考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法技术方案

本发明专利技术涉及考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法，包括步骤：构建综合能源系统的冷

【技术实现步骤摘要】
考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法


[0001]本专利技术涉及综合能源负荷调控优化
，特别涉及一种考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法。

技术介绍

[0002]综合能源系统是集成了能源生产、传输、存储、消耗等多缓解的复杂耦合系统，在提高能源利用效率、实现清洁能源规模化开发、增强能源供应灵活性和安全性等方面具有独特优势，是推进现代能源体系构建于能源结构转型的有效途径。随着负荷端用能设备电气化水平的不断提高以及电能替代技术的普及应用，出现了如冷水机、制冰机等大量的电制冷设备，用于满足用户侧供冷的负荷需求。由此，电能源、冷能源之间的耦合转化特性使综合能源系统在供冷季高温时段满足其多能供需平衡过程中的供需矛盾加剧，还会引起用能成本的增加。
[0003]针对以上问题，现有方法主要聚焦在利用需求响应等能量管理策略以实现综合能源系统经济可靠性运行，鲜有在用能高峰时段考虑气象因素和分时电价影响针对综合能源系统负荷调控策略分析的相关研究。随着调节控制技术和方法的不断发展，通过系统运行优化及其主动控制策略，深度挖掘综合能源系统负荷调节潜力以增强整体运行的灵活性，在负荷削减、节能降耗等方面具有较好的实际应用意义。
[0004]但是，现有方法一方面，通过对冷负荷、热负荷需求量的自身灵活调节，成为拓展综合能源系统多能供需平衡空间的一种有效方式。但仅从考虑单一因素(如温度、空气质量等)的影响来调节负荷需求量，且基准值的设置未能体现区域环境气候差异，可解释性与可靠性较低，且对用能舒适度的衡量不全面，易导致调控后用户体验感的降低。
[0005]另一方面，现有方法多仅利用冰蓄冷空调的储能特定来满足系统供需平衡，但没有进一步挖掘其在负荷峰值时的多工况运行灵活性调控潜力，以及对综合能源系统节能降费的积极作用。
[0006]因此，受综合能源系统自身固有的供能模式以及难以预测的气象因素的影响，气象因素通过引起用能舒适度的变化，进而导致系统在用能高峰时段供需矛盾增加，同时叠加分时电价的影响，进一步引起用能成本的增加。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于考虑气象因素和分时电价的影响，通过两阶段递进式的冷负荷需求量自身调节和供冷输出功率主动控制策略，实现用能高峰时段综合能源系统供需矛盾缓解，用能成本降低，提供一种考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：
[0009]考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，构建综合能源系统的冷
‑
电供能系统在电制冷、电制冰两种工况下的耗能功率的物理模型；
[0011]步骤2，利用模糊C均值聚类方法选取负荷侧的调控时段，并构建冷负荷和温湿指数的物理模型；
[0012]步骤3，基于选取的调控时段和构建的各物理模型，构建多目标负荷调节模型和多目标供冷输出功率主动控制模型；
[0013]步骤4，通过ε
‑
约束法和多维偏好分析线性规划方法对所述多目标负荷调节模型和所述多目标供冷输出功率主动控制模型进行最优解求解。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0015]由于综合能源系统中异质能量转化耦合的互补特性与蓄放单元的运行灵活性，如冰蓄冷空调基于其多种工况能够在用能低谷时段电制冰、蓄冰，在用能高峰时段可采用回水融冰以减少电制冷供冷功率输出，达到多能供需平衡的同时，也能实现其用电需求的峰值削减，并进一步降低系统用能成本。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为本专利技术综合能源系统供能模式示意图；
[0018]图2为本专利技术冷
‑
电供能系统组成结构示意图；
[0019]图3为本专利技术方法流程图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，术语“相连”、“连接”等可以是元件之间直接相连，也可以是经由其他元件的间接相连。
[0022]实施例1：
[0023]本专利技术基于一个含有电、热、冷的多种异质能源的综合能源系统实现，提出一种考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法，如图1所示，所述综合能源系统包括配电中心、分布式电源、热电联产机组、冷
‑
电供能系统(主要为用户侧的冰蓄冷空调)。其中配电中心用于通过市政电网提供外部供电；分布式电源用于通过光伏发电提供电能；热电联产机组用于通过天然气网转换后提供热能；冷
‑
电供能系统具有电驱动的蓄放特点，能够
在供冷季实现电
‑
冷耦合转换，并且在用能低谷时段将冷量以冰的形式储存，在用能高峰时段既能通过制冷机直接供冷，又能以回水融冰的方式协同供冷，以降低系统运行压力。
