实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术涉及一种实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法、系统及介质。首先构建供热量与室内温度变化的时变关系，建立热动态模型，通过室内温度变化率映射暂态热平衡关系，建立冬季人体的热舒适温度，约束室内温度的变化范围；评估启停控制的单体电采暖负荷的调节能力；然后根据额定功率、等效热阻与等效热容对电采暖负荷进行集群处理，提出电采暖负荷群的“接力式”控制策略；最后基于建立的电采暖负荷聚合模型，以采集的分布式光伏发电功率与电采暖负荷功率信号作为反馈信号，对电采暖负荷功率的进行综合优化控制。本发明专利技术实现了对单个电采暖负荷的准确建模，在保障用户供暖舒适度的前提下实现对电采暖负荷调节能力的量化评估。量化评估。量化评估。

【技术实现步骤摘要】
实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法、系统及介质


[0001]本专利技术属于电力系统运行与控制
，尤其涉及一种实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]随着能源战略向大规模新能源发电与联网逐步迈进，分布式光伏等新能源的不确定性对电网安全稳定运行的影响成为迫在眉睫需要解决的问题。从经济性与可实施性考虑，运用负荷需求侧响应这一种新型灵活资源，参与电网调峰调频、消纳新能源具有重要意义。其中供暖负荷，尤其是电采暖负荷，具有耗电多、功率稳定的特点，有巨大的功率调控潜力。对于北方供暖负荷与大电网系统联网的形式，如何开展负荷需求响应，制定通过分布式光伏与柔性供暖负荷功率互补运行的源荷协同控制方法是解决光伏等新能源消纳的有力途径。
[0003]综上所述，研究分布式光伏与柔性供暖负荷的聚合控制策略来参与需求响应，辅助电网平抑由于新能源接入带来的功率波动，是一种多方参与、多方互利的良好模式。供暖用户在生产条件许可的情况下能获得一定的经济补偿；电网公司能以较低的代价保障电网的稳定可靠运行；新能源发电方则提升了新能源接入率；总体上实现了荷
‑
网
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源总经济效益的提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种可实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法：通过对柔性采暖负荷的聚合建模，提出采暖负荷功率调控方式。综合考虑供暖舒适度、电采暖负荷功率调节能力等约束条件，将采集的分布式光伏功率信号作为反馈量，调度中心将调节指令下发到各级的电采暖负荷，实现对分布式光伏功率波动的平抑。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法，其特征在于，包括：
[0007]构建供热量与室内温度变化的时变关系，根据标准建筑物的热力学特性建立热动态模型，通过室内温度变化率映射暂态热平衡关系；建立冬季人体的热舒适温度，约束室内温度的变化范围；在以上基础上，评估启停控制的单体电采暖负荷的调节能力；
[0008]根据额定功率P、等效热阻R与等效热容C对电采暖负荷进行集群处理，提出电采暖负荷群的“接力式”控制策略；
[0009]基于建立的电采暖负荷聚合模型，以采集的分布式光伏发电功率与电采暖负荷功率信号作为反馈信号，对电采暖负荷功率的进行综合优化控制。
[0010]在上述的方法，标准建筑物的热力学动态建模基于以下公式
[0011][0012]其中，C
air
，ρ
air
分别为空气比热容，空气密度；和分别为t时的室内温度和室外温度，S为根据建筑物体形系数所确定的标准用户的外表面积，V为根据建筑物体形系数所确定的标准用户的空间体积，P
eh
为电采暖的供热功率，K为根据建筑节能设计标准中导热系数关系式所获取的外表面综合导热系数，为室内温度的变化率。
[0013]进一步忽略室内外内外墙体之间的温度差异，假设同一时间室内空气温度与固体温度相同，可得电采暖负荷的一阶ETP模型如下:
