一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法技术

一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、获取当地居民的负荷数据，利用记忆神经网络和改进K

【技术实现步骤摘要】
一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法


[0001]本专利技术涉及电价制定
，特别是一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法。

技术介绍

[0002]高原高寒地区对稳定供热有迫切的需求，但是传统燃煤供热会产生大量的污染物如二氧化硫、氮氧化物以及烟粉尘等。因此，在这些地区推进清洁取暖势在必行。蓄热式电锅炉是优质的清洁取暖设备，尤其是在风电、光伏等清洁能源接入系统后，蓄热罐通过热能储存进行削峰填谷，可平抑其间歇性和不确定性，缓解供需不匹配的矛盾。而且开展清洁供暖，将风电、光伏、电锅炉、储能系统等多类型设备纳入能源系统，增加了系统运行的灵活性，提升系统调峰能力，促进新能源消纳。
[0003]清洁取暖有显著的节能减排效果，但实施后会增加居民的用电负担，因此需要制定配套的市场交易机制和电价机制引导居民积极主动的参与进来。国内外已经有大量学者对该类问题展开了研究，有学者认为通过适当扩大峰谷电价价差、合理设定低谷时段等方式，充分发挥价格信号引导电力消费、促进移峰填谷的作用。进一步推动居民峰谷电价政策，居民电费按照“先峰谷、后阶梯”的方式计算，通过分线分表或适当增加电量基数等办法处理。但是这些方法实际执行时过于复杂，不具备长期适应用性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法，解决传统电价政策对负荷和电源特性的适应性较差，且较少考虑蓄热电锅炉在分时电价下参与光伏消纳的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法，包括以下步骤：
[0006]S1、获取当地居民的负荷数据，利用记忆神经网络和改进K
‑
means聚类算法划分出居民峰谷时段；
[0007]S2、建立蓄热电锅炉的数学模型，并提出蓄热电锅炉在分时电价下参与光伏消纳的运行策略；
[0008]S3、以居民日取暖费用最低为目标函数，并建立相应的约束条件包括电锅炉的制热约束、蓄热装置的运行约束、能量平衡约束、分时电价的相关约束，采用MATLAB软件调用CPLEX求解器寻找出最优峰谷分时电价。
[0009]优选的，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0010]S11、输入居民负荷数据，对负荷数据进行有效性检查和归一化处理，确保数据的准确可靠，其中归一化公式如下：
[0011][0012]式中：Q
′
i
是用户当天时段归一化后的负荷使用量；Q
i
是用户当天i时段的实际使用量；Q
min
是用户当天所有时段负荷使用量最小值；Q
max
是用户当天所有时段负荷使用量最大值；
[0013]S12、对负荷数据按照供暖期和非供暖期进行分类，非供暖期温度适宜，负荷用电量较少；供暖期由于温度较低需要使用调温设备，负荷用量较大，确保分类数据具有较强的相似性；将分类后的数据加入记忆神经网络进行训练，利用其强大的时间序列特征提取能力获得用户供暖期与非供暖期的负荷特征数据；
[0014]S13、将用户供暖期与非供暖期负荷特征数据分别用改进K
‑
means聚类算法进行聚类，输出用户两个时期的电价时段划分结果；
[0015]S14、通过算法计算出来的时段划分结果还应结合当前已实施时段划分方案的特点，以使算法的输出结果尽可能满足实际的情况，具体包括：要尽可能保证用户的总电费支出不要出现大的波动；峰段、谷段2个集合的时段数相差不要太大，峰段可以尽量缩短，但不能低于6h；不要出现短时间(低于2h)的孤立时段，如果出现，将孤立时段合并到邻近平时段或谷时段；不能确定的时段按照少数服从多数原则进行合并。
[0016]优选的，所述步骤S2中，所述蓄热电锅炉的数学模型建立如下：
[0017]根据蓄热电锅炉的供热特性将蓄热电锅炉分为电锅炉和蓄热装置两部分进行建模；
[0018]所述电锅炉的数学模型为：
[0019]H
EB,t
＝P
EB,t
η
ah
[0020]式中，P
EB,t
和H
EB,t
分别为时段t内电锅炉用电和制热功率；η
ah
为电锅炉电热转换效率。
[0021]所述蓄热装置的数学模型为模型为：
[0022][0023]式中，S
HS,t
为蓄热装置在时段t的蓄热容量；μ为散热损失率；H
HS_in,t
、H
HS_out,t
和λ
HS_in
、λ
HS_out
分别为时段t内蓄热装置的吸放热功率及效率。
[0024]优选的，所述步骤S2中，所述蓄热电锅炉在分时电价下参与光伏消纳的运行策略如下：
[0025]S21、在谷电时段，若蓄热装置容量已经达到最大值则电锅炉制造的热量只需要满足居民的热负荷需求即可，若蓄热装置的容量未达到最大值则电锅炉制造的热量除去满足热负荷需求外，还需要额外制造热量储存在蓄热装置中，公式表达如下：
