一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法，涉及能源動(dòng)力領(lǐng)域，所述方法包括：預(yù)測分布式聯(lián)供系統(tǒng)供能區(qū)域內(nèi)的冷、熱、電負(fù)荷；確定實(shí)時(shí)電價(jià)和能源價(jià)格；確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)約束條件；制定最優(yōu)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行控制策略。本發(fā)明提出的控制方法主要針對分布式聯(lián)供系統(tǒng)成本較高、技術(shù)應(yīng)用還不成熟的缺點(diǎn)。該方法可以根據(jù)供能區(qū)域內(nèi)的冷、熱、電負(fù)荷需求，通過對實(shí)時(shí)電價(jià)（峰谷電價(jià)）的響應(yīng)，制定出最優(yōu)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行策略，該方法的實(shí)現(xiàn)可以減少能源的浪費(fèi)，有效的降低分布式聯(lián)供系統(tǒng)的成本，加快其作為一種替代能源的推廣。
【專利說明】-種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源動(dòng)力領(lǐng)域，尤其涉及一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn) 行控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，溫室效應(yīng)，霧霾等能源環(huán)境問題日益突出。世界各國都面臨著二氧化碳減 排的重要任務(wù)，因此開發(fā)能夠替代以傳統(tǒng)化石能源為主的新的能源利用方式成為當(dāng)前研究 的熱點(diǎn)。
[0003]隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，電力已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)和家居生活必不可少的一部分，而 目前傳統(tǒng)的發(fā)電模式仍以火電為主，對電力的依賴造成了以煤炭為主的高污染的化石能源 的大量使用，給環(huán)境帶來了嚴(yán)重破壞，因此改變傳統(tǒng)的以火電為主的電力生產(chǎn)模式，將對解 決能源環(huán)境問題，促進(jìn)二氧化碳的減排產(chǎn)生重大的影響。
[0004]以分布式聯(lián)供系統(tǒng)為主的新能源利用方式，為改善當(dāng)前以火電為主的電力生產(chǎn)模 式提供了一種很好的解決方式。然而目前，分布式聯(lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)火電模式相比，存在著成 本過高，技術(shù)還不成熟等缺點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供了一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法，本發(fā)明對 分布式聯(lián)供系統(tǒng)替代常規(guī)能源利用方式具有重要作用，為分布式功能系統(tǒng)在區(qū)域供能中推 廣提供了便捷，詳見下文描述：
[0006] 一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法，所述方法包括以下步 驟：
[0007] 預(yù)測分布式聯(lián)供系統(tǒng)供能區(qū)域內(nèi)的冷、熱、電負(fù)荷；確定實(shí)時(shí)電價(jià)和能源價(jià)格；
[0008] 確定優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；
[0009] 制定最優(yōu)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行控制策略。
[0010] 所述目標(biāo)函數(shù)具體為：
[0011] win max {%，0} +P: min {%，0}}
[0012] 式中Pf，縳> g分別為天然氣購買價(jià)格，從電網(wǎng)購電價(jià)格，給電網(wǎng)賣電價(jià)格，F(xiàn)i 為購買天然氣量,Wi為從電網(wǎng)購電量，買入為正，賣出為負(fù)。
[0013] 所述約束條件為：
[0014] 負(fù)荷供需平衡約束方程的約束條件為0,設(shè)備最大功率限制的約束條件為小于等 于0〇
[0015] 所述負(fù)荷供需平衡約束方程為：
[0016] ajv； +(1- alHP Wchp = w
[0017] QeHP acm>)QcHP ^ Q
[0018] Rehp+Rar = R
[0019] 其中，WCHP = αFFi nw，=⑩i QAB = (1-a F)Fi η" Qchp = a A nQ，JW =((1-，'