[0014][0015]式中T
out
为室外温度值；T
in
为室内温度值；R为房间的等效热阻；C为房间的等效热容；η为电采暖设备的热转换效率，P为电采暖设备的电功率；K
t
为t时刻电采暖设备的启停状态，取值为1表示设备处于开启状态，取值为0表示设备处于关闭状态；t为仿真时刻，Δt为仿真时间步长。
[0016]在上述的方法，根据人体的舒适度PMV指标λ
PMV
计算公式如下：
[0017][0018]其中，M为人体能量代谢量，t
s
是为人体皮肤温度，t
a
是室内环境温度，I
c1
是人体服装热阻。当PMV值在[
‑
1,1]区间范围内时，用户对环境的热舒适度是比较满意的，超出该范围后，用户的热舒适度较差。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》相关内容0.5≤PMV≤1即达到II级舒适度时，供暖温度区间为[18℃,22℃]。
[0019]利用热舒适温度来约束室内温度的变化范围，具体如下式所示：
[0020][0021]其中，T
min
是电采暖设备运行设定的室内温度下限，T
max
是电采暖设备运行设定的室内温度上限，Δt是仿真步长。
[0022]基于电采暖负荷的一阶ETP模型，本专利涉及的电采暖负荷的控制方式为启停控制，因此其在功率维度上的调节能力是固定的，即当电采暖负荷开启时，其功率即为额定功率，电采暖负荷关停时，其功率即为零。对单个电采暖负荷的调节时长进行量化分析，可得电采暖负荷的下调时长τ
off
与上调时长τ
on
：
[0023][0024][0025]式中T
out
为室外温度值；T
in
为室内温度值；η为热转换效率；P为电采暖负荷的功率；R为房间的等效热阻；C为房间的等效热容；t为仿真时刻。
[0026]根据以上公式，进一步可以推导出理论上初始室内温度为T
max
时电采暖负荷关停的最长时间τ
off_max
和初始室内温度为T
min
时开启的最长时间τ
on_max
：
[0027][0028][0029]在上述的方法，根据额定功率大小将电采暖群进行分组，组内额定功率相同。首先根据负荷功率初步将电采暖负荷分为X个组，组内的负荷功率近似相等。初步分组后，根据等效热阻R、等效热容C对X组负荷进行聚类分析，每组形成Y个负荷群。最后，采用每个负荷群的聚类中心点的参数值作为群内电采暖负荷的等效热阻R和等效热容C。具体的步骤如下：
[0030](1)初步分组后，设矩阵V为含有某电采暖负荷组的n个电采暖负荷的等效热阻R、等效热容C的参数矩阵，即矩阵V为n
×
2矩阵。对矩阵V中的元素进行归一化处理，记归一化后的矩阵为V'：
[0031][0032]式中v
ij
为矩阵V中原有的元素，v'
ij
为矩阵V经归一化处理后的元素，v
imax
为该组参数中第j项的最大值。
[0033](2)设定该电采暖负荷组的聚合群数目Y和迭代结束的阈值ε，在矩阵V'中随机抽取Y个样本作为初值赋给聚合体中心Z
L
(L＝1,2,Y),Z
L
＝(Z
L1
,Z
L2
)。
[0034](3)设电采暖负荷组中第k(1≤k≤n)个负荷的等效热阻R、等效热容C共同构成参数v'
k
，v'
k
＝[v'
k1
,v'
k2
]，依据下式计算到各聚合体中心的欧氏距离D<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法，其特征在于，包括：构建供热量与室内温度变化的时变关系，根据标准建筑物的热力学特性建立热动态模型，通过室内温度变化率映射暂态热平衡关系；建立冬季人体的热舒适温度，约束室内温度的变化范围；在以上基础上，评估启停控制的单体电采暖负荷的调节能力；根据额定功率P、等效热阻R与等效热容C对电采暖负荷进行集群处理，提出电采暖负荷群的“接力式”控制策略；基于建立的电采暖负荷聚合模型，以采集的分布式光伏发电功率与电采暖负荷功率信号作为反馈信号，对电采暖负荷功率的进行综合优化控制。2.根据权利要求1所述的一种实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法，其特征在于，标准建筑物的热力学动态建模基于以下公式其中，C
air
，ρ
air
