考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理方法，包括：1)建立考虑楼宇模型不确定性的楼宇3热阻

【技术实现步骤摘要】
考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理方法


[0001]本专利技术涉及电网能量管理的
，尤其是指一种考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理方法。

技术介绍

[0002]可再生能源发电的大规模并网、负荷增长预测的误差、电网参数的变化和用户侧需求的不断变化等，使得配电网在“源
‑
网
‑
荷”端面临复杂的不确定性问题。这些不确定性问题给配电网的能量管理带来了极大的挑战。这些挑战成为当前影响电网能量管理水平的重要因素。
[0003]为实现以上基于模型的或基于模型和数据驱动的电网能量管理，除了需要提前获得电网的网络拓扑和楼宇模型，还需提前获得某些大功率负荷的精确模型和参数知识。但这种假设在现实中并不总是成立的。比如，用于楼宇能耗动态过程建模的热阻热容模型。此类热容热阻模型所用到的热阻热容等参数常通过分析楼宇的结构、材料、地理位置等直接计算获得。但对于实际楼宇，其热阻热容会随着楼宇使用年限、季节、天气状况等的不同而发生变化。因此，用于楼宇耗能建模的热容热阻模型存在一定的不确定性。
[0004]此外，光照、室外气温等影响电网和楼宇能耗状态的因素造成的附加扰动也存在一定的不确定性。但当前缺乏考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理的研究。当前对楼宇参数不确定性和附加扰动的研究多集中在分析楼宇参数和附加扰动对楼宇能量管理的影响及应对该影响采取的能量管理措施。
[0005]为分析楼宇参数不确定性和附加扰动对集成楼宇群配电网系统能量管理的影响，本专利技术提出了一种考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理方法，并通过对楼宇参数不确定性区间和附加扰动区间集合形成的模型参数不确定性区域近似，在保证不确定性区域低保守性等效的前提下，提高集成楼宇群配电网能量管理效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有集成楼宇群配电网能量管理方法存在的缺点和不足，首次提出了一种同时考虑楼宇模型不确定性、不确定性区域近似等效和楼宇群主动需求响应的集成楼宇群配电网能量管理方法，该方法对配电网、光伏逆变器、电池储能系统和考虑模型不确定性区域及其近似方法的楼宇动力学模型进行了充分耦合和配电网能量有效管理。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理方法，包括以下步骤：
[0008]1)建立考虑楼宇模型不确定性的楼宇3热阻
‑
2热容模型的热动态方程；
[0009]2)对楼宇模型不确定性区域进行近似，得到楼宇模型近似不确定性区域表达式；
[0010]3)将楼宇模型近似不确定性区域表达式代入步骤1)中的热动态方程，得到考虑楼宇模型不确定性区域近似的热动态方程，再集成等式约束、不等式约束和目标函数，实现集
成楼宇群配电网能量的优化管理。
[0011]进一步，在步骤1)中，当楼宇存在由参数不确定性和附加扰动导致的模型不确定性时，楼宇l的线性离散热动态方程表示为：
[0012][0013]式中，下标l表示对楼宇的编号，表示楼宇的集合，T
s
表示采样时间；表示t时刻楼宇l的状态矩阵，和分别为t时刻楼宇l的墙体温度和室内温度，表示矩阵的转置矩阵；表示t+T
s
时刻楼宇l的状态矩阵；表示t时刻楼宇l的输入矩阵，即t时刻楼宇l的暖通空调系统的有功功率；暖通空调系统的能耗通过计算，μ