[0026][0027]式中，表示在谷电时段电锅炉的制热功率；H
load,t
表示在时段t的热负荷；S
HS,max
表示蓄热装置的最大蓄热量；
[0028]S22、在平电时段，蓄热装置的作用主要是跟踪消纳光伏，若处于光伏出力时段且蓄热装置仍有剩余的储热容量，则电锅炉除了为常规热负荷提供热量外，还需要利用光伏额外制热；若平电时段光伏不出力，则电锅炉的制热量只需要去满足热负荷即可。公式表达
如下：
[0029][0030]式中，表示在平电时段电锅炉的制热功率；t
pv
表示光伏出力的时段。
[0031]S23、在峰电时段，为了供热的经济性，常规的热负荷优先由蓄热装置提供储存的热量进行满足；当蓄热装置无储热时再直接由电锅炉进行供热，峰电时段蓄热装置只能对外供热而不能进行蓄热，公式表达如下：
[0032][0033]式中，表示在峰电时段电锅炉的制热功率。
[0034]优选的，所述步骤S3中的目标函数如下：
[0035]用户通常会希望供暖所产生的费用较低，故以采暖电费最低作为目标函数，公式表示如下：
[0036][0037]式中，min J表示采暖所产生的电费最小；t
f
、t
p
、t
g
分别表示峰价时段、平价时段、谷价时段；c
f
、c
p
、c
g
分别表示峰平谷各时段相应的电价；P
EB,t
表示在t时段内电锅炉用电功率。
[0038]优选的，所述步骤S3中的约束条件如下：
[0039]约束条件包括电锅炉的制热约束、蓄热装置的运行约束、能量平衡约束、分时电价的相关约束。
[0040]S31、电锅炉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、获取当地居民的负荷数据，利用记忆神经网络和改进K
‑
means聚类算法划分出居民峰谷时段；S2、建立蓄热电锅炉的数学模型，并提出蓄热电锅炉在分时电价下参与光伏消纳的运行策略；S3、以居民日取暖费用最低为目标函数，并建立相应的约束条件包括电锅炉的制热约束、蓄热装置的运行约束、能量平衡约束、分时电价的相关约束，采用MATLAB软件调用CPLEX求解器寻找出最优峰谷分时电价。2.根据权利要求1所述一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：S11、输入居民负荷数据，对负荷数据进行有效性检查和归一化处理，确保数据的准确可靠，其中归一化公式如下：式中：Q
′
i
是用户当天时段归一化后的负荷使用量；Q
i
是用户当天i时段的实际使用量；Q
min
是用户当天所有时段负荷使用量最小值；Q
max
是用户当天所有时段负荷使用量最大值；S12、对负荷数据按照供暖期和非供暖期进行分类，非供暖期温度适宜，负荷用电量较少；供暖期由于温度较低需要使用调温设备，负荷用量较大，确保分类数据具有较强的相似性；将分类后的数据加入记忆神经网络进行训练，利用其时间序列特征提取能力获得用户供暖期与非供暖期的负荷特征数据；S13、将用户供暖期与非供暖期负荷特征数据分别用改进K
‑
means聚类算法进行聚类，输出用户两个时期的电价时段划分结果。3.根据权利要求1所述一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述蓄热电锅炉的数学模型建立如下：根据蓄热电锅炉的供热特性将蓄热电锅炉分为电锅炉和蓄热装置两部分进行建模；所述电锅炉的数学模型为：H
EB,t
＝P
EB,t
η
ah
式中，P
EB,t
和H
EB,t
分别为时段t内电锅炉用电和制热功率；η
ah
为电锅炉电热转换效率。所述蓄热装置的数学模型为模型为：式中，S
HS,t
为蓄热装置在时段t的蓄热容量；μ为散热损失率；H
HS_in,t
、H
HS_out,t
和λ
HS_in
、λ
HS_out
分别为时段t内蓄热装置的吸放热功率及效率。4.根据权利要求1所述一种蓄热式电锅炉清洁取暖的动态电价响应方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述蓄热电锅炉在分时电价下参与光伏消纳的运行策略如下：S21、在谷电时段，若蓄热装置容量已经达到最大值则电锅炉制造的热量只需要满足居民的热负荷需求即可，若蓄热装置的容量未达到最大值则电锅炉制造的热量除去满足热负荷需求外，还需要额外制造热量储存在蓄热装置中，公式表达如下：
式中，表示在谷电时段电锅炉的制热功率；H
load,t
表示在时段t的热负荷；S
HS,max
表示蓄热装置的最大蓄热量；S22、在平电时段，蓄热装置的作用主要是跟踪消纳光伏，若处于光伏出力时段且蓄热装置仍有剩余的储热容量，则电锅炉除了为常规热负荷提供热量外，还需要利用光伏额外制热；若平电时段光伏不出力，则电锅炉的制热量只需要去满足热负荷即可。公式表达如下：式中，表示在平电时段电锅炉的制热功率；t
pv
表示光伏...

【专利技术属性】
技术研发人员：付兆隆，薛田良，徐光晨，韩润泽，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：