[發明專利]一種基于機會約束的空氣源熱泵有序用電日前調度方法

有效

• 申請號: 201711205179.4
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108108518B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 陳平;吳文傳;朱潔;張伯明;丁屹峰;栗子豪;孫宏斌;楊爍;孫欽裴;徐蕙;張寶群;馬龍飛;宮成;王芳;梁安琪
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;清華大學;國網北京市電力公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/06;G06F111/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于機會約束的空氣源熱泵有序用電日前調度方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)建立空氣源熱泵有序用電日前調度模型，該模型由目標函數和約束條件構成；具體步驟如下：

1-1)建立模型的目標函數；

根據歷史預測誤差數據集Φ，包括負荷有功預測誤差數據集合負荷無功預測誤差數據集合和天氣溫度預測誤差數據集合其中k代表第k個誤差數據，建立空氣源熱泵有序用電日前調度模型的目標函數如式(1)所示：

其中，為配電網調度日全天配電最大功率，x^HP為所有空氣源熱泵各時段的開關狀態向量，Ω為開關狀態向量x^HP的凸集可行域，ε為負荷有功功率不確定變量、負荷無功不確定變量、室外天氣溫度不確定變量的統一表示；

式(1)中的E_ε～P[]是計算針對服從概率分布P的不確定性變量ε求括號內的期望值；是計算在規劃變量x^HP在可行域Ω中變化時括號內的最小值；

1-2)確定模型的約束條件；具體如下

1-2-1)房屋和水箱熱力學約束，如式(2)至(7)所示：

其中，為第i個房間的熱泵第t時段的熱功率，T_i^air(t)為第i個房間第t時段的室內空氣溫度，T_i^W(t)為第i個房間第t時段的水箱水溫，T^out(t)為第t時段真實室外溫度；分別為第i個房間水箱的等效熱阻參數和熱容參數，分別為第i個房間的等效熱阻參數和熱容參數；Δt為每時段的時間長度；為第i個房間水箱的散熱效率系數；分別為第i個房間室內溫度和水箱水溫的初始溫度，分別為第i個房間室內溫度的下限和上限；分別為第i個房間水箱溫度的下限和上限；

1-2-3)空氣源熱泵的電熱模型約束，如式(8)至(11)所示：

其中，為第i個房間的熱泵第t時段的電功率，為第i個房間的熱泵第t時段的電功率，為開，為關，P_i^HP為第i個房間的熱泵的額定電功率，為第i個房間的熱泵第t時段的電熱轉換效率，并假設該效率與第t時段真實室外溫度T^out(t)呈線性關系如式(11)所示；為熱泵線性電熱效率系數；

1-2-3)配電網的功率平衡約束，如式(12)至(22)所示：

U_i＝(V_i)² (14)

U_i-U_j＝2(r_ijP_ij+x_ijQ_ij)-|z_ij|²h_ij (15)

U_i,min≤U_i(t)≤U_i,max (19)

P_i(t)≤P_i^max (21)

其中，P_i、Q_i、V_i分別為節點i的有功負載功率、無功負載功率和電壓幅值，U_i為節點i電壓幅值的平方，H_i代表與i相連的節點集合，P_ij、Q_ij分別為線路ij上的有功功率和無功功率，z_ij＝r_ij+jx_ij為線路ij阻抗，h_ij是線路ij上電流幅值平方；U_i,min、U_i,max分別為節點i電壓幅值平方的下限和上限，S_ik,max為線路ik的最大傳輸容量，P_i^max為節點i可注入最大有功功率，P₀(t)為根節點第t時段有功功率；

約束條件式(12)和(13)為節點功率與支路功率的關系約束，約束條件式(14)和(15)為支路功率流與電壓間的關系約束，約束條件式(16)和(17)為支路功率與支路功率和節點功率的關系約束，約束條件式(18)為二階錐約束，約束條件式(19)為節點電壓約束，約束條件式(20)為線路傳輸功率約束，約束條件式(21)為節點注入功率約束，約束條件式(22)為目標函數關聯約束；

1-2-4)配電網各節點與下屬負荷約束，如式(23)至(26)所示：

其中，p_r、q_r分別為第r個房間的總負荷有功功率和無功功率，p_r,L和q_r,L分別為房間r除熱泵其他負荷的有功功率和無功功率，p_r,PV、q_r,PV分別為房間r的光伏有功功率和無功功率；

由于式(23)和(24)為線性關系，將節點上負荷和光伏功率統一表示為如式(25)和(26)所示：

其中，P_i^r(t)、分別為節點i第t時段的真實有功功率注入和真實無功功率注入；

1-2-5)負荷和光伏出力的有功、無功關系約束，如式(27)和(28)所示：

其中，除空氣源熱泵外的其他負荷的功率因數角和光伏的功率因數角為給定常數；其他負荷和光伏出力根據負荷預測曲線和光伏出力預測曲線給出第二日逐時功率數據信息；

2)對約束條件進行轉化；具體步驟如下：

2-1)基于歷史預測誤差信息分別計算室外溫度、節點注入有功功率和節點注入無功功率的邊界分別如式(29)至(31)所示：

其中，為室外溫度邊界，b_P為節點注入有功功率邊界，b_Q為節點注入無功功率邊界；

令為t時段的室外溫度的預測誤差，為t時段i節點有功功率的預測誤差，為t時段i節點無功功率的預測誤差，以上三種誤差均為服從限制在[-1,1]上均值為0的任意分布的隨機變量，則第t時段的真實室外溫度T^out(t)、節點i第t時段的真實有功功率注入P_i^r(t)和真實無功功率注入分別表示為如式(32)至(34)所示：

其中，T^out,f(t)為t時段的室外溫度預測值，P_i^f(t)、分別為t時段i節點有功功率的預測值和無功功率的預測值；

2-2)給定置信水平ξ，將室內溫度約束條件式(6)和節點注入功率約束條件式(21)轉換為機會約束的形式如式(35)至(37)所示：

Prob(P_i(t)≤P_i^max)≥1-ξ (37)

其中，Prob(X)為X事件發生的概率，ξ為式(35)、(36)、(37)中Prob符號括號內不等式約束被破壞的概率；

2-3)將式(2)和(3)簡化為：

記第i個房間室內溫度的列向量將第i個房間水溫、熱泵制熱功率和室外溫度隨時間變化的列向量分別記為T_i^W、T^out，H為一天的時段數，則式(38)和(39)表示為：

其中，

式(40)和(41)進一步表示為：

則約束條件式(36)寫為：

根據機會約束凸松弛轉換方法將式(44)轉化為：

將約束條件式(35)轉化為：

其中，和0分別為由和0組成的列向量；

列向量m_i的每個元素為：

組成的列向量；

約束條件式(35)和(36)轉化后的約束為：

約束條件式(37)轉化為：

其中，

m_p(t)＝b_P(t) (50)

3)對模型求解；

根據目標函數式(1)，以及約束條件式(2)至式(28)、式(47)至式(50)，應用混合整數求解算法對步驟1)建立的模型進行求解；最終求解獲得所有時段所有熱泵的開關狀態即為該配電網空氣源熱泵次日調度啟停計劃。