建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法技术

本发明专利技术公开建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法，包括以下步骤：构建建筑能源系统内包括电动汽车充电负荷及空调负荷等各类内部设备分项负荷预测曲线与光伏负荷曲线的成对谱分析模型；建立成对谱分析模型内部频谱传递机制，形成归一化响应相似权值，并在响应权值数组中提取最大值对应的单项建筑设备负荷，与光伏负荷形成最优同步匹配；根据该最大响应相似的单项负荷与光伏负荷的错配差值，制定动态正差量频谱迭代组合方法，实现建筑内部设备的协同运行，最大程度提高光伏消纳率。最大程度提高光伏消纳率。最大程度提高光伏消纳率。

【技术实现步骤摘要】
建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法


[0001]本专利技术属于建筑需求响应的研究领域，具体涉及一种建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法。

技术介绍

[0002]近年来，全球正在推动能源资源的技术革命，以解决现阶段最普遍的能源和环境问题，以进一步实现降耗减碳目标。而全球近40％的总能耗与建筑行业有关，减少建筑能耗已成为降耗减碳过程的重要组成部分。随着可再生能源应用前景日益广阔，建筑能源供应侧与需求侧的联系愈发紧密，其中光伏系统在建筑物中的应用被视为重要的降耗减碳方法，也有越来越多的研究人员关注光伏资源和建筑运营的结合，并研究制定经济高效且可控的建筑能源需求响应计划。
[0003]随着建筑中充电设施的普及以及光伏大规模并网发电，为了能够达到改善光伏就地消纳情况的目的，往往会将电动汽车、空调等建筑各分项设备工作负荷与光伏能源协调运行，但此时的建筑各电力负荷关系会变得更为复杂。而定量评估建筑能源系统的灵活性潜力和响应水平在能源管理中非常重要。为了评估建筑光伏的消纳情况，应用时域分析法来定性评估各设备分项负荷与光伏发电的响应匹配程度已难以满足需求，同时该方法在各项负荷特性及其相互匹配关系表征方面也存在着一些局限性，一定程度影响着综合优化调度策略的选择与执行。由此，考虑供需平衡、多种类型负荷互补作用，建立一种建筑多元负荷关联响应的需求匹配模型具有重要意义，以实现电力负荷调度最优化运营。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法，协同建筑多元负荷的关联响应运行，最大程度改善光伏消纳效果，从而实现电力负荷调度最优化运营。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了一种建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：基于建筑能源系统内不同设备分项电力负荷的预测曲线，构建包括空调负荷和电动汽车充电负荷在内的建筑插座分项电力负荷与光伏电力曲线之间的成对谱分析模型。该成对谱分析模型包含成对负荷序列的谱密度分布、相干性与相位关系。利用谱密度分布反映成对负荷幅度随频率分布的变化程度，如公式(1)所示：
[0007][0008]式中D
Lxy
(f)为成对谱密度分布；R
XY
(s)为互协方差函数；s为时间延迟；f为频率。
[0009]利用极坐标表示法对该成对谱密度分布表达形式进行转化，如公式(2)
‑
(4)所示：
[0010]D
Lxy
(f)＝A
Lxy
(f)exp{2πW
Lxy
(f)} (2)
[0011][0012]W
Lxy
(f)＝arctan[
‑
n
Lxy
(f)/m
Lxy
(f)] (4)
[0013]其中，由于D
Lxy
(f)为复数形式，取实部为m
Lxy
(f)，其虚部为n
Lxy
(f)；A
Lxy
(f)为成对负荷序列之间的幅值关系；W
Lxy
(f)为成对负荷序列之间的相位关系。
[0014]然后，基于相干谱来识别成对负荷曲线的频域相关性，如公式(5)所示：
[0015][0016]其中，D
Lx
(f)和D
Ly
(f)分别为单项负荷谱密度分布；G
Lxy
(f)为成对负荷曲线相干谱，反映两个序列在不同频率处线性相关程度，相干谱值越接近1，表示成对负荷序列在该频率下的相关性越大。
[0017]同时借助相位谱来分析成对负荷的频域先后关系，如上述公式(4)所示。该频谱参数反映成对负荷序列在各个频率处的相位差大小即出现的先后关系。相位谱值越接近于0，表示该成对负荷曲线在该频率处领先或滞后程度越弱。
[0018]最后，综合分析这三种谱参数来研究建筑内各类设备电力分项负荷与光伏发电曲线之间的关联特性。
[0019]步骤2：在获得谱密度分布、相干性及相位关系三参数后，建立成对谱分析模型内部频谱传递机制，首先对建筑不同分项设备运行负荷序列与光伏发电曲线在频率处的成对谱密度值进行误差计算，并取设定误差σ下的共频带区间。然后，进一步对比成对负荷序列的相关性与相位关系，截取共频带区间下所对应的相干谱与相位谱值，并对所提取数据均值处理后再进行归一化计算，形成归一化响应相似权值Δ
