一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法技术

本发明专利技术提供了一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法；此方法根据“电网

【技术实现步骤摘要】
一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法


[0001]本专利技术属于空气源热泵
，涉及一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法。

技术介绍

[0002]新能源大规模接入电网，其出力的强随机性、波动性对电力系统调节能力提出了更高的要求。在火电等常规发电侧调节资源日渐枯竭的情况下，挖掘负荷侧调节能力成为保障电力安全运行的关键。空气源热泵作为一种新型温控负荷，具有节能、高效、热惯性大和无污染等优点。随着“煤改电”的推行，在北方供热市场占比不断提高，是参与电力系统需求响应的优质资源。由于空气源热泵体量较小，因此需要聚合后参与需求响应。热泵负荷的集中供暖运营商负责工商业楼宇和居民用户的供暖业务，可作为天然的负荷聚合商参与需求响应。
[0003]当前空气源热泵负荷参与需求响应仍存在以下问题：
[0004](1)实现空气源热泵负荷的优化运营控制，并评估空气源热泵负荷可调节能力；
[0005](2)负荷聚合商接受电网调节指令后，分配各负荷调节功率；
[0006](3)需要解决空气源热泵负荷群因调控而产生的负荷群功率振荡问题。

技术实现思路

[0007]为了解决上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法，以解决电力系统调节能力不足问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供了提供一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法；此优方法包括对空气源热泵负荷进行可调节能力评估，根据室内温度、环境温度、以及负荷电热模型，对各个调控时段的调节能力进行评估并上报电网；负荷聚合商根据电网调节指令，基于多目标遗传算法为各个负荷分配调节功率；在调控阶段结束后，限制负荷恢复过程中的功率峰值，使其平稳的恢复到正常运行状态。
[0009]负荷聚合商与用户签订供暖协议，根据供热面积向居民用户收取采暖费；聚合商在保证用户供暖舒适度的基础上，需要尽可能地降低供热成本，以达到利益最大化
[0010]采用模型预测控制方法实现热泵负荷的优化运营，以最小供热成本为优化目标，通过滚动优化取代一次性全局优化，得到各控制周期的最佳运行功率。
[0011]目标函数
[0012][0013]式中：||
·
||2表示2范数；M表示负荷聚合商中热泵负荷的数量；P
price
表示控制周期k的电价；T表示控制周期k的时长；J表示预测时域。
[0014]约束条件
[0015](1)热泵机组动态模型约束：
[0016][0017]式中：X
i
表示热泵负荷i在控制周期k的状态向量；T
o
表示环境温度。
[0018]T
room,i
(k+1)＝[0 0 1]·
X
i
(k+1)
[0019]式中：T
room,i
表示热泵负荷i的室内平均温度。
[0020]其中
[0021][0022][0023][0024]式中：表示热泵负荷i中单台热泵的电功率；C
OP,i
表示热泵负荷i的能效比；C
out,i
表示热泵负荷i的出水热容；K
water,i
表示热泵负荷i的循环水热导；C
re,i
表示热泵负荷i的回水热容；K
room
‑
water,i
表示房间与循环水的热导；K
air,i
表示末端房间的热导和；C
air,i
表示末端房间的热容。
[0025](2)机组启停控制约束
[0026][0027]式中：表示热泵负荷i的机组最小开启台数；表示热泵负荷i的机组最大开启台数。
[0028](3)室内温度约束
[0029][0030]式中：表示室内温度上限；表示室内温度下限。
[0031]热泵负荷的聚合功率为：
[0032][0033]式中：P
agg
表示负荷聚合功率。
[0034]空气源热泵负荷聚合参与电力系统需求响应，需要对其进行可调节能力评估，将热泵聚合功率和可调节能力作为基础数据上报给电网调度中心，使电网在功率不足或功率
过剩的情况下能够综合考虑各种因素向负荷聚合商下发调节指令。
