[發(fā)明專利]基于建筑特性和虛擬電廠的建筑綜合能源系統(tǒng)調(diào)度方法

有效

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• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113222227B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉鷗;徐兵;陳世龍;劉劍;李學(xué)斌;劉建偉;趙號
• 申請（專利權(quán)）人: 中國能源建設(shè)集團(tuán)天津電力設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06Q50/08;G06F17/11;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 閆俊芬

1.一種基于建筑特性和虛擬電廠的建筑綜合能源系統(tǒng)調(diào)度方法，其特征是：建立建筑虛擬儲能模型系統(tǒng)和電動汽車虛擬電廠充放電模型，采用以樓宇運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)為目標(biāo)的日前調(diào)度和以樓宇聯(lián)絡(luò)線功率偏差最小為目標(biāo)的日內(nèi)調(diào)度相結(jié)合的調(diào)度方法，在建筑樓宇日運(yùn)行階段引入日內(nèi)調(diào)度方法，并將建筑虛擬儲能系統(tǒng)設(shè)定為長時(shí)間尺度的調(diào)度設(shè)備，電動汽車虛擬電廠設(shè)定為短時(shí)間尺度的調(diào)度設(shè)備，通過長時(shí)間尺度調(diào)度建筑虛擬儲能、短時(shí)間尺度調(diào)度電動汽車虛擬電廠相結(jié)合的方式，平抑聯(lián)絡(luò)線功率偏差，降低建筑綜合能源系統(tǒng)對配網(wǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)日內(nèi)調(diào)度策略，具體步驟如下：

1)建立建筑綜合能源系統(tǒng)整體架構(gòu)：建筑綜合能源系統(tǒng)整體架構(gòu)包括建筑級“電/熱”供能系統(tǒng)和園區(qū)級供電系統(tǒng)；

2)構(gòu)建建筑虛擬儲能模型系統(tǒng)：包括建筑電負(fù)荷模型、建筑虛擬儲能系統(tǒng)模型、電動汽車虛擬電廠模型和蓄電池裝置模型；其中：

(1)建立建筑電負(fù)荷模型：應(yīng)用建筑內(nèi)部通常用單一等溫的空調(diào)區(qū)域進(jìn)行模擬，單一等溫區(qū)域采用阻容網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行建模；建筑的熱阻-熱容網(wǎng)絡(luò)模型包括儲能部分(熱容)、能耗部分(熱阻)和環(huán)境熱量傳導(dǎo)部分，綜合考慮建筑內(nèi)產(chǎn)生熱量與熱量流失的關(guān)系，基于建筑熱阻-熱容網(wǎng)絡(luò)模型的室內(nèi)熱平衡方程為

Q₄＝Q₃+Q₆+Q₇-(Q₁+Q₂+Q₅)

＝[Q₃ Q₆ Q₇ Q₁ Q₂ Q₅][1 1 1 -1 -1 -1]^T

其中，Q₁是墻體結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與空氣對流換熱；Q₂是門窗滲透耗熱量；Q₃是窗外太陽輻射被各內(nèi)表面吸收的熱量；Q₄是室內(nèi)空氣單位時(shí)間內(nèi)的顯熱量增值；Q₅是冷風(fēng)侵入或者通風(fēng)耗熱量；Q₆是室內(nèi)空氣與照明、人體等室內(nèi)熱源熱交換功率；Q₇是室內(nèi)空氣與采暖設(shè)備熱交換功率,方程為

Q₄＝C_roomdT_in/dt＝0.278ρ_wV_roomc_wdT_in/dt

其中，ρ_w是空氣密度；V_room是房間空氣容量；c_w是空氣比熱容；P_dh是單位面積的散熱功率；T_in是房間的室內(nèi)溫度；C_room是房間的熱容；R_room是房間的熱阻；C_wall是墻體的熱容；R_wall是墻體內(nèi)表面的熱阻；R_window是窗戶熱阻；S_room是房間面積；m_HVAC是暖通空調(diào)系統(tǒng)空氣流量；T_HVAC是HVAC系統(tǒng)送風(fēng)溫度；T_O是室外環(huán)境溫度；τ_win是窗體滲透率；A_win是窗體面積；I_rad是窗體光照強(qiáng)度；N_wall是房間不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面總數(shù)；T_wall,j是房間室內(nèi)第j面墻體的內(nèi)表面溫度；R_wall,j是房間室內(nèi)第j面墻體的熱阻；L是室外空氣滲透量；V_va是室內(nèi)通風(fēng)量；

暖通空調(diào)系統(tǒng)功率包括兩個方面：一是新風(fēng)空氣循環(huán)系統(tǒng)功率P_HVAC,f(t)，方程為；

Δp_HVAC＝p_static+ρ_wv²/2

其中，Δp_HVAC是總壓降；p_static是靜壓降；v是送風(fēng)速度；η_HVAC,f和η_HVAC,m分別是風(fēng)扇和電機(jī)的運(yùn)行效率；

二是暖通空調(diào)制冷/制熱系統(tǒng)功率P_HVAC,h(t)，方程為

P_HVAC,h(t)＝Q₇/(1+COP_HVAC)

其中，COP_HVAC是暖通空調(diào)系統(tǒng)的熱電能效比；

暖通空調(diào)系統(tǒng)在調(diào)度時(shí)段t的功率P_HVAC(t)模型，方程為

P_HVAC(t)＝P_HVAC,f(t)+P_HVAC,h(t)

調(diào)度時(shí)段t的建筑電負(fù)荷P_BPL(t)模型，方程為

P_BPL(t)＝P_HVAC(t)+P_other(t)

