建筑热用户电采暖负荷参与电网功率调节方法与系统与流程

本发明属于区域综合能源运行调节，涉及一种建筑热用户电采暖负荷参与电网功率调节方法与系统。

背景技术：

1、随着全球对可再生能源的需求增加，许多国家包括中国都在大规模推进新能源接入，如太阳能和风能等。这些可再生能源具有较高的不确定性和随机性，因为其发电量受到天气条件和自然资源的影响。因此，将大量新能源纳入电力系统中会增加发电侧的随机性，需要灵活的源荷匹配和实时调节。

2、在传统电力系统中，建筑通常被视为固定负荷，无法提供灵活性。然而，现代建筑具有一定的灵活性潜力，如楼宇用户可利用围护结构的蓄热特性、调整室内照明和空调等设备的使用模式等，在满足舒适性的前提下，被聚合商灵活聚合统一管理，从而通过需求响应主动参与电力系统的调节。因此，充分挖掘现代电力负荷中所含较大比重的建筑的灵活性和调控潜力成为解决高比例新能源接入随机性的重要手段之一。

3、为了实现建筑灵活性的调节，引入建筑负荷聚合商。建筑负荷聚合商通过将多个建筑用户的需求进行聚合和管理，使其能够参与电力系统的需求响应。聚合商可以利用建筑围护结构的蓄热特性，调整建筑内部的能耗模式，实现对电力负荷的灵活调节。通过参与辅助服务市场，聚合商不仅可以为电网提供服务，还可以降低自身温控型负荷的用电成本。

4、随着经济发展和居民用电设备的增多，居民用户在电力系统中占据重要地位。中国拥有庞大的居民人口，将这些用户的需求进行聚合可以成为强大的电力系统调节力量。然而，目前的需求响应策略主要针对大工业用户，很少涉及居民楼宇用户，导致无法充分发挥居民柔性负荷的潜力。同时，居民楼宇用户的诉求与电力系统的需求在许多情况下是相反的，因此需要研究如何在居民楼宇用户可接受的约束范围内实现对电网的需求响应。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种建筑热用户电采暖负荷参与电网功率调节方法与系统，综合考虑了典型电采暖用户房间热负荷特性及其参与电网负荷调节问题，从而更好的量化典型用户负荷调节的能力，充分评估楼宇用户被聚合后的功率调节能力潜力，实现建筑热用户电采暖负荷参与电网功率调节。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种建筑热用户电采暖负荷参与电网功率调节方法，包括：

4、建立建筑房间热负荷平衡模型并将其转化为标准微分方程；

5、对建筑房间热负荷平衡模型设置电采暖设备数学模型以及房间温度舒适度约束，对标准微分方程进行差分化处理，得到量化评估模型；

6、基于所述量化评估模型与电采暖设备数学模型、房间温度舒适度约束，对单个电采暖用户参与功率调节的潜力进行量化分析；

7、基于得到的量化分析结果建立电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节的策略，包括削峰策略、填谷策略、日常削峰前策略以及日常填谷前策略，根据各策略控制电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节。

8、优选地，建立如下建筑房间热负荷平衡模型：

9、

10、式中，pheat为电采暖设备制热功率；

11、cin、cwall分别为室内空气等效热容、墙体等效热容；

12、r1、r2分别为室内空气和墙体内侧的等效热阻、墙体外侧和室外空气的等效热阻；

13、θin、θwall、θout分别为室内温度、墙体温度、室外温度。

14、优选地，将建筑房间热负荷平衡模型转化为如下标准微分方程：

15、

16、式中，pheat为电采暖设备制热功率；

17、cin、cwall分别为室内空气等效热容、墙体等效热容；

18、r1、r2分别为室内空气和墙体内侧的等效热阻、墙体外侧和室外空气的等效热阻；

19、θin、θwall、θout分别为室内温度、墙体温度、室外温度；

20、分别为室内温度和墙体温度在时间上的导数。

21、优选地，对建筑房间热负荷平衡模型设置如下电采暖设备数学模型：

22、pheat＝pn×s                                   (8)

23、s＝0或s＝1                                 (9)