分别为空气比热容，空气密度；和分别为t时的室内温度和室外温度，S为根据建筑物体形系数所确定的标准用户的外表面积，V为根据建筑物体形系数所确定的标准用户的空间体积，P
eh
为电采暖的供热功率，K为根据建筑节能设计标准中导热系数关系式所获取的外表面综合导热系数，为室内温度的变化率；进一步忽略室内外内外墙体之间的温度差异，假设同一时间室内空气温度与固体温度相同，可得电采暖负荷的一阶ETP模型如下:式中T
out
为室外温度值；T
in
为室内温度值；R为房间的等效热阻；C为房间的等效热容；η为电采暖设备的热转换效率，P为电采暖设备的电功率；K
t
为t时刻电采暖设备的启停状态，取值为1表示设备处于开启状态，取值为0表示设备处于关闭状态；t为仿真时刻，Δt为仿真时间步长。3.根据权利要求1所述的一种实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法，其特征在于，根据人体的舒适度PMV指标λ
PMV
计算公式如下：其中，M为人体能量代谢量，t
s
是为人体皮肤温度，t
a
是室内环境温度，I
c1
是人体服装热阻；当PMV值在[
‑
1,1]区间范围内时，用户对环境的热舒适度是比较满意的，超出该范围后，用户的热舒适度较差；根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》相关内容0.5≤|PMV|≤1即达到II级舒适度时，供暖温度区间为[18℃,22℃]；利用热舒适温度来约束室内温度的变化范围，具体如下式所示：其中，T
min
是电采暖设备运行设定的室内温度下限，T
max
是电采暖设备运行设定的室内温度上限，Δt是仿真步长；
基于电采暖负荷的一阶ETP模型，本专利涉及的电采暖负荷的控制方式为启停控制，因此其在功率维度上的调节能力是固定的，即当电采暖负荷开启时，其功率即为额定功率，电采暖负荷关停时，其功率即为零；对单个电采暖负荷的调节时长进行量化分析，可得电采暖负荷的下调时长τ
off
与上调时长τ
on
：：式中T
out
为室外温度值；T
in
为室内温度值；η为热转换效率；P为电采暖负荷的功率；R为房间的等效热阻；C为房间的等效热容；t为仿真时刻；根据以上公式，进一步可以推导出理论上初始室内温度为T
max
时电采暖负荷关停的最长时间τ
off_max
和初始室内温度为T
min
时开启的最长时间τ
on_max
：：4.根据权利要求1所述的一种实现光伏与电采暖负荷功率互补的源荷协同控制方法，其特征在于，根据额定功率大小将电采暖群进行分组，组内额定功率相同；首先根据负荷功率初步将电采暖负荷分为X个组，组内的负荷功率近似相等；初步分组后，根据等效热阻R、等效热容C对X组负荷进行聚类分析，每组形成Y个负荷群；最后，采用每个负荷群的聚类中心点的参数值作为群内电采暖负荷的等效热阻R和等效热容C；具体的步骤如下：(1)初步分组后，设矩阵V为含有某电采暖负荷组的n个电采暖负荷的等效热阻R、等效热容C的参数矩阵，即矩阵V为n
×
2矩阵；对矩阵V中的元素进行归一化处理，记归一化后的矩阵为V'：式中v
ij
为矩阵V中原有的元素，v'
ij
为矩阵V经归一化处理后的元素，v
imax
为该组参数中第j项的最大值；(2)设定该电采暖负荷组的聚合群数目Y和迭代结束的阈值ε，在矩阵V'中随机抽取Y个样本作为初值赋给聚合体中心Z
L
(L＝1,2,
…
Y),Z
L
＝(Z
L1
,Z
L2
)；(3)设电采暖负荷组中第k(1≤k≤n)个负荷的等效热阻R、等效热容C共同构成参数v'
k
，v'
k
＝[v'
k1
,v'
k2
]，依据下式计算到各聚合体中心的欧氏距离D
kL
式中，z'
L1
,z'
L2
分别为当前聚合中心点的参数值，v'
k1
,v'
k2
分别为第k个负荷的参数值；(4)求解以R、C构成的数据矩阵V'中第k个个体对第L个聚合体中心点的隶属度M
kL
；
式中D
ky
为第k个个体到第y个聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖思阳，贺聪，王安琪，王晓乐，张长文，皮山泉，逄帅，江宸瑛，苏雯婕，肖宇婷，张博楠，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：