其中，P_other(t)是調(diào)度時(shí)段t的建筑其它電負(fù)荷；

(2)建立建筑虛擬儲能系統(tǒng)模型，采集建筑虛擬儲能能量變動狀況，

在t₀時(shí)刻，室內(nèi)設(shè)定溫度初值是T_set0，當(dāng)室內(nèi)溫度T_in＝T_set0時(shí)采暖設(shè)備制熱功率P_HVAC,h0等于建筑的熱量流失功率，系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；在t₁時(shí)刻，室內(nèi)設(shè)定溫度降為T_set1；采暖設(shè)備制熱功率降低到P_HVAC,h1，室內(nèi)溫度T_in下降，在t₂時(shí)刻達(dá)到穩(wěn)定，儲存于建筑虛擬儲能中的熱能Q_VESS在(t₁,t₂)時(shí)段內(nèi)開始釋放，即VESS釋放能量的過程；在t₃時(shí)刻，室內(nèi)設(shè)定溫度恢復(fù)到T_set0，采暖設(shè)備制熱功率增加到P_HVAC,h2，室內(nèi)溫度T_in上升，在t₄時(shí)刻達(dá)到穩(wěn)定；由于采暖設(shè)備制熱量增加，大量電能轉(zhuǎn)化成熱能貯存在建筑虛擬儲能中，在(t₃,t₄)時(shí)段內(nèi)Q_VESS開始增加，即VESS存儲能量的過程；

建筑物熱量流失功率在建筑釋放能量和存儲能量的過程中維持不變，對于房間空氣容量為V_room的建筑，建筑虛擬儲能能夠提供的最大能量方程為

其中，Q_VESS是建筑虛擬儲能量；和分別是樓宇室內(nèi)溫度舒適度區(qū)間的最大值和最小值；

(3)建立電動汽車虛擬電廠模型：在t時(shí)刻，第i輛EV的荷電狀態(tài)(SOC)根據(jù)方程計(jì)算得出

其中，SOC_EV,i(t)是第i輛EV在t時(shí)刻的荷電狀態(tài)；和分別是第i輛EV在t-1時(shí)刻的充電和放電狀態(tài)；和分別是第i輛EV在t-1時(shí)刻的充電和放電功率；和分別是第i輛EV的充電和放電效率；是EV電池的最大容量；Δt是時(shí)間間隔；

(4)建立蓄電池裝置模型：蓄電池裝置在運(yùn)行過程中除了需要考慮其充放電功率約束外，還需要考慮荷電狀態(tài)約束、充放電狀態(tài)約束、一個調(diào)度周期始末的能量平衡約束，方程為

其中，和分別是t時(shí)刻蓄電池裝置的充電和放電狀態(tài)；和分別是t時(shí)刻蓄電池裝置的充電和放電功率；和分別是蓄電池裝置的充放電功率最小和最大值；SOC_BESS(t)是t時(shí)刻蓄電池裝置的荷電狀態(tài)；和分別是蓄電池裝置的最小和最大荷電狀態(tài)；SOC_BESS(t₀)和SOC_BESS(t_end)分別是蓄電池裝置周期內(nèi)起始時(shí)刻t₀和終止時(shí)刻t_end的荷電狀態(tài)；

3)構(gòu)建基于建筑特性和虛擬電廠的建筑綜合能源系統(tǒng)的調(diào)度模型，經(jīng)過兩階段的日前和日內(nèi)調(diào)度實(shí)現(xiàn)建筑綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行；選擇日運(yùn)行成本最低的方案作為最優(yōu)日前調(diào)度計(jì)劃；日內(nèi)調(diào)度階段，采用長時(shí)間尺度和短時(shí)間尺度交替的方式；

(1)建筑樓宇日前調(diào)度以小時(shí)為時(shí)間間隔，在滿足室內(nèi)溫度舒適度在內(nèi)的各種約束條件下，以優(yōu)化日運(yùn)行成本為目標(biāo)的日前調(diào)度函數(shù)，方程為

其中，n₁是日前調(diào)度一個完整周期內(nèi)的時(shí)段總數(shù)，n₁＝24；P_ex(t)是調(diào)度時(shí)刻t的樓宇系統(tǒng)與外部電網(wǎng)的電功率交換，購電取正值，售電取負(fù)值；C_ph(t)和C_se(t)分別是調(diào)度時(shí)刻t的購電和售電價(jià)格；γ是室內(nèi)溫度敏感系數(shù)，γ越小，因偏離室內(nèi)溫度舒適度而遭到的懲罰越小，γ越大則遭到的懲罰越大；P_PV(t)、P_WT(t)、P_BESS(t)、P_HVAC(t)和P_HP(t)分別是調(diào)度時(shí)刻t的光伏輸出功率、風(fēng)機(jī)輸出功率、蓄電池充放電功率、暖通空調(diào)系統(tǒng)電功率以及地源熱泵電功率；C_PV、C_WT、C_BESS、C_HVAC和C_HP分別代表調(diào)度時(shí)刻t的光伏、風(fēng)機(jī)、蓄電池、暖通空調(diào)系統(tǒng)和地源熱泵的單位功率運(yùn)維成本；

(2)日內(nèi)調(diào)度采用長時(shí)間尺度和短時(shí)間尺度交替的方式，通過調(diào)節(jié)VESS和VPP系統(tǒng)功率，以平抑聯(lián)絡(luò)線功率實(shí)際值與日前目標(biāo)值之間的偏差為目標(biāo)，改善預(yù)測誤差造成的影響。