i
，如公式(6)所示。
[0020][0021]其中，Δ
i
为第i个成对负荷序列相干与相位归一化响应相似权值，Δ
i
∈[0,1]；G
i
为第i个成对负荷序列谱分析的相干均值，G
i
∈[0,1]；W
i
为第i个成对负荷序列谱分析的相位均值，W
i
∈[0,1]；n为成对负荷序列的组合个数。
[0022]最后，将多项建筑设备电力负荷分别与光伏发电曲线进行成对频谱组合计算，得到归一化响应相似权值数组，并在该数组中提取最大值对应的单项建筑设备负荷，与光伏负荷形成最优同步匹配，如式(7)所示。
[0023]L
x
＝max{Δ1,Δ2,...,Δ
n
} (7)
[0024]其中，L
x
为该数组中提取最大值对应的单项建筑设备负荷序列。
[0025]步骤3：基于频谱传递机制，若归一化响应相似权值Δ≥0.5000，则计算该最大响应相似的单项负荷序列与光伏电力负荷的错配差值，获取时域错配负荷差曲线，如公式(8)所示。
[0026][0027]其中，P(
‑
L
x
)为时域错配负荷差曲线，P(t)为光伏出力预测曲线，L
x
(t)为最大响应
相似的单项负荷预测曲线。
[0028]然后，将余留的分项电力负荷曲线与该错配负荷差曲线进行成对谱分析计算，执行步骤1)与2)，直至余留成对负荷序列最大归一化响应相似权值Δ＜0.5000，完成动态正差量频谱迭代组合，获取建筑多元负荷与光伏发电负荷的最优组合方案，以实现最大光伏消纳效果。
[0029]有益效果
[0030](1)本专利技术可以从频谱分析角度表征建筑能源系统内各项负荷特性及其相互匹配关系，能够定量评估各设备分项负荷与光伏发电的响应匹配程度，为建筑能源需求响应计划提供指导。
[0031](2)本专利技术效率高，能够考虑供需平衡、多种类型负荷互补作用，协同建筑多元设备负荷与光伏出力负荷之间的关联响应，实现电力负荷调度最优化运营，极大程度提高光伏消纳率。
附图说明
[0032]图1为本专利技术一种建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法的技术路线图。
[0033]图2为本专利技术一个实施例中与光伏出力曲线匹配分析的3类负荷曲线。
[0034]图3为本专利技术一个实施例中与光伏出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：基于建筑能源系统内不同设备分项电力负荷的预测曲线，构建包括空调电力负荷和电动汽车充电负荷在内的建筑插座分项负荷与光伏电力曲线之间的成对谱分析模型；该成对谱分析模型包含成对负荷序列的谱密度分布、相干性与相位关系，利用谱密度分布反映成对负荷幅度随频率分布的变化程度，基于相干谱来识别成对负荷曲线的频域相关性，并借助相位谱来讨论成对负荷的频域先后关系，基于这三种谱参数来研究建筑分项电力负荷与光伏发电曲线之间的关联特性；步骤2)：基于步骤1)所获得的谱密度分布、相干性及相位关系三参数，建立成对谱分析模型内部频谱传递机制，形成归一化响应相似权值，将多项建筑设备电力负荷分别与光伏发电曲线进行成对频谱组合计算，得到归一化响应相似权值数组，并在该数组中提取最大归一化响应相似权值对应的单项建筑设备负荷，与光伏负荷形成最优同步匹配；步骤3)：根据步骤2)提取的最大归一化响应相似权值，计算对应的单项负荷与光伏负荷的错配差值，获取错配负荷差的时域局域化曲线，制定动态正差量频谱迭代组合方法，具体如下：基于频谱传递机制，若归一化响应相似权值Δ≥0.5000，则计算该最大响应相似的单项负荷序列与光伏电力负荷的错配差值，获取时域错配负荷差曲线，如公式(8)所示；其中，P(
‑
L
x
)为时域错配负荷差曲线，P(t)为光伏出力预测曲线，L
x
(t)为最大响应相似的单项负荷预测曲线；然后，将余留的分项电力负荷曲线与该错配负荷差曲线进行成对谱分析计算，执行步骤1)与2)，直至余留成对负荷序列最大归一化响应相似权值Δ＜0.5000，完成动态正差量频谱迭代组合，获取建筑多元负荷与光伏发电负荷的最优组合方案。2.根据权利要求1所述的建筑多元负荷关联响应的谱匹配分析方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：利用谱密度分布反映成对负荷幅度随频率分布的变化程度，如公式(1)所示：式中D
Lxy
(f)为成对谱密度分布；R
XY
(s)为互协方差函数；s为时间延迟；f为频率；利用极坐标表示法对该成对谱密度分布表达形式进行转化，如公式(2)
‑
(4)所示：D
Lxy
(f)＝A
Lxy
(f)exp{2πW
Lxy
(f)} (2)W
Lxy
(f)＝arctan[
‑
n
Lxy

【专利技术属性】
技术研发人员：丁研，朱燕，潘晓，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：