[0020]式中R，Q，w分別表示冷、熱、電負(fù)荷需求量，Wi表示從電網(wǎng)購電量，F(xiàn)i表示購氣量， W^p表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電量，Qm表示電熱栗供熱量，qchp表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)供熱量，Qab表 示輔助鍋爐供熱量，Reh P表示電熱泵制冷量，Rar表示吸收式制冷機(jī)制冷量，a w表示購買的電 直接供給用戶的比例，a f表示購買的氣供給熱電聯(lián)供系統(tǒng)的比例，表示熱電聯(lián)供系統(tǒng) 發(fā)的電供給電熱泵的比例，表示輔助鍋爐產(chǎn)的熱供給吸收式制冷機(jī)的比例表示熱 電聯(lián)供系統(tǒng)產(chǎn)的熱供給吸收式制冷機(jī)的比例，COP&:表示電熱泵的制熱系數(shù)，COP^表示 電熱栗的制冷系數(shù)，09/^表示吸收式制冷機(jī)的制冷系數(shù)，ni表示輔助鍋爐的熱效率，nQ 表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)的產(chǎn)熱效率，nw表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電效率。
[0021] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明根據(jù)分布式聯(lián)供系統(tǒng)供能區(qū)域內(nèi)的 冷、熱、電負(fù)荷需求，通過對實(shí)時(shí)電價(jià)（峰谷電價(jià)）的實(shí)時(shí)（半小時(shí)或一小時(shí)）響應(yīng)，制定實(shí) 時(shí)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行策略，使系統(tǒng)技能滿足供能區(qū)域內(nèi)的冷、熱、電負(fù)荷需求，又能減 少能源浪費(fèi)和系統(tǒng)運(yùn)行成本。該方法對分布式聯(lián)供系統(tǒng)取代常規(guī)能源利用方式具有很大的 促進(jìn)作用，對節(jié)能減排和解決當(dāng)前嚴(yán)峻的能源環(huán)境問題具有重要的意義，具有廣泛的工程 應(yīng)用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為冷、熱、電負(fù)荷需求圖；
[0023]圖2為峰谷電價(jià)示意圖；
[0024]圖3分布式聯(lián)供系統(tǒng)及能量流動(dòng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步 地詳細(xì)描述。
[0026] 一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法，該方法包括以下步驟：
[0027] 101 :預(yù)測分布式聯(lián)供系統(tǒng)供能區(qū)域內(nèi)的冷、熱、電負(fù)荷；
[0028] 即要針對不同地理的位置、不同的季節(jié)和不同類型的建筑進(jìn)行預(yù)測。冷、熱、電 負(fù)荷的需求是受地理位置、季節(jié)和供能區(qū)域內(nèi)的建筑類型所影響的，不同地理位置的不用 季節(jié)的氣象參數(shù)包括風(fēng)速、太陽輻射、室外溫度等都會不同，供能區(qū)域內(nèi)不同的建筑類型對 冷、熱、電的需求也不同，比如《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50736-2012》中規(guī) 定浴室、更衣室要求室內(nèi)溫度應(yīng)不低于25度，而辦公室、休息室、食堂室內(nèi)溫度應(yīng)不低于18 度；同樣對于普通住宅、學(xué)校、醫(yī)院或者賓館等不同的建筑，冷、熱、電的需求也會不一樣，因 此對于供能區(qū)域內(nèi)的冷、熱、電負(fù)荷的預(yù)測對于分布式聯(lián)供系統(tǒng)的運(yùn)行控制非常重要。目前 對于負(fù)荷預(yù)測的技術(shù)比較成熟，比如清華大學(xué)開發(fā)的Dest軟件，美國能源部和勞倫斯伯克 利國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Energy Plus軟件，只要對當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)、房間使用類型以及一些房間 結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置精確，模擬出來的冷熱負(fù)荷都會比較精確；另外也可以根據(jù)往年的負(fù)荷數(shù)據(jù) 和氣象預(yù)報(bào)等對負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。
[0029] 1〇2 :確定實(shí)時(shí)電價(jià)和能源價(jià)格；
