[发明专利]一种微电网中能量管理系统的温控成本优化算法

说明书

一种微电网中能量管理系统的温控成本优化算法，首先，建立室内供热系统的热回路等值参数模型，求解室内供热系统的状态空间方程；然后，建立微电网中智能楼宇的成本优化模型，求解满足成本最优的基本功率最优解与满足成本最优的功率消耗灵活性上下限的最优解；其次，建立微电网管理中心的成本优化模型，求解微电网管理中心对用户的灵活性需求；在建立的微电网管理中心的成本优化模型基础上，得到时间参数约束和优化约束。本发明将智能楼宇用户也纳入功率平衡的调节过程中，使得整个系统的功率平衡调节更加灵活；采用模型预测控制的这一优化方法，使得建模过程得以简化，并通过滚动优化，动态性能较好；并能够减少购买电力的成本。

技术领域

本发明属于未来电网形态演进中微电网的优化控制领域，涉及一种微电网中能量管理系统的温控成本优化算法。

背景技术

21世纪以来，能源与环境的关系日益受到人们的重视，人们所面临的挑战是如何平衡间歇性新能源的供应与多变的能源需求之间的矛盾。这一矛盾主要体现在以下三个方面：

1)随着人口的增长和经济发展而日益增加的能源需求；

2)因风电和光电类的分布式电源接入电力系统而引发的系统规划问题；

3)传统化石能源的碳排放问题。

在所有能源消耗者中，楼宇是不可忽视的重要组成部分。据美国能源部门统计，楼宇所消耗的能源占世界能源消耗总量的40％，其中，采暖、通风和空调(HVAC)系统消耗的能源约占楼宇总消耗的50％。也就是说，HVAC系统消耗的能源约占世界能源消耗总量的20％，由此可见，这个系统(即HVAC系统)所需要的能源量不容忽视，而结合当今能源供需及环境形势，对此系统的能源消耗的优化刻不容缓。然而，新能源的出现不仅让人们找到了缓解化石能源不足问题的解决途径，也让人们可以通过使用环境友好的方式来生产能源。因此，越来越多的新能源被应用于楼宇系统中，用以满足楼宇自身的部分能源消耗。但这也带来了一些问题：一方面，新能源所具有的间歇性特点让其能源供应不能实时满足楼宇的能源需求；另一方面，新能源的引入让能源供给更加多样，这也使得电力的价格有更大的波动。综上所述，亟需设计出一个能量管理系统(EMS)的最优控制模型来对楼宇温度进行优化控制，以保证楼宇舒适性的同时也能保证经济性。

能量管理系统(EMS)按遵循的策略可分为两类：一类基于需求的跟随策略(demand-following strategy)，一类基于供应的跟随策略(supply-followingstrategy)。第一类策略是一种传统方法。电力需求的变化与人类的生产活动规律是密不可分的，也就是说，人们往往会在相同的时间段内以相似的方式使用电能，由此便会产生电力使用高峰。而第一类策略是以电力需求为准则，在电力高峰期投入更多的供电能源以满足电能的需求。而可选择的供电能源主要有以下三种：传统的电厂、新能源以及储能电池。第一种使用传统电厂的方法，虽然满足了电力需求，但其经济性和环境友好性并不符合能源发展的新要求；如果使用新能源供能，的确可以弥补上述的缺点，但其波动性、不确定性以及间歇性的属性给其直接整合接入电网系统带来了很大的困难；最后，储能电池可以储存多余的新能源产生的电量并在电力负荷高峰期给系统供能，但其经济性和环境友好性也不够乐观。另一类策略为新型方法，即电能供应方给电能消耗方提供一些激励措施来鼓励后者在电能高峰期时减少电能的使用。这一策略上的变化可以通过智能电网与智能楼宇的信息和数据交互得以实现。一方面，智能电网可以通过产生、控制和转换电能来为电能的生产、供应以及传输提供基本保障；另一方面，智能楼宇中的设备(如智能电表)可以在提供微电网管理中心需求的功率消耗灵活性(flexibility)的同时，满足住户的舒适性。因此，智能楼宇的功率消耗灵活性(flexibility)是值得发掘的，需要以更高效的方式融入能量管理系统(EMS)中，用以降低成本并保证舒适性。在现有的技术研究中，使用模型预测控制(MPC)的方法与功率消耗灵活性结合，来降低微电网中智能楼宇和管理中心双方的成本的研究并不成熟，还停留在理论性概念层面，并未真正得到可以付诸实践的、降低成本且减少微电网电能消耗的算法。

发明内容