一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法技术

本发明专利技术属于社区资源能量优化技术领域，具体公开了一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法，步骤包括：建立二次寿命电池储能系统运行模型；根据运行时间可平移设备用电行为、功率可调节设备和空调柔性用电行为对多重居住不满意度建模，得到多重居住不满意度模型；其中，多重居住不满意度模型包括运行时间可平移设备使用不满意度模型、功率可调节设备使用不满意度模型、听觉不舒适度模型和热不舒适度模型；构建以净负荷曲线峰均比最小的目标函数；基于净负荷曲线峰均比最小的目标函数、二次寿命电池储能系统运行模型和多重居住不满意度模型，建立多目标社区能量管理优化模型；采用优化算法的求解方法对多目标社区能量管理优化模型进行求解。管理优化模型进行求解。管理优化模型进行求解。

【技术实现步骤摘要】
一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法


[0001]本专利技术属于社区资源能量优化
，具体涉及一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法。

技术介绍

[0002]随着城市化进程不断加快，用电负荷持续攀升。为缓解用电负荷增长对电网的影响，同时提升用户用电经济性，社区需求侧能量管理近年来已成为学术界和工业界的重要研究热点。社区作为居民需求侧的一种基本单元，其能量管理研究将为更大规模场景(居民建筑楼宇/社区)的能量管理提供关键的模型与方法支撑，是开展居民需求侧能量管理研究亟需解决的首要问题。
[0003]如何选择居民用户在经济上更容易承担的储能资源，现有研究大多采用BESS(电池储能系统BESS)或EV(电动汽车)作为储能设备进行能量管理策略设计，利用BESS或EV的充放电可调柔性改变用能行为。然而，对于居民电力用户，特别是一些中低收入用户，BESS或EV高昂的购买和置换成本在未来数年或数十年仍将是面临的非常重要的问题。
[0004]另外，在当下的用电环境下，更多需要考虑重要的居民居住满意指标，以及需要一种更加柔性的满意度量化建模方法。现有研究大多关注于TSA(运行时间可平移设备)的使用满意度以及面向空调设备的热舒适度，基本未涉及PAA(功率可调节设备)的使用满意度。并且，设备运行将产生一定噪声，根据研究表明，户内听觉舒适已被公认为影响居民居住健康的一个重要指标。在满意度建模方面，现有工作多采用严格的约束条件进行表示，或者采用惩罚成本计入目标函数，然而这并不能很好反映居住者的真实感受。
专利
技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提出一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法，本专利技术通过将EV退役动力电池重组为能量存储系统为社区能量优化决策提供支撑，提出了多目标社区能量管理优化模型，所提模型及采取的求解策略在各类社区能量管理优化应用中能够获得满意的非支配解集，实现用户多重居住需求的有效权衡。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术手段予以实现：一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法，包括以下步骤：步骤一：建立二次寿命电池储能系统运行模型；步骤二：根据运行时间可平移设备用电行为、功率可调节设备和空调柔性用电行为对多重居住不满意度建模，得到多重居住不满意度模型；其中，多重居住不满意度模型包括运行时间可平移设备使用不满意度模型、功率可调节设备使用不满意度模型、听觉不舒适度模型和热不舒适度模型；步骤三：构建以净负荷曲线峰均比最小的目标函数；步骤四：基于净负荷曲线峰均比最小的目标函数、二次寿命电池储能系统运行模型和多重居住不满意度模型，建立多目标社区能量管理优化模型；步骤五：采用优化算法的求解方法对多目标社区能量管理优化模型进行求解，通过最优可行解对运行时间可平移设备的任务启动时间、功率可
调节设备在运行周期的功率消耗、空调在运行周期的启停方案以及二次寿命电池储能系统的充放电运行计划进行优化决策。
[0007]进一步，建立二次寿命电池储能系统运行模型的具体过程为：