[0030] -般實(shí)時(shí)電價(jià)指以一天為周期，根據(jù)不同時(shí)間段的電力負(fù)荷使用的高低情況，確 定一天內(nèi)不同時(shí)間段的電價(jià)，電力負(fù)荷使用高峰時(shí)段一般電價(jià)較高，時(shí)間段可以是一小時(shí) 或者半小時(shí)，時(shí)間間隔太長可能不會很好的起到實(shí)時(shí)電價(jià)對用電量調(diào)節(jié)作用，時(shí)間間隔太 短可能會造成分布式聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況的頻繁改變，加快設(shè)備的損壞，考慮到設(shè)備調(diào) 節(jié)的滯后性，時(shí)間間隔太短可能也起不到很好的調(diào)節(jié)作用。在國內(nèi)還沒有實(shí)施實(shí)時(shí)電價(jià)，一 般采用峰谷電價(jià)，工業(yè)生產(chǎn)和家庭用電的時(shí)段劃分和各段電價(jià)高低會有所不同，不同地方 關(guān)于峰谷電價(jià)的具體政策也會不一樣，天然氣的價(jià)格一般不變?yōu)槎ㄖ怠?br>
[0031] 103 :確定優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；
[0032]其中，目標(biāo)函數(shù)為天然氣購買成本、電力購買成本和賣電收益之差最小。沒有考慮 設(shè)備折舊費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、人員費(fèi)用以及供暖收益等，因?yàn)檫@些費(fèi)用和收益對于既定分布式 聯(lián)供系統(tǒng)是基本保持不變的，影響分布式聯(lián)供系統(tǒng)成本的主要的變動(dòng)因素是電力消費(fèi)成本 和天然氣消費(fèi)成本。這樣做既抓住了影響系統(tǒng)成本的主要矛盾，又簡化了模型。
[0033] 其中，分布式聯(lián)供系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)為：
[0034] min{p'F,+p· masi{wnQ\+peo min{,0}}
[0035] 式中pf，if分別為天然氣購買價(jià)格，從電網(wǎng)購電價(jià)格，給電網(wǎng)賣電價(jià)格，F(xiàn)i 為購買天然氣量，WiS從電網(wǎng)購電量，買入為正，賣出為負(fù)。約束條件為：
[0036] f ( α )二0 (負(fù)荷供需平衡約束）
[0037] g ( α ) < 0 (設(shè)備最大功率限制約束）
[0038] 104 :制定最優(yōu)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行控制策略。
[0039] 根據(jù)步驟102中下一時(shí)間段的電價(jià)和步驟103中的約束條件，求解步驟103中的 目標(biāo)函數(shù)，解出符合目標(biāo)函數(shù)的天然氣購買量和電網(wǎng)購電量（賣電量），根據(jù)分布式系統(tǒng)各 設(shè)備的額定參數(shù)就可確定各設(shè)備下一時(shí)刻的運(yùn)行參數(shù)，即下一時(shí)間段最優(yōu)的分布式系統(tǒng)運(yùn) 行策略。
[0040] 下面以一個(gè)具體的實(shí)例來說明本方法的詳細(xì)操作過程，詳見下文描述：
[0041] (1)預(yù)測分布式聯(lián)供系統(tǒng)供能區(qū)域內(nèi)的冷、熱、電負(fù)荷。本發(fā)明借助Dest軟件和耗 電因子法分別對天津某地一寫字樓冬季的冷熱負(fù)荷和電負(fù)荷進(jìn)行模擬，得出該寫字樓冬季 的日冷熱電負(fù)荷需求，如圖1所示。
[0042] (2)確定實(shí)時(shí)電價(jià)和能源價(jià)格。該寫字樓為商用建筑，所以其具體的峰谷時(shí)段劃分 和電價(jià)和家庭用電有所不同，具體峰谷電價(jià)如圖2所示，天然氣價(jià)格為p f = 3. 15元/m3。
[0043] ⑶確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。分布式聯(lián)供系統(tǒng)及能量流動(dòng)如圖3所示,根據(jù)步驟⑵中 確定的峰谷電價(jià)和天然氣價(jià)格，取第12點(diǎn)為研究對象，也就11:00-12:00為研究對象，此時(shí) 電價(jià)Α=1·3458元/kWh,，賣電價(jià)格取電價(jià)的一半即/^=0.6729元/kWh。目標(biāo)函數(shù)為：
[0044] min {3· 15Fi+l_ 3458max {W" 0} +0· 6729min {'，0}}
[0045] 從圖1中知，電負(fù)荷需求為W = l6〇OOkW，熱負(fù)荷需求為Q二65〇OkW，冷負(fù)荷需求 為R = OkW,負(fù)荷供需平衡約束方程為：
[0046]
[0047] 02ηρ. + +.(?:-嫁 1)(? = β
[0048] Rjjjp+Rar = R
[0049] 其中，(1芯％，〇^=(|1-+ '=(卜 aF)FiIli， QCHP = ? FF，Q，^ = D