24、式中，pheat为电采暖设备制热功率；

25、pn为电采暖额定功率8kw；

26、s为电采暖设备的开关状态，关闭时取0，开启时取1；

27、对建筑房间热负荷平衡模型设置如下房间温度舒适度约束：

28、θin_min≤θin≤θin_max                                (7)

29、式中，θin为室内温度；

30、θin_max与θin_min分别为最大室内温度和最小室内温度。

31、优选地，对所述标准微分方程进行差分化处理，得到如下量化评估模型：

32、

33、式中，θin,t、θin,t+1为t、t+1时刻的室内温度；

34、θwall,t、θwall,t+1为t、t+1时刻的墙体温度；

35、θout为室外温度；

36、pheat,t为t时刻电采暖设备制热功率；

37、cin、cwall分别为室内空气等效热容、墙体等效热容；

38、r1、r2分别为室内空气和墙体内侧的等效热阻、墙体外侧和室外空气的等效热阻。

39、优选地，基于所述量化评估模型与电采暖设备数学模型、房间温度舒适度约束表示的电采暖负荷功率与房间温度的变化关系，对单个电采暖用户参与功率调节的潜力进行量化分析，得到如下量化分析结果：

40、用户的电采暖设备的开关状态为开启时，无向上的功率调节能力，可通过关闭开关状态处于开启状态的电采暖设备获得向下的功率调节能力，下调的持续时间受限于房间温度舒适度约束下限；

41、用户的电采暖设备的开关状态为关闭时，无向下的功率调节能力，可通过开启开关状态处于关闭状态的电采暖设备获得向上的功率调节能力，上调的持续时间受限于房间温度舒适度约束上限。

42、优选地，下调的持续时间、上调的持续时间的确定方式为：

43、计算出典型用户电采暖负荷在日内24h以1min为间隔运用基线运行策略的运行曲线；

44、以基线运行策略的运行曲线作为功率上调和下调的比较对象，通过对每个时间间隔重新往后分别进行功率上调和功率下调操作，直至典型用户的室内温度超过房间温度舒适度约束上限、下限，则此时的时间即为功率上调、下调的可持续时间。

45、优选地，基于得到的量化分析结果建立电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节的策略，包括削峰策略、填谷策略、日常削峰前策略以及日常填谷前策略，根据各策略控制电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节，其中所述量化分析结果为建立策略时判断用户在各时间段是否具备功率上调或者功率下调能力提供依据。

46、优选地，削峰策略为：当削峰开始时，统计削峰开始时刻的电采暖设备的开关状态，得到削峰开始时刻的电采暖设备的开关状态处于关闭状态的数量m；将所有用户中关闭电采暖设备的总用户数量n保持为m加上k，k初始值为1，且k每经过一个削峰时段则取值加1；每一削峰时段开始时，选取房间温度最高的n个用户，将这n个用户的电采暖设备关掉，削峰时段结束时，判断是否存在用户的室内温度超出房间温度舒适度约束，若存在，则此时的k取上一个值，此时的k值乘以8kw即为能够提供的最大下调持续功率，若不存在，则进入下一削峰时段；

47、填谷策略为：当填谷开始时，统计填谷开始时刻的电采暖设备的开关状态，得到填谷开始时刻的电采暖设备的开关状态处于开启状态的数量m；将所有用户中开启电采暖设备的总用户数量n保持为m加上k，k初始值为1，且k每经过一个填谷时段则取值加1；每一填谷时段开始时，选取房间温度最高的n个用户，将这n个用户的电采暖设备关掉，填谷时段结束时，判断是否存在用户的室内温度超出房间温度舒适度约束，若存在，则此时的k取上一个值，此时的k值乘以8kw即为能够提供的最大上调持续功率，若不存在，则进入下一削峰时段；

48、日常削峰前策略为：在削峰前，每个用户的电采暖设备迭代开启，当存在用户的室内温度超出房间温度舒适度约束上限时，将上一个迭代开启的电采暖设备关闭一次，然后继续迭代开启，直至削峰开始时刻；