[0008]在退役动力电池具有二次寿命使用价值的范围内，采用幂函数建模电池在二次寿命使用价值的范围内充放电循环n次后的容量衰减计算为：
[0009]式中，Q0表示电池初始容量；n表示充放电循环次数；χ表示容量衰减系数；τ为容量衰减幂指数；
[0010]一个动力电池在其退役时的剩余循环寿命N
sec
可计算为：
[0011]N
sec
＝l
‑1(RC
thr
)
‑
N
retire
[0012]式中，RC
thr
为最小容量保持率阈值；N
retire
表示一个动力电池从电动汽车退役的累积充放电循环次数，定义N
retire
与电动汽车的年行驶里程、电动汽车的百公里能耗以及电池的额定能量容量有关，一个动力电池从电动汽车退役的累积充放电循环次数N
retire
可计算为：
[0013]E
mile
表示电动汽车日行驶里程期望值可计算为：
[0014]式中，e和Q分别表示电动汽车的百公里能耗与电池额定能量容量；Y
retire
表示电池退役时的累积服务年限；μ
D
和σ
D
分别表示电动汽车日行驶里程的均值和标准差；
[0015]定义二次寿命电池储能系统的容量为A
rate
，根据退役电池的两阶段容量衰减规律，二次寿命电池储能系统的剩余可用容量A
SL
计算如下：
[0016]A
SL
＝A
rate
·
[l(N
retire
)
‑
RC
thr
][0017]式中，l(N
retire
)表示充放电循环N
retire
次后的容量衰减；
[0018]结合二次寿命电池储能系统的剩余可用容量和动力电池在其退役时的剩余循环寿命，二次寿命电池储能系统完全充放电循环一次的平均衰减容量A
fade
计算为：
[0019]A
fade
＝A
SL
/N
sec
。
[0020]进一步，建立运行时间可平移设备使用不满意度模型的具体过程为：根据运行时间可平移设备的柔性用电行为，第k台运行时间可平移设备的使用不满意度可计算为：
[0021][0022][0023]式中，表示第k台运行时间可平移设备完成它的运行任务所需时长；和分别表示用户期望的最早和最迟任务完成时间；可控设备的集合为Φ
tsa
；表示一台运行时间可平移设备实际调度的任务完成时间，可调节变量为一台运行时间可平移设备的启动时间Δt为单位时间间隔，γ
tsa
表示用户指定的使用满意度因子，该值随用户主观感受变化而变化；表示用户期望的任务完成时间。
[0024]进一步，建立功率可调节设备使用不满意度模型的具体过程为：根据可调节设备的柔性用电行为，第k台功率可调节设备的使用不满意度可计算为：
[0025][0026]式中，表示一台功率可调节设备用户的期望功率消耗，γ
paa
表示用户指定的使用满意度因子，该值随用户主观感受变化而变化；规定功率可调节设备的集合为Φ
paa
；表示用户指定的设备最低消耗功率；表示用户期望的设备最高消耗功率，为确保设备处于最佳运行状态，将规定为设备的额定消耗功率；表示可调节变量为功率消耗；表示用户期望的功率消耗。
[0027]进一步，建立听觉不舒适度模型的具体过程为：可控设备群包括运行时间可平移设备、功率可调节设备和空调，规定在时段t，由可控设备群、不可控设备和户外环境噪音共同形成聚合噪音声压水平，聚合噪音声压水平SPL
t<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立二次寿命电池储能系统运行模型；步骤二：根据运行时间可平移设备用电行为、功率可调节设备和空调柔性用电行为对多重居住不满意度建模，得到多重居住不满意度模型；其中，多重居住不满意度模型包括运行时间可平移设备使用不满意度模型、功率可调节设备使用不满意度模型、听觉不舒适度模型和热不舒适度模型；步骤三：构建以净负荷曲线峰均比最小的目标函数；步骤四：基于净负荷曲线峰均比最小的目标函数、二次寿命电池储能系统运行模型和多重居住不满意度模型，建立多目标社区能量管理优化模型；步骤五：采用优化算法的求解方法对多目标社区能量管理优化模型进行求解，通过最优可行解对运行时间可平移设备的任务启动时间、功率可调节设备在运行周期的功率消耗、空调在运行周期的启停方案以及二次寿命电池储能系统的充放电运行计划进行优化决策。2.根据权利要求1所述的一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法，其特征在于，建立二次寿命电池储能系统运行模型的具体过程为：在退役动力电池具有二次寿命使用价值的范围内，采用幂函数建模电池在二次寿命使用价值的范围内充放电循环n次后的容量衰减l(n)计算为：l(n)＝Q0‑
