[发明专利]需求响应机制下含建筑虚拟储能的能源站经济调度方法

权利要求书

1.一种需求响应机制下含建筑虚拟储能的能源站经济调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立以建筑热平衡理论为基础的建筑虚拟储能模型，包括室内空气热平衡模型、围护结构热平衡模型和建筑虚拟储能功率的数学模型；其中，

(1)所述的围护结构热平衡模型如下式：

式中，T_out表示室外温度；T_j表示第j层墙体的节点温度；s_j表示第j层墙体的面积；c_j表示第j层墙体的热容；ρ_j表示第j层墙体的密度；Δx_j表示第j层墙体的厚度；λ_j表示第j层墙体的导热系数；q_co表示围护结构内表面与空气的对流换热量；q_so表示内表面接受透过外窗的太阳辐射热；

令C_j＝s_jc_jρ_jΔx_j/2、R_j＝Δx_j/(s_jλ_j)，其中C_j视为第j层墙体的等效热容，R_j视为第j层墙体的等效热阻；代入式(1)，并且对简化后的表达式离散化和差分化，得到离散形式的围护结构热平衡模型如下：

(2)所述的室内空气热平衡模型如下式：

Q₁+Q₂+Q₃＝Q₄+Q₅ (3)

式中，Q₁为围护结构内表面与空气对流换热；Q₂为建筑门窗渗透耗热；Q₃为单位时间内建筑空气显热量增值；Q₄为制冷/采暖设备与室内空气热交换功率；Q₅为人体、炊具、照明室内热源与室内空气热交换功率；其中，

式中，T_in为室内温度；T_out为室外温度；T_1,i为围护结构i的内表面温度，通过围护结构热平衡模型得到；N_i为建筑围护结构内表面总数；h_i为围护结构i的对流换热系数；f_i为围护结构的内表面积；Q_d为外门开启耗热；Q_w为外窗开启耗热；β为室外风侵入附加率，取65％；K_c为外门传热系数；f_c为外门面积；0.278为单位换算系数；c_w为室外空气比热，取1.0kJ/(kg·℃)；ρ_w为室外空气密度，取1.4kg/m³；V_o为建筑内空气体积；n(t)为t时段换气次数，取0.5次/h；c_o为室内空气比热；ρ_o为室内空气密度；Q_k为制冷/采暖设备与室内空气热交换功率；室内热源的单位面积散热功率取3.8W/m²；

由式(1)～(4)计算得到室内温度与用户冷热需求的关联关系；

(3)所述的建筑虚拟储能功率的数学模型，

当其他扰量不变时，改变室内温度T_in将直接影响用户的冷热需求，当系统处于稳态时，室内温度T_in保持恒定，由室内空气热平衡模型得到用户稳态冷热需求Q_sta表述如下：

Q_sta＝h₁f₁(T_in-T₁)+(βK_cf_c+0.278c_wρ_wV₀n(t))*(T_in-T_out) (5)

式中，h₁为围护结构内表面的对流换热系数；f₁为围护结构的内表面积；T_in为室内温度；T₁为围护结构的内表面温度；β为室外风侵入附加率，取为65％；K_c为外门传热系数；f_c为外门面积；0.278为单位换算系数；c_w为室外空气比热，取1.0kJ/(kg·℃)；ρ_w为室外空气密度，取1.4kg/m³；V_o为建筑内空气体积；n(t)为t时段换气次数，取0.5次/h；T_out为室外温度；

当室内温度T_in变化时，系统处于动态，得到用户动态冷热需求Q_dyn如下：

式中，c_o为室内空气比热；ρ_o为室内空气密度；

建筑虚拟储能功率的数学模型由用户动态冷热需求与用户稳态冷热需求的差值计算得到：

Q_vir＝Q_dyn-Q_sta (7)