49、日常填谷前策略为：在填谷前，每个用户的电采暖设备迭代关闭，当存在用户的室内温度超出房间温度舒适度约束下限时，将上一个迭代关闭的电采暖设备开启一次，然后继续迭代关闭，直至填谷开始时刻。

50、一种建筑热用户电采暖负荷参与电网功率调节系统，包括：

51、模型构建模块，用于建立建筑房间热负荷平衡模型并将其转化为标准微分方程；对建筑房间热负荷平衡模型设置电采暖设备数学模型以及房间温度舒适度约束，对标准微分方程进行差分化处理，得到量化评估模型；

52、量化分析模块，用于基于所述量化评估模型与电采暖设备数学模型、房间温度舒适度约束，对单个电采暖用户参与功率调节的潜力进行量化分析；

53、策略构建与功率调节模块，用于基于量化分析结果建立电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节的策略，包括削峰策略、填谷策略、日常削峰前策略以及日常填谷前策略，根据各策略控制电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节。

54、优选地，基于得到的量化分析结果建立电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节的策略，包括削峰策略、填谷策略、日常削峰前策略以及日常填谷前策略，根据各策略控制电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节，其中所述量化分析结果为建立策略时判断用户在各时间段是否具备功率上调或者功率下调能力提供依据。

55、优选地，削峰策略为：当削峰开始时，统计削峰开始时刻的电采暖设备的开关状态，得到削峰开始时刻的电采暖设备的开关状态处于关闭状态的数量m；将所有用户中关闭电采暖设备的总用户数量n保持为m加上k，k初始值为1，且k每经过一个削峰时段则取值加1；每一削峰时段开始时，选取房间温度最高的n个用户，将这n个用户的电采暖设备关掉，削峰时段结束时，判断是否存在用户的室内温度超出房间温度舒适度约束，若存在，则此时的k取上一个值，此时的k值乘以8kw即为能够提供的最大下调持续功率，若不存在，则进入下一削峰时段；

56、填谷策略为：当填谷开始时，统计填谷开始时刻的电采暖设备的开关状态，得到填谷开始时刻的电采暖设备的开关状态处于开启状态的数量m；将所有用户中开启电采暖设备的总用户数量n保持为m加上k，k初始值为1，且k每经过一个填谷时段则取值加1；每一填谷时段开始时，选取房间温度最高的n个用户，将这n个用户的电采暖设备关掉，填谷时段结束时，判断是否存在用户的室内温度超出房间温度舒适度约束，若存在，则此时的k取上一个值，此时的k值乘以8kw即为能够提供的最大上调持续功率，若不存在，则进入下一削峰时段；

57、日常削峰前策略为：在削峰前，每个用户的电采暖设备迭代开启，当存在用户的室内温度超出房间温度舒适度约束上限时，将上一个迭代开启的电采暖设备关闭一次，然后继续迭代开启，直至削峰开始时刻；

58、日常填谷前策略为：在填谷前，每个用户的电采暖设备迭代关闭，当存在用户的室内温度超出房间温度舒适度约束下限时，将上一个迭代关闭的电采暖设备开启一次，然后继续迭代关闭，直至填谷开始时刻。

59、一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；

60、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。

61、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

62、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

63、本发明针对建筑侧热负荷用户聚合问题，先结合历史数据，通过建立微分方程后研究室外温度与房间温度的变化特性，进而建立建筑房间热负荷平衡模型及其电采暖设备数学模型与房间温度舒适度约束，实现房间热负荷与电采暖设备的耦合，以进行单个电采暖用户参与功率调节的潜力分析；建立电采暖型电负荷聚合参与电力系统功率调节的策略，以反映典型电采暖用户集群负荷调节能力，进行典型相关性分析，并生成负荷调节典型日场景，综合考虑了典型电采暖用户房间热负荷特性及其参与电网负荷调节问题，可更好的量化建筑侧热负荷合参与电力系统功率调节能力，使建筑侧热负荷用户资源能够得到有效调控，保障电网安全协调发展。本发明考虑到了电网削峰填谷的需求，可在建筑热负荷用户接入到低压配电网时，有效提高经济性与可实现性。