χ
·
n
τ
式中，Q0表示电池初始容量；n表示充放电循环次数；χ表示容量衰减系数；τ为容量衰减幂指数；一个动力电池在其退役时的剩余循环寿命N
sec
可计算为：N
sec
＝l
‑1(RC
thr
)
‑
N
retire
式中，RC
thr
为最小容量保持率阈值；N
retire
表示一个动力电池从电动汽车退役的累积充放电循环次数，定义N
retire
与电动汽车的年行驶里程、电动汽车的百公里能耗以及电池的额定能量容量有关，一个动力电池从电动汽车退役的累积充放电循环次数N
retire
可计算为：E
mile
表示电动汽车日行驶里程期望值可计算为：式中，e和Q分别表示电动汽车的百公里能耗与电池额定能量容量；Y
retire
表示电池退役时的累积服务年限；μ
D
和σ
D
分别表示电动汽车日行驶里程的均值和标准差；定义二次寿命电池储能系统的容量为A
rate
，根据退役电池的两阶段容量衰减规律，二次寿命电池储能系统的剩余可用容量A
SL
计算如下：A
SL
＝A
rate
·
[l(N
retire
)
‑
RC
thr
]式中，l(N
retire
)表示充放电循环N
retire
次后的容量衰减；结合二次寿命电池储能系统的剩余可用容量和动力电池在其退役时的剩余循环寿命，
二次寿命电池储能系统完全充放电循环一次的平均衰减容量A
fade
计算为：A
fade
＝A
SL
/N
sec
。3.根据权利要求1所述的一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法，其特征在于，建立运行时间可平移设备使用不满意度模型的具体过程为：根据运行时间可平移设备的柔性用电行为，第k台运行时间可平移设备的使用不满意度可计算为：可计算为：式中，表示第k台运行时间可平移设备完成它的运行任务所需时长；和分别表示用户期望的最早和最迟任务完成时间；可控设备的集合为Φ
tsa
；表示一台运行时间可平移设备实际调度的任务完成时间，可调节变量为一台运行时间可平移设备的启动时间Δt为单位时间间隔，γ
tsa
表示用户指定的使用满意度因子，该值随用户主观感受变化而变化；表示用户期望的任务完成时间。4.根据权利要求1所述的一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法，其特征在于，建立功率可调节设备使用不满意度模型的具体过程为：根据可调节设备的柔性用电行为，第k台功率可调节设备的使用不满意度可计算为：式中，表示一台功率可调节设备用户的期望功率消耗，γ
paa
表示用户指定的使用满意度因子，该值随用户主观感受变化而变化；规定功率可调节设备的集合为Φ
paa
；表示用户指定的设备最低消耗功率；表示用户期望的设备最高消耗功率，为确保设备处于最佳运行状态，将规定为设备的额定消耗功率；表示可调节变量为功率消耗；表示用户期望的功率消耗。5.根据权利要求1所述的一种面向可控设备群的多目标社区能量管理方法，其特征在于，建立听觉不舒适度模型的具体过程为：可控设备群包括运行时间可平移设备、功率可调节设备和空调，规定在时段t，由可控设备群、不可控设备和户外环境噪音共同形成聚合噪音声压水平，聚合噪音声压水平SPL
t
可计算为：式中，分别表示运行时间可平移设备、功率可调节设备和空调运行释放的噪
音声压水平；表示来源于不可控设备和户外环境的噪音声压水平；为空调AC的启停状态变量和功率消耗；表示功率可调节设备的启停状态；表示运行时间可平移设备的启停状态；采用Stevens幂次法则将聚合噪音声压水平SPL
t
和噪音声压水平阈值分别转化为响度值，用户在时段t的响度值LU
t
可计算为：LU
t
＝(SPL
t
)
0.67
用户在时段t的响度最大值可计算为：用户在时段t的听觉不舒适度AD
t
可计算为：式中，κ表示听觉舒适度因子。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：余谦，何彦彬，苏彪，王天一，常媛，屈恒，晏思齐，李稼辰，卢璐，曹增新，关涛，池建峰，高梦雅，田子健，屈珣，李博伦，王子赫，贺威，姜山，杨二乐，王小峰，闫辰，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：