[0035]通过提高可调节能力可以获取更高的收益，提出一种热泵负荷可调节能力评估方法，考虑用户热舒适度对可调节能力的影响，以用户热舒适度温度区间作为基础调节能力；在此基础上根据用户参与需求响应意愿将用户分为两类。Ⅰ类：在调控期间，愿意牺牲一定舒适度以换取降低采暖费，通过短时调整供暖温度区间提升可调节能力；Ⅱ类：不愿意牺牲舒适度，采暖费按照规定数额缴纳。
[0036]空气源热泵负荷可调节潜力评估模型如下：
[0037][0038][0039]式中：表示控制周期k热泵负荷i的最大、最小可开启热泵数量。A
′
i,3
、B
′
i,3
、D
′
i,3
表示A
′
i
、B
′
i
、D
′
i
的第三行向量。
[0040]负荷的可调节能力为：
[0041][0042][0043]式中：表示控制周期k负荷i最大、最小可调节功率。
[0044]当电网调节能力不足，需要负荷侧资源直接参与电网调度时，调控中心依据负荷聚合商上报的负荷预测曲线和可调节能力向其下发调节指令。负荷聚合商退出优化运营控制，按电网需求调节各热泵负荷功率。在分配各负荷调节功率时应遵循以下要求：
[0045](1)以各调节时段调节功率与负荷聚合调节功率之差的二范数最小为目标函数，通过寻优求解目标函数，最终确定各热泵负荷调节功率。
[0046](2)当目标调节功率较小时，首先考虑在保证其热舒适度的条件下进行调控，即将全部热泵负荷基础调节能力都投入使用后，再改变Ⅱ类用户供暖温度区间进行调控，降低电网调控对热舒适度的影响。因此，定义用户i舒适度λ
i
为
[0047][0048]目标函数
[0049][0050][0051]式中：ΔP
ref
——控制周期k的目标调节功率；ΔP
i
——热泵负荷i的调节功率；P——负荷聚合商参与调控时长；M2——Ⅱ类用户数量，其值小于M。
[0052]约束条件
[0053]机组群调节功率约束
[0054]ΔP
idown
≤ΔP
i
≤ΔP
iup
[0055]上述问题是一个多目标优化问题，可考虑采用多目标遗传算法进行求解。
[0056]当调控目标完成后，电网调控中心退出调控过程由负荷聚合商自行恢复负荷，调控过程会破坏负荷多样性，无序的负荷回调行为将会造成较大的负荷反弹值，使该时段的聚合功率与上报用电负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)实现空气源热泵负荷的优化运营控制；2)评估空气源热泵负荷可调节能力；3)负荷聚合商接受电网调节指令后，调节功率的分配方法；4)提出聚合调控热泵负荷恢复模型。2.如权利要求1所述的一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法，其特征在于，所述步骤1中的优化运营控制是基于模型预测控制，在考虑用户舒适温度区间和楼宇蓄能特性的基础上，结合分时电价最小化供热成本；目标函数为：式中：||
·
||2表示2范数；M表示负荷聚合商中热泵负荷的数量，P
price
表示控制周期k的电价，T表示控制周期k的时长，J表示预测时域；约束条件为：1)热泵机组动态模型约束：式中：X
i
表示热泵负荷i在控制周期k的状态向量；T
o
表示环境温度；T
room,i
(k+1)＝[0 0 1]
·
X
i
(k+1)式中：T
room,i
表示热泵负荷i的室内平均温度；其中其中其中式中：表示热泵负荷i中单台热泵的电功率，C
OP,i
表示热泵负荷i的能效比，C
out,i
表示热泵负荷i的出水热容，K
water,i
表示热泵负荷i的循环水热导，C
re,i
表示热泵负荷i的回水热容，K
room
‑
water,i
表示房间与循环水的热导，K
air,i
表示末端房间的热导和，C
air,i
表示末端房间的热容；
2)机组启停控制约束式中：表示热泵负荷i的机组最小开启台数，表示热泵负荷i的机组最大开启台数；3)室内温度约束式中：表示室内温度上限，表示室内温度下限；热泵负荷的聚合功率为：式中：P
agg
表示负荷聚合功率。3.如权利要求1所述的一种空气源热泵负荷聚合参与需求响应方法，其特征在于，所述步骤2中的空气源热泵负荷可调节能力评估方法是根据运营时刻的负荷运行状态、用户舒适度区间和以及环境温度，求解出各负荷最大可上调/下调负荷功率；空气源热泵负荷可调节潜力评估模型如下：空气源热泵负荷可调节潜力评估模型如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海平，谢鑫，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：