HVAC,l
是楼宇l的暖通空调系统的性能系数；表示t时刻楼宇l的不可控输入矩阵，和分别为t时刻楼宇l的内热源和外墙吸收的总太阳辐射，表示t时刻楼宇l的室外温度；表示由t时刻楼宇l的外界温度、光照强度这些楼宇外部分布不均衡因素引入系统的附加扰动，附加扰动范数有界，即：
[0014][0015]式中，σ
w
为一确定值正实数，表示求的无穷范数，即中绝对值最大的项的绝对值，将形成的不确定性集记为
[0016]楼宇l的线性离散热动态方程的状态系数矩阵输入系数矩阵和不可控项系数矩阵分别满足和I2为二阶单位矩阵；其中，A
l
、B
l
和E
l
分别为楼宇l的线性连续热动态方程的状态系数矩阵、输入系数矩阵和不可控项系数矩阵，即式(1)未离散化之前的热动态方程的状态系数矩阵、输入系数矩阵和不可控项系数矩阵：
[0017][0018]A
l
、B
l
和E
l
表达式中，R
1,l
、R
2,l
、R
w,l
、C
wall,l
、C
zone,l
用于描述楼宇l的3热阻
‑
2热容模型的热阻和热容：R
1,l
代表楼宇l的外界环境与墙体中间界面之间的热阻、R
2,l
代表楼宇l的墙体中间界面与室内环境之间的热阻、R
w,l
代表楼宇l的窗户的玻璃热阻、C
wall,l
代表楼宇l
的墙体中界面对地的等效热容、C
zone,l
代表楼宇l的室内环境对地的等效热容；
[0019]为集总不确定项，用于模拟在t时刻对楼宇l的式(1)中模型方程基准项的扰动；是式(1)中楼宇l的线性离散热动态方程的不可控项；为式(1)中不确定项和不可控项之和；和分别表示楼宇l的3热阻
‑
2热容线性离散热动态方程的状态系数矩阵和输入系数矩阵的扰动项，位于由h个顶点组成的多面体集合中，即：
[0020][0021]式中，h≥3，Conv表示由有限个顶点组成的凸包，是Conv所表示凸包的第h个顶点；
[0022]为简化变量和公式的表达形式，省略楼宇l所有变量和矩阵的下标l，式(1)重新表示为：
[0023][0024]时间区间[t T
p
×
T
s
+t]内楼宇l的集成闭环
‑
线性离散热动态方程表示为：
[0025]x＝Z(A+KB)u+M+Γ＝Z(A+KB)u+H
ꢀꢀ
(5)
[0026]式中，T
P
表示系统所用模型预测控制算法的预测采样点个数；x和u分别表示时间区间[t T
p
×
T
s
+t]内楼宇l的集成状态矩阵和集成输入矩阵；H表示时间区间[t T
p
×
T
s
+t]内楼宇l集成不确定性项矩阵M和集成不可控项矩阵Γ之和；A和B分别表示时间区间[t T
p
×
T
s
+t]内楼宇l的线性离散热动态方程的集成状态矩阵系数和集成输入矩阵系数；Z是一个块下移矩阵，该矩阵中第一个块的次对角线填满了单位矩阵，其它地方都是零；u＝Kx用于实现楼宇l的闭环控制，用于实现该闭环控制的线性时变反馈控制器为块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立考虑楼宇模型不确定性的楼宇3热阻
‑
2热容模型的热动态方程；2)对楼宇模型不确定性区域进行近似，得到楼宇模型近似不确定性区域表达式；3)将楼宇模型近似不确定性区域表达式代入步骤1)中的热动态方程，得到考虑楼宇模型不确定性区域近似的热动态方程，再集成等式约束、不等式约束和目标函数，实现集成楼宇群配电网能量的优化管理。2.根据权利要求1所述的考虑楼宇模型不确定性的集成楼宇群配电网能量管理方法，其特征在于，在步骤1)中，当楼宇存在由参数不确定性和附加扰动导致的模型不确定性时，楼宇l的线性离散热动态方程表示为：式中，下标l表示对楼宇的编号，表示楼宇的集合，T
s
表示采样时间；表示t时刻楼宇l的状态矩阵，和分别为t时刻楼宇l的墙体温度和室内温度，表示矩阵的转置矩阵；表示t+T