[0050] 式中R，Q，w分別表示冷、熱、電負(fù)荷需求量，Wi表示從電網(wǎng)購電量，F(xiàn)i表示購氣量， WCHP表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電量，Qehp表示電熱栗供熱量，Qm表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)供熱量，Qab表 示輔助鍋爐供熱量，REHP表示電熱泵制冷量,RM表示吸收式制冷機(jī)制冷量，a w表示購買的電 直接供給用戶的比例，a F表示購買的氣供給熱電聯(lián)供系統(tǒng)的比例，^表示熱電聯(lián)供系統(tǒng) 發(fā)的電供給電熱泵的比例，表示輔助鍋爐產(chǎn)的熱供給吸收式制冷機(jī)的比例，表示熱 電聯(lián)供系統(tǒng)產(chǎn)的熱供給吸收式制冷機(jī)的比例，0?表示電熱栗的制熱系數(shù)，0?表示 電熱泵的制冷系數(shù)，表不吸收式制冷機(jī)的制冷系數(shù)，rii表示輔助鍋爐的熱效率，nQ 表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)的產(chǎn)熱效率，nw表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電效率。
[0051] 設(shè)備最大功率限制約束指各設(shè)備和系統(tǒng)的工作功率都應(yīng)小于或等于其額定功率， 具體約束方程不再詳細(xì)列出。
[0052] ⑷制定最優(yōu)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行控制策略。對步驟⑶所列目標(biāo)函數(shù)和約束 方程中各式求解，即可得出從電網(wǎng)購電量Wi和天然氣購買量Fi以及各系統(tǒng)的能量分配比例 a，此解便是基于需求響應(yīng)的令分布式系統(tǒng)成本最優(yōu)的運(yùn)行策略。
[0053] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例 序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0054] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法，其特征在于，所述方法包 括以下步驟： 預(yù)測分布式聯(lián)供系統(tǒng)供能區(qū)域內(nèi)的冷、熱、電負(fù)荷；確定實(shí)時(shí)電價(jià)和能源價(jià)格； 確定優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和約束條件； 制定最優(yōu)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行控制策略。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法，其 特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)具體為： + max (?. 〇}+/ξ min {^, 〇}} 式中Pf，4，式分別為天然氣購買價(jià)格，從電網(wǎng)購電價(jià)格，給電網(wǎng)賣電價(jià)格，匕為購 買天然氣量，Wi為從電網(wǎng)購電量，買入為正，賣出為負(fù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法，其 特征在于，所述約束條件為： 負(fù)荷供需平衡約束方程的約束條件為0,設(shè)備最大功率限制的約束條件為小于等于0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于需求響應(yīng)的分布式聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法，其 特征在于，所述負(fù)荷供需平衡約束方程為： 明縛- QeHP _ _ ?ΙΡ )Q( nr - 0 Rhip+Rar - R 其中，WCHp = a FFi nw，=((1. -<^.網(wǎng) + 〇^助灰哪)〇9/^"，Qab = (l-α ripQcjjp = a F?i Aq，..於酸:=((1-+ aCHP^cw、C〇^HP，.較+ aiQJCOPAR 式中R，Q，W分別表示冷、熱、電負(fù)荷需求量，' 表示從電網(wǎng)購電量，F(xiàn)i表示購氣量，WcHp 表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電量，Qehp表示電熱泵供熱量，QeHp表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)供熱量，表示 輔助鍋爐供熱量，R EHP表示電熱栗制冷量，Rae表示吸收式制冷機(jī)制冷量，α￥表示購買的電 直接供給用戶的比例，a F表示購買的氣供給熱電聯(lián)供系統(tǒng)的比例，4表示熱電聯(lián)供系統(tǒng) 發(fā)的電供給電熱泵的比例，表示輔助鍋爐產(chǎn)的熱供給吸收式制冷機(jī)的比例，< 表示熱 電聯(lián)供系統(tǒng)產(chǎn)的熱供給吸收式制冷機(jī)的比例，0?表示電熱泵的制熱系數(shù)，表示 電熱泵的制冷系數(shù)，€0?表示吸收式制冷機(jī)的制冷系數(shù)，ni表示輔助鍋爐的熱效率， 表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)的產(chǎn)熱效率，n w表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電效率。
【文檔編號】G05B19/418GK104216368SQ201410430941
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】趙軍, 王惠, 安青松, 康利改 申請人:天津大學(xué)