一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方法技术方案

本发明专利技术提出一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方法。所述方法包括明确电网互动响应调节需求、热泵系统负荷及运行状态预测、分布式可再生能源发电负荷和消纳需求精准计算、热泵系统可调资源的调控优先级排序、考虑可再生能源消纳确定热泵系统的运行策略和可调资源的加减载决策，形成一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方案。本发明专利技术提出的运行方法有利于热泵系统和分布式可再生能源系统运行管理人员、负荷代理商、负荷聚集商、电网侧充分利用需求侧热泵灵活资源可调潜力，缓解低碳能源系统电力供需不平衡的矛盾。解低碳能源系统电力供需不平衡的矛盾。解低碳能源系统电力供需不平衡的矛盾。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方法


[0001]本专利技术属于热泵系统运行控制
，特别是涉及一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方法。

技术介绍

[0002]随着能源和建筑领域节能降碳工作的推进、建筑供冷供热电气化水平的提升，全球热泵市场规模一直在不断扩大，热泵技术将在能源领域进一步推广。热泵系统使用电力使热量从低位热源流向高位热源，是高效节能的供冷供热技术。随着低碳电力系统发展和分布式清洁能源占比的增加，能源从传统的“消费”向“生产
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消费
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调蓄”转型。热泵系统不仅是低碳供冷供热技术，也是能源系统中重要的灵活性资源。充分利用新型电力系统中的热泵灵活性资源，可以有效应对供需两侧可再生能源电力占比高、随机性和不确定性强对电力系统安全稳定运行带来的挑战。热泵系统与可再生能源的结合不仅可以使高峰需求得到平滑和转移，也可以让可再生能源得到有效利用、促进可再生能源消纳、降低建筑碳排放。然而热泵系统的运行通常是基于室内外边界条件、用户的冷热需求、热泵机组负荷率情况，同时考虑系统节能高效运行，来制定系统运行控制策略。该技术方案存在局限性，没有充分考虑到可再生能源和电网调控需求的动态特性，现有方案的运行策略长时间尺度固定，热泵系统用电负荷较为刚性，无法有效利用系统的灵活性。现有研究和技术方案针对空气源热泵、蓄能系统提出了考虑可再生能源消纳的运行策略，但热泵系统的系统形式、应用场景和运行控制差异较大，现有技术方案无法普遍应用于热泵系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于针对现有技术中存在的问题，提出了一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方法。本专利技术提出一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方法，包括明确电网需求响应调节目标、热泵系统负荷需求及运行状态预测、分布式可再生能源发电负荷和消纳需求精准计算、热泵系统可调资源的调控优先级排序、考虑可再生能源消纳需求确定热泵系统的运行策略和可调资源的加减载调节决策，形成一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方案。本专利技术提出的运行方法有利于热泵系统和分布式可再生能源系统运行管理人员、负荷代理商、负荷聚集商、电网侧调度需求侧热泵灵活资源、充分利用可调潜力，缓解低碳能源系统供需矛盾。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方法，所述方法包括如下步骤：
[0005]步骤A、采用实际调研获取热泵系统所在城市及区域信息，得到热泵系统服务用户采用的电网动态电价政策、电网可再生能源消纳需求、电网电力负荷调控目标值，确定运行调控周期内不同时刻热泵系统参与电网互动响应的调节目标；
[0006]步骤B、建立热泵系统多元负荷需求及运行状态预测模型，并确定运行调控周期内系统初始运行策略、冷热电负荷和运行参数；
[0007]步骤C、基于实际历史数据和机器学习耦合滚动优化方法，构建分布式可再生能源发电负荷精准计算方法，确定运行调控周期内分布式可再生能源过剩时刻和短缺时刻、可再生能源消纳需求；