式中，Q_vir为建筑虚拟储能功率，正值表示蓄能，负值表示放能；

2)建立需求响应机制下能源站的经济调度模型，包括用户冷热负荷的需求响应机制、能源站整体运行收益最大化的目标函数和对能量平衡和室内温度舒适度的约束条件；其中，

(1)所述的用户冷热负荷的需求响应机制包括：

热感觉平均标度预测指标：

式中，Г^PMV(t)为t时刻的热感觉平均标度预测指标值，M为人体新陈代谢率，I_cl为人体所着衣物服装热阻，T_in为室内温度；

其中

-0.5≤Γ^PMV(t)≤0.5 (9)

根据式(8)和式(9)，计算得到用户能够接受的温度舒适度区间；

对参与需求响应的用户根据用户的响应程度不同进行阶梯型的温度补贴，建立相应的用户补贴模型：

c_bonus(t)＝α×(P_L(t)c_e(t)+Q_L(t)c_cold) (10)

式中，c_bonus(t)为t时刻用户的补贴费用；P_L、Q_L分别为用户的电、冷负荷需求；c_e为能源站售电的分时电价；c_cold为能源站售冷单价；α为温度补贴系数，根据温度偏离设定温度的不同，补贴系数也不一样，表示如下：

式中，T_set为设定温度，即用户最适宜的温度；ε为温度划分边界，当室内温度位于设定温度ε之内，以补贴系数α₁进行补贴，当室内温度位于设定温度ε之外，以补贴系数α₂进行补贴；

(2)所述的目标函数为能源站的运行收益最大化，由从外部的购能费用、向用户的售能费用和补贴组成：

式中，C_func为能源站的运行收益；C_sale为能源站向用户销售电、冷能获得的收益；C_buy为能源站从电力公司以及天然气公司购电购气支付的费用；C_bonus为能源站给予用户参与需求响应的补贴；P_L、Q_L分别为用户的电、冷负荷需求；c_e为能源站售电的分时电价；c_cold为能源站售冷单价；P_buy、G_buy分别为能源站的购电功率与购气功率；c_g为燃气单价；c_bonus(t)为t时刻用户的补贴费用；

(3)所述的对能量平衡和室内温度舒适度的约束条件包括：

(3.1)电能供需平衡约束

P_GT(t)+P_buy(t)+P_out(t)＝P_EC(t)+P_dual(t)+P_L(t)+P_in(t) (13)

式中，P_GT为燃气内燃机输出的电功率；P_buy为能源站从电力公司购买的电功率；P_EC为常规冷机消耗的电功率；P_dual为双工况冷机消耗的电功率；P_L为用户的电负荷；P_in、P_out分别为蓄电池蓄放电功率；

(3.2)制冷系统供需平衡约束

Q_Br(t)+Q_EC(t)+Q_dual1(t)+Q_dual2(t)+Q_iceout(t)+Q_watout(t)＝Q_L(t)+Q_icein(t)+Q_watin(t)(14)

式中，Q_Br为吸收式制冷机输出的制冷功率；Q_EC为常规冷机输出的制冷功率；Q_dual1和Q_dual2分别为双工况冷机输出的制冷水功率和制冰功率；Q_icein、Q_iceout分别为蓄冰装置的蓄放能功率；Q_watin、Q_watout分别为蓄冷水装置的蓄放能功率；Q_L为用户的冷负荷；

(3.3)室内温度舒适度约束

T_min≤T_in(t)≤T_max (15)

式中，T_min、T_max分别为室内温度舒适度范围内的最低值和最高值，T_in为室内温度；

(3.4)其他约束，包括机组出力功率约束、储能设备储能量约束、储能设备传输功率约束，其中，

机组出力功率约束：

P_min＜P_k(t)＜P_max (16)

式中，P_k为机组的出力，P_min为机组出力下限，P_max为机组出力上限；

储能设备储能量约束：

S_min≤S(t)≤S_max (17)

式中，S为储能设备中的储能量，S_min为允许的最小储能量，S_max为允许的最大储能量；

储能设备传输功率约束：

Q_s(t)≤Q_max (18)

式中，Q_s为储能设备的传输功率，Q_max为储能设备的传输功率上限。