[0024]请参见图2，所述冷
‑
电供能系统分为冷量提供侧、用户侧，冷
‑
电供能系统包括冷却水循环系统、溶液循环系统、冷冻水循环系统。其中所述冷却水循环系统包括制冷机、冷却塔、冷却水泵；所述溶液循环系统包括蓄冰槽、循环水泵；所述冷冻水循环系统包括换热器、冷冻水泵。
[0025]冷
‑
电供能系统(冰蓄冷空调)主要包括电制冷、电制冰两种运行工况，可以实现蓄冰、制冷机单独供冷、蓄冰槽单独供冷、制冷机
‑
蓄冰槽联合供冷，以及制冷机供冷同时蓄冰等多种功能。制冷机在制冷、制冰两种工况下消耗电能，而蓄冰槽通过回水融冰释冷，因此不需要消耗电能。
[0026]请参见图3，所述方法包括以下步骤：
[0027]步骤1，构建综合能源系统的冷
‑
电供能系统在电制冷、电制冰两种工况下的耗能功率的物理模型。
[0028]由于冷...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，构建综合能源系统的冷
‑
电供能系统在电制冷、电制冰两种工况下的耗能功率的物理模型；步骤2，利用模糊C均值聚类方法选取负荷侧的调控时段，并构建冷负荷和温湿指数的物理模型；步骤3，基于选取的调控时段和构建的各物理模型，构建多目标负荷调节模型和多目标供冷输出功率主动控制模型；步骤4，通过ε
‑
约束法和多维偏好分析线性规划方法对所述多目标负荷调节模型和所述多目标供冷输出功率主动控制模型进行最优解求解。2.根据权利要求1所述的考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法，其特征在于：所述步骤1具体包括以下步骤：在电制冷、电制冰两种运行工况下t时刻冷
‑
电供能系统的耗电功率W
zl(zb)
(t)的物理模型为：W
zl(zb)
(t)＝W
h,zl(zb)
(t)+W
to,zl(zb)
(t)+W
p
(t)其中，W
h,zl(zb)
(t)为t时刻制冷机的耗电功率，W
to,zl(zb)
(t)为t时刻冷却塔的耗电功率，W
p
(t)为t时刻水泵的耗电功率，所述水泵包括冷却水泵、循环水泵；Q
zl(zb)
(t)为t时刻冷
‑
电供能系统的制冷制冰功率；Q
zl(zb),R
为t时刻冷
‑
电供能系统的额定制冷制冰功率；E
zl(zb),R
为t时刻冷
‑
电供能系统的额定耗电功率；P
x
(t)为t时刻循环水泵的耗电功率，P
l
(t)为t时刻冷却水泵的耗电功率。3.根据权利要求1所述的考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法，其特征在于：所述步骤2中，利用模糊C均值聚类方法选取负荷侧的调控时段的步骤，包括：定义聚类模型的损失函数：其中，u
ij
为第i个样本属于第j个聚类的隶属度，并以此构建隶属度矩阵H，n为样本总数，cl为聚类个数，b表示第b次迭代；为第j个聚类中心；l为聚类模型的隶属度因子，l<l<∞；d
ij
为第i个样本到第j个聚类中心的距离；(1)随机初始化聚类个数cl，得到隶属度矩阵H；令b＝1，开始第1次迭代，计算第1次迭代的聚类中心：其中，x
i
表示第i个样本；(2)计算第b次迭代的聚类中心：
(3)更新隶属度函数H、损失函数J：其中，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,cl；(4)通过设置隶属度终止阈值ε
u
>0、损失函数终止阈值ε
J
>0来获取最终分类；(5)调控时段选取，分析聚类划分后的负荷峰值时段t
r,f
与分时电价峰值时段t
p,f
的吻合度，并将相匹配的峰值时段作为调控时段t
j
，即t
j
∈t
r,f
,t
p,f
。4.根据权利要求1所述的考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法，其特征在于：所述步骤2中，构建冷负荷的物理模型的步骤，包括：基于热平衡方程构建冷负荷物理模型，对于室内热能传递，任意时段的瞬时得热量包括：t时刻的围护结构传导热Q1(t)、基础冷负荷需求量Q3(t)、冷负荷需求量Q2(t)、相邻两时段室内热量变化值ΔQ0(t)，则冷负荷的物理模型为：Q1(t)+Q3(t)
‑
ΔQ0(t)＝Q2(t)Q1(t)＝Sω[T
out
(t)
‑
T
in
(t)]ΔQ0(t)＝SC[T
in
(t)
‑
T
in
(t
‑
1)]其中，S为有效供冷面积；C为单位供冷面积的热容，取1.63
×
105J/m2·
℃；ω为建筑物内外温差散热系数，取1.037
×
105J/m2·
℃；T
in
(t)为t时刻室内温度，T
in
(t
‑
1)为t
‑
1时刻室内温度，T
out
(t)为t时刻室外温度；进而求出t时刻冷负荷需求量Q2(t)：Q2(t)＝Sω[T
out
(t)
‑
T
in
(t)]+Q3(t)
‑
SC[T
in
(t)
‑
T
in
(t
‑
1)]。5.根据权利要求1所述的考虑气象因素与分时电价的综合能源系统负荷调控方法，其特征在于：所述步骤2中，构建温湿指数的物理模型的步骤，包括：温湿指...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力，金立，任炬光，唐杨，唐侨，罗钰，刘季涛，刘小兵，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：