[0008]步骤D、分析热泵系统可调资源的调控技术和调节参数，建立热泵系统可调资源的运行调控优先级排序；
[0009]步骤E、考虑分布式可再生能源消纳和热泵
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电网互动响应的调节目标，依据电网低谷电价时段划分、分布式可再生能源过剩和短缺时刻信息、以及可调资源加载调节优先级顺序，制定电价低谷时刻热泵系统的柔性运行策略和可调资源的加载、减载调节决策；
[0010]步骤F、基于电网平价时段划分情况、分布式可再生能源过剩和短缺时刻信息、分布式可再生能源消纳和热泵
‑
电网互动响应调节目标、以及可调资源调节加载和减载优先级顺序，制定平价时刻热泵系统的运行策略和加减载调节决策；
[0011]步骤G、基于电网高峰和尖峰电价时段信息、分布式可再生能源发电过剩和短缺情况、分布式可再生能源消纳和电网需求响应调节目标、以及可调资源减载调节优先级，制定高峰和尖峰时刻热泵系统的运行策略和减载调节决策，削减高峰和尖峰时刻热泵系统的电网取电负荷。
[0012]进一步地，所述步骤B具体为：
[0013]第一步、热泵系统服务用户的室内外边界条件直接影响系统冷热电负荷需求和运行参数，基于热泵系统所在地区的实际历史气象数据，预测热泵运行调控周期内室外气象参数；
[0014]第二步、基于热泵系统监测和信息采集系统获取热泵系统服务的用户室内边界条件参数；
[0015]第三步、基于热泵系统物理模型，采用仿真模拟法建立热泵系统冷热电多元负荷需求及运行状态预测数学模型，导入室内外边界条件预测参数值，计算用户的冷热需求；
[0016]第四步、在满足用户冷热需求和舒适度要求的前提下，建立热泵系统的初始运行策略，仿真计算热泵系统的电力负荷、机组负荷率和供回水温度运行状态参数。
[0017]进一步地，所述步骤C具体为：
[0018]第一步、基于热泵系统所在区域可再生能源发电系统实际运行数据和室外气象参数实际监测值，对影响分布式可再生能源发电量的气象因素进行相关性分析，得到主要影响因素，并作为发电负荷的预测输入；
[0019]第二步、采用日前长时间尺度预测和日内小时间尺度滚动优化结合的预测方法，构建分布式可再生能源发电负荷精准计算模型；采用机器学习算法构建日前发电预测模型，预测未来一个运行控制周期内分布式可再生能源的发电负荷；以日内实际监测的气象数据和下一时刻气象数据预测值作为预测模型的输入，进行日内小时间尺度下发电负荷预测值的滚动优化，以减小日前长时间尺度气象数据和发电负荷预测的误差；
[0020]第三步、基于仿真预测的热泵系统用电负荷和精准预测得到的分布式可再生能源发电负荷，判断热泵所服务用户的用电负荷需求和现场发电负荷的大小关系，确定运行控制周期内可再生能源过剩时刻和短缺时刻。
[0021]进一步地，所述步骤D具体为：
[0022]第一步、确定涵盖热泵系统主机、输配系统、末端设备和蓄能设备在内的可调资
源，分析不同资源的负荷加载、减载的调控技术和调节参数；
[0023]第二步、基于初始运行策略下热泵系统的运行决策和可调资源的运行状态参数信息，预测未来运行控制周期内各可调环节的调控潜力，在满足调控响应速度和持续时间要求的前提下，可调功率大且调控成本低的资源运行调控优先级越高，进而对热泵系统全部可调资源的优先级进行排序；
[0024]第三步、分布式可再生能源消纳和电网需求响应对热泵系统进行运行调控时，按照资源优先级顺序依次对可调资源进行调控，直到满足运行调节目标。
[0025]进一步地，所述步骤E具体为：
[0026]第一步、进行不同时刻热泵系统柔性运行决策，需要依据电网峰谷平电价时段划分情况，判断该时刻是否为低谷电价时刻，若是低谷电价时刻，则进一步判断可再生能源发电是否过剩，电网谷电时刻热泵系统运行原则为优先消纳电网低谷电力，过剩的分布式可再生能源电力上网，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑可再生能源消纳的热泵系统柔性运行方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤A、采用实际调研获取热泵系统所在城市及区域信息，得到热泵系统服务用户采用的电网动态电价政策、电网可再生能源消纳需求、电网电力负荷调控目标值，确定运行调控周期内不同时刻热泵系统参与电网互动响应的调节目标；步骤B、建立热泵系统多元负荷需求及运行状态预测模型，并确定运行调控周期内系统初始运行策略、冷热电负荷和运行参数；步骤C、基于实际历史数据和机器学习耦合滚动优化方法，构建分布式可再生能源发电负荷精准计算方法，确定运行调控周期内分布式可再生能源过剩时刻和短缺时刻、可再生能源消纳需求；步骤D、分析热泵系统可调资源的调控技术和调节参数，建立热泵系统可调资源的运行调控优先级排序；步骤E、考虑分布式可再生能源消纳和热泵