s
时刻楼宇l的状态矩阵；表示t时刻楼宇l的输入矩阵，即t时刻楼宇l的暖通空调系统的有功功率；暖通空调系统的能耗通过计算，μ
HVAC,l
是楼宇l的暖通空调系统的性能系数；表示t时刻楼宇l的不可控输入矩阵，和分别为t时刻楼宇l的内热源和外墙吸收的总太阳辐射，表示t时刻楼宇l的室外温度；表示由t时刻楼宇l的外界温度、光照强度这些楼宇外部分布不均衡因素引入系统的附加扰动，附加扰动范数有界，即：式中，σ
w
为一确定值正实数，表示求的无穷范数，即中绝对值最大的项的绝对值，将形成的不确定性集记为楼宇l的线性离散热动态方程的状态系数矩阵输入系数矩阵和不可控项系数矩阵分别满足和I2为二阶单位矩阵；其中，A
l
、B
l
和E
l
分别为楼宇l的线性连续热动态方程的状态系数矩阵、输入系数矩阵和不可控项系数矩阵，即式(1)未离散化之前的热动态方程的状态系数矩阵、输入系数矩阵和不可控项系数矩阵：
A
l
、B
l
和E
l
表达式中，R
1,l
、R
2,l
、R
w,l
、C
wall,l
、C
zone,l
用于描述楼宇l的3热阻
‑
2热容模型的热阻和热容：R
1,l
代表楼宇l的外界环境与墙体中间界面之间的热阻、R
2,l
代表楼宇l的墙体中间界面与室内环境之间的热阻、R
w,l
代表楼宇l的窗户的玻璃热阻、C
wall,l
代表楼宇l的墙体中界面对地的等效热容、C
zone,l
代表楼宇l的室内环境对地的等效热容；为集总不确定项，用于模拟在t时刻对楼宇l的式(1)中模型方程基准项的扰动；是式(1)中楼宇l的线性离散热动态方程的不可控项；为式(1)中不确定项和不可控项之和；和分别表示楼宇l的3热阻
‑
2热容线性离散热动态方程的状态系数矩阵和输入系数矩阵的扰动项，位于由h个顶点组成的多面体集合中，即：式中，h≥3，Conv表示由有限个顶点组成的凸包，是Conv所表示凸包的第h个顶点；为简化变量和公式的表达形式，省略楼宇l所有变量和矩阵的下标l，式(1)重新表示为：时间区间[t T
p
×
T
s
+t]内楼宇l的集成闭环
‑
线性离散热动态方程表示为：x＝Z(A+KB)u+M+Γ＝Z(A+KB)u+H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，T
P
表示系统所用模型预测控制算法的预测采样点个数；x和u分别表示时间区间[t T
p
×
T
s
+t]内楼宇l的集成状态矩阵和集成输入矩阵；H表示时间区间[t T
p
×
T
s
+t]内楼宇l集成不确定性项矩阵M和集成不可控项矩阵Γ之和；A和B分别表示时间区间[t T
p
×
T
s
+t]内楼宇l的线性离散热动态方程的集成状态矩阵系数和集成输入矩阵系数；Z是一个块下移矩阵，该矩阵中第一个块的次对角线填满了单位矩阵，其它地方都是零；u＝Kx用于实现楼宇l的闭环控制，用于实现该闭环控制的线性时变反馈控制器为块下三角矩阵K，即：
式中，K为T
p
+1行T
p
+1列实数矩阵，K
k,k
、K
k,k
‑1和K
k,0
分别为矩阵K中第k+1行第1列的实数、第k+1行第2列的实数和第k+1行第k+1列的实数，k为非负整数且满足0≤k≤T
p
；式(5)中的其它参数：式(5)中的其它参数：式中，和分别表示T
p
+1个和T
p
+1个作为对角块形成的对角矩阵；和分别表示变量(
·
)的从t时刻开始的第T
P
+1个和第T
P
个采样点；[
·
]
′
表示矩阵[
·<...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐文虎，张银，钱瞳，李维维，连祥龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：