[发明专利]一种基于需求响应的智慧楼宇节能优化控制方法

权利要求书

1.一种基于需求响应的智慧楼宇节能优化控制方法，其特征是，智慧楼宇小型微能源网包括风力发电、光伏发电、电储能、微燃机、吸收式制冷机、电锅炉、电制冷机、热储能、电力网、热力网、电负荷以及热负荷；所述微能源网给智慧楼宇供给电能和热能，电能的供给设备包括风机、光伏板、微燃机及市电，热能的供给设备包括内燃机、电锅炉、吸收式制冷机及电制冷机；所述能源网配置有电/热储能装置，用于存储和释放电/热能；

采用价格型需求响应对电力负荷响应建模，用户用电量对电价的响应建模应用电量电价弹性矩阵法；根据经济学原理，电力负荷的弹性系数表示为：

其中，Δp表示电量p的相对增量，Δq表示电价q的相对增量；

需求侧电量电价弹性矩阵E表示如下：

其中，α_ii表示自弹性系数；α_ij表示交叉弹性系数；i和j分别表示第i个时段和第j个时段；

响应后的电量P_dt表示如下：

其中，P_t表示优化前t时段的电量；ΔP_t表示基于价格型响应后用户侧t时段的用电变化量；表示优化后t时段的电价变化量；P_dt表示响应后用户t时段的用电量；

供热系统的温度动态特性通过统计/数据挖掘或物理模型得到，其供热系统温度自回归滑动平均ARMA模型为：

其中，T_h，t、T_g，t、T_in，t、T_out，t分别表示t时段热网回水温度、热网供水温度、建筑物的室内温度、建筑物的室外温度；α、β、γ、θ、ω分别为供热系统热惯性物理参数；J为ARMA时间序列模型中的阶次，表示热传输时延迟的程度；

在供热舒适度方面，假设其供暖负荷为室内建筑户采暖，建筑物室内温度表示为：

式中：R为建筑物的等效热阻；C_air为建筑物的室内热容；为时段t内向建筑物内注入的热功率；Δt为调度时段时长；τ＝RC_air；

在给定环境下，室内温度计算出供暖功率关系式如下：

式中，根据人体舒适度的温度范围，对于室内温度有如下约束：

T_min≤T_in，t≤T_max

式中，T_min和T_max分别为人体舒适度可接受的最低室温和最高室温，℃；

该模型表明热负荷作为柔性负荷在一定范围内具有的可调度价值，即热力需求响应。

2.根据权利要求1所述的基于需求响应的智慧楼宇节能优化控制方法，其特征是，智慧楼宇的运行优化目标是最大限度的减小电能使用成本，同时保证用户的舒适度；基于分布式发电设备特性、不可控负荷和环境因素变化的预测，能源管理系统优化各可控部件的运行，提出实时电价下的源-荷-储协调控制方案，优化结果包含各设备运行方案及负荷的需求响应方案；

(1)优化目标

假设智慧楼宇已完成对分布式发电和储能的容量配置与安装，优化目标是使智慧楼宇日常运营电力成本最小化和舒适度最高；其中支出型成本包括储能装置的使用成本C_ES、分布式发电的使用成本(燃气发电成本C_DE、分布式光伏发电成本C_PV、分布式风电发电成本C_WD)和向电网的购电成本C_BG；收益包括对建筑内部用户的售电收益C_SC和对电网的售电收益C_SG；24h智慧楼宇运行的总成本计算如下：

智慧楼宇舒适度包括视觉舒适度D₁、温度舒适度D₂和室内空气质量舒适度D₃，其中，室内照明水平作为视觉舒适度的指标，房间的温度舒适由室内温度决定，室内空气质量舒适度认为与通风系统有关；

其中：n代表灯的数量，U代表光源的利用率，M代表光源的维修系数，A代表房间的照明面积(m²)，P_E(t)代表t时刻灯的功率，D₁(t)表示时刻t的视觉舒适度，E(t)代表t时刻的室内光照强度，E_SET代表最低室内亮度标准；

其中：N(t)为t时刻室内空气二氧化碳的浓度(ppm)，N_ω(t)是室外空气二氧化碳的浓度(ppm)，V代表房间容积，L代表新鲜空气量；

其中：T_room(t)代表t时刻房间的空气温度，T_SET代表设置温度；

(2)约束条件

1)功率平衡约束

需满足负荷的需求，包括有功功率平衡和无功功率平衡：

其中，P_g，in、Q_g，in分别是楼宇同电网的有功交换、无功交换；P_DG、Q_DG分别是楼宇内分布式电源的有功输出、无功输出；P_ES、Q_ES分别是楼宇内分储能的有功输出、无功输出；P_f，i、Q_f，i分别是楼宇内燃料发电设备的有功输出、无功输出；

2)储能系统约束

储能系统约束包括SOC约束和充放电功率约束：

3)分布式发电约束

4)燃料发电约束