建需求侧电力
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建筑耦合碳成本的成本计算模型，需求侧电力
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建筑耦合碳成本的成本计算模型如公式（3）所示，其中，为需求侧电力
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建筑耦合碳成本，为碳排放权的交易价格，为电网动态碳排放因子，为上级电网的供电功率，、和为热电联产的碳排放计算系数，为热电联产设备的安装数量，为热电联产的发电功率，为单位调度时间。
[0008]优选的，步骤（B），构建房间热平衡方程，再建立房间温度准动态变化模型，具体步骤如下，步骤（B1），构建房间热平衡方程，房间热平衡方程如公式（4）所示，
其中，为房间热容量系数，为房间温度，为进入房间的热量，为房间对外散热量，为房间从围护结构自然对外的散热量；步骤（B2），建立房间温度准动态变化模型，房间温度准动态变化模型如公式（5）所示，其中，和分别为t+1和t时刻的房间温度，为房间外空气温度，为时段t的供暖功率，为空气热传导系数，为调度时间段时长，为调度周期。
[0009]优选的，步骤（C），基于建立好的房间温度准动态变化模型，将房间热惯性设为虚拟储能系统，并利用房间温度表示热负荷，具体步骤如下，步骤（C1），将房间热惯性设为虚拟储能系统，虚拟储能系统的充放电功率如公式（6）所示，其中，为房间虚拟储能的充放功率，若的值为正时处于储能状态，若的值为负时则处于放能状态；为人体舒适度的实际热负荷；为日前预测热负荷；步骤（C2），利用房间温度表示热负荷，热负荷的表达公式如公式（7）所示，优选的，步骤（D），基于虚拟储能系统，依据建筑用能的能耗计算建筑用能的购电成本，再构建设备运行维护成本计算模型，并设置用户新能源弃电惩罚项，具体步骤下，步骤（D1），依据建筑用能的能耗计算建筑用能的购电成本，建筑用能购电成本的计算公式如公式（8）所示，其中，为建筑用能购电成本，为天然气的购买价格，为热电联产设备的安装数量，、和均为热电联产的耗气成本计算系数，为热电联产的发电功率，为购买市电的价格，为上级电网的供电功率，为单位调度时间，、和为i时刻热电联产的耗气成本计算系数；
步骤（D2），构建设备运行维护成本计算模型，设备运行维护成本计算模型如公式（9）所示，其中，为设备运行维护成本，为热电联产设备在时刻t的输出功率，为光伏设备在时刻t的输出功率，为电锅炉在时刻t的用电功率，为制冷机在时刻t的用电功率，为储能设备在时刻t的充放电功率，、、、和分别为热电联产、光伏、电锅炉、制冷机和储能的单位功率运维成本；步骤（D3），设置用户新能源弃电惩罚项，用户新能源弃电惩罚项如公式（10）所示，其中，为新能源弃电惩罚项，为新能源的发电功率，为新能源的调度出力，为弃光惩罚系数。
[0010]优选的，步骤（E），基于电力
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建筑耦合碳成本、建筑用能购电成本、设备运行维护成本和新能源弃电惩罚项建立建筑用能系统整体目标函数，且建筑用能系统整体目标函数如公式（11）所示，其中，为建筑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种公共建筑能源系统协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤（A），构建碳排因子计算公式，并基于碳排因子计算建筑购电碳排放量，再根据光伏和热电联产构建需求侧电力
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建筑耦合碳成本的成本计算模型；步骤（B），构建房间热平衡方程，再建立房间温度准动态变化模型；步骤（C），基于建立好的房间温度准动态变化模型，将房间热惯性设为虚拟储能系统，并利用房间温度表示热负荷；步骤（D），基于虚拟储能系统，依据建筑用能的能耗计算建筑用能的购电成本，再构建设备运行维护成本计算模型，并设置用户新能源弃电惩罚项；步骤（E），基于电力
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建筑耦合碳成本、建筑用能的购电成本、设备运行维护成本和新能源弃电惩罚项建立建筑用能系统整体目标函数；步骤（F），建立建筑用能系统整体目标函数所要满足的约束并应用，再利用建筑用能系统整体目标函数完成对公共建筑能源系统的协调控制。2.根据权利要求1所述的一种公共建筑能源系统协调控制方法，其特征在于：步骤（A），构建碳排因子计算公式，并基于碳排因子计算建筑购电碳排放量，再根据光伏和热电联产构建需求侧电力
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建筑耦合碳成本的成本计算模型，具体步骤如下，步骤（A1），构建碳排因子计算公式，碳排因子的计算公式如公式（1）所示，其中，为区域电网i在时段t的动态碳排放因子，为区域电网i覆盖范围内的节点集合，为节点j在时段t的负荷量，为节点j的碳势大小；步骤（A2），基于碳排因子计算建筑购电碳排放量，建筑购电碳排放量的计算公式如公式（2）所示，其中，为建筑用户k的购电碳排放量，为建筑用户k在时段t的购电量；步骤（A3），根据光伏和热电联产构建需求侧电力
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建筑耦合碳成本的成本计算模型，需求侧电力
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建筑耦合碳成本的成本计算模型如公式（3）所示，其中，为需求侧电力
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建筑耦合碳成本，为碳排放权的交易价格，为电网动态碳排放因子，为上级电网的供电功率，、和为热电联产的碳排放计算系数，为热电联产设备的安装数量，为热电联产的发电功率，为单位调度时间。
3.根据权利要求2所述的一种公共建筑能源系统协调控制方法，其特征在于：步骤（B），构建房间热平衡方程，再建立房间温度准动态变化模型，具体步骤如下，步骤（B1），构建房间热平衡方程，房间热平衡方程如公式（4）所示，其中，为房间热容量系数，为房间温度，为进入房间的热量，为房间对外散热量，为房间从围护结构自然对外的散热量；步骤（B2），建立房间温度准动态变化模型，房间温度准动态变化模型如公式（5）所示，其中，和分别为t+1和t时刻的房间温度，为房间外空气温度，为时段t的供暖功率，为空气热传导系数，为调度时间段时长，为调度周期。4.根据权利要求3所述的一种公共建筑能源系统协调控制方法，其特征在于：步骤（C），基于建立好的房间温度准动态变化模型，将房间热惯性设为虚拟储能系统，并利用房间温度表示热负荷，具体步骤如下，步骤（C1），将房间热惯性设为虚拟储能系统，虚拟储能系统的充放电功率如公式（6）所示，其中，为房间虚拟储能的充放功率，若的值为正时处于储能状态，若的值为负时则处于放能状态；为人体舒适度的实际热负荷；为日前预测热负荷；步骤（C2），利用房间温度表示热负荷，热负荷的表达公式如公式（7）所示， 。5.根据权利要求4所述的一种公共建筑能源系统协调控制方法，其特征在于：步骤（D），基于虚拟储能系统，依据建筑用能的能耗计算建筑用能的购电成本，再构建设备运行维护成本计算模型，并设置用户新能源弃电惩罚项，具体步骤下，步骤（D1），依据建筑用能的能耗计算建筑用能的购电成本，建筑用能购电成本的计算公式如公式（8）所示，其中，为建筑用能购电成本，为天然气的购买价格，为热电联产设备
的安装数量，、 和 均为热电联产的耗气成本计算系数，为热电联产的发电功率，为购买市电的价格，为上级电网的供电功率，为单位调度时间，、和为i时刻热电联...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆志军，余昆，刘西陲，朱永猛，
申请(专利权)人：江苏智慧用能低碳技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：