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电网互动响应的调节目标，依据电网低谷电价时段划分、分布式可再生能源过剩和短缺时刻信息、以及可调资源加载调节优先级顺序，制定电价低谷时刻热泵系统的柔性运行策略和可调资源的加载、减载调节决策；步骤F、基于电网平价时段划分情况、分布式可再生能源过剩和短缺时刻信息、分布式可再生能源消纳和热泵
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电网互动响应调节目标、以及可调资源调节加载和减载优先级顺序，制定平价时刻热泵系统的运行策略和加减载调节决策；步骤G、基于电网高峰和尖峰电价时段信息、分布式可再生能源发电过剩和短缺情况、分布式可再生能源消纳和电网需求响应调节目标、以及可调资源减载调节优先级，制定高峰和尖峰时刻热泵系统的运行策略和减载调节决策，削减高峰和尖峰时刻热泵系统的电网取电负荷。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤B具体为：第一步、热泵系统服务用户的室内外边界条件直接影响系统冷热电负荷需求和运行参数，基于热泵系统所在地区的实际历史气象数据，预测热泵运行调控周期内室外气象参数；第二步、基于热泵系统监测和信息采集系统获取热泵系统服务的用户室内边界条件参数；第三步、基于热泵系统物理模型，采用仿真模拟法建立热泵系统冷热电多元负荷需求及运行状态预测数学模型，导入室内外边界条件预测参数值，计算用户的冷热需求；第四步、在满足用户冷热需求和舒适度要求的前提下，建立热泵系统的初始运行策略，仿真计算热泵系统的电力负荷、机组负荷率和供回水温度运行状态参数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤C具体为：第一步、基于热泵系统所在区域可再生能源发电系统实际运行数据和室外气象参数实际监测值，对影响分布式可再生能源发电量的气象因素进行相关性分析，得到主要影响因素，并作为发电负荷的预测输入；第二步、采用日前长时间尺度预测和日内小时间尺度滚动优化结合的预测方法，构建分布式可再生能源发电负荷精准计算模型；采用机器学习算法构建日前发电预测模型，预测未来一个运行控制周期内分布式可再生能源的发电负荷；以日内实际监测的气象数据和下一时刻气象数据预测值作为预测模型的输入，进行日内小时间尺度下发电负荷预测值的
滚动优化，以减小日前长时间尺度气象数据和发电负荷预测的误差；第三步、基于仿真预测的热泵系统用电负荷和精准预测得到的分布式可再生能源发电负荷，判断热泵所服务用户的用电负荷需求和现场发电负荷的大小关系，确定运行控制周期内可再生能源过剩时刻和短缺时刻。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤D具体为：第一步、确定涵盖热泵系统主机、输配系统、末端设备和蓄能设备在内的可调资源，分析不同资源的负荷加载、减载的调控技术和调节参数；第二步、基于初始运行策略下热泵系统的运行决策和可调资源的运行状态参数信息，预测未来运行控制周期内各可调环节的调控潜力，在满足调控响应速度和持续时间要求的前提下，可调功率大且调控成本低的资源运行调控优先级越高，进而对热泵系统全部可调资源的优先级进行排序；第三步、分布式可再生能源消纳和电网需求响应对热泵系统进行运行调控时，按照资源优先级顺序依次对可调资源进行调控，直到满足运行调节目标。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤E具体为：第一步、依据电网峰谷平电价时段划分情况，判断该时刻是否为低谷电价时刻，若是低谷电价时刻，则进一步判断可再生能源发电是否过剩，电网谷电时刻热泵系统运行优化原则为优先消纳电网低谷电力，过剩的分布式可再生能源电力上网，根据低谷电价和过剩可再生能源电力上网电价差获取经济收益；第二步、若该时刻现场可再生能源发电量过剩，过剩可再生能源电力上网，并且按照热泵系统可调资源优先级顺序，依次调用可调环节加载增加系统用电负荷需求，消纳谷价时段电网电力，直到满足电网需求响应调节目标；第三步、若该...

【专利技术属性】
技术研发人员：路菲，李骥，徐伟，乔镖，冯晓梅，孙宗宇，
申请(专利权)人：建科环能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：