[发明专利]基于建筑特性和虚拟电厂的建筑综合能源系统调度方法

权利要求书

1.一种基于建筑特性和虚拟电厂的建筑综合能源系统调度方法，其特征是：建立建筑虚拟储能模型系统和电动汽车虚拟电厂充放电模型，采用以楼宇运行经济效益最优为目标的日前调度和以楼宇联络线功率偏差最小为目标的日内调度相结合的调度方法，在建筑楼宇日运行阶段引入日内调度方法，并将建筑虚拟储能系统设定为长时间尺度的调度设备，电动汽车虚拟电厂设定为短时间尺度的调度设备，通过长时间尺度调度建筑虚拟储能、短时间尺度调度电动汽车虚拟电厂相结合的方式，平抑联络线功率偏差，降低建筑综合能源系统对配网的影响，实现日内调度策略，具体步骤如下：

1)建立建筑综合能源系统整体架构：建筑综合能源系统整体架构包括建筑级“电/热”供能系统和园区级供电系统；

2)构建建筑虚拟储能模型系统：包括建筑电负荷模型、建筑虚拟储能系统模型、电动汽车虚拟电厂模型和蓄电池装置模型；其中：

(1)建立建筑电负荷模型：应用建筑内部通常用单一等温的空调区域进行模拟，单一等温区域采用阻容网络模型进行建模；建筑的热阻-热容网络模型包括储能部分(热容)、能耗部分(热阻)和环境热量传导部分，综合考虑建筑内产生热量与热量流失的关系，基于建筑热阻-热容网络模型的室内热平衡方程为

Q₄＝Q₃+Q₆+Q₇-(Q₁+Q₂+Q₅)

＝[Q₃ Q₆ Q₇ Q₁ Q₂ Q₅][1 1 1 -1 -1 -1]^T

其中，Q₁是墙体结构内表面与空气对流换热；Q₂是门窗渗透耗热量；Q₃是窗外太阳辐射被各内表面吸收的热量；Q₄是室内空气单位时间内的显热量增值；Q₅是冷风侵入或者通风耗热量；Q₆是室内空气与照明、人体等室内热源热交换功率；Q₇是室内空气与采暖设备热交换功率,方程为

Q₄＝C_roomdT_in/dt＝0.278ρ_wV_roomc_wdT_in/dt

其中，ρ_w是空气密度；V_room是房间空气容量；c_w是空气比热容；P_dh是单位面积的散热功率；T_in是房间的室内温度；C_room是房间的热容；R_room是房间的热阻；C_wall是墙体的热容；R_wall是墙体内表面的热阻；R_window是窗户热阻；S_room是房间面积；m_HVAC是暖通空调系统空气流量；T_HVAC是HVAC系统送风温度；T_O是室外环境温度；τ_win是窗体渗透率；A_win是窗体面积；I_rad是窗体光照强度；N_wall是房间不同围护结构内表面总数；T_wall,j是房间室内第j面墙体的内表面温度；R_wall,j是房间室内第j面墙体的热阻；L是室外空气渗透量；V_va是室内通风量；

暖通空调系统功率包括两个方面：一是新风空气循环系统功率P_HVAC,f(t)，方程为；

Δp_HVAC＝p_static+ρ_wv²/2

其中，Δp_HVAC是总压降；p_static是静压降；v是送风速度；η_HVAC,f和η_HVAC,m分别是风扇和电机的运行效率；

二是暖通空调制冷/制热系统功率P_HVAC,h(t)，方程为

P_HVAC,h(t)＝Q₇/(1+COP_HVAC)

其中，COP_HVAC是暖通空调系统的热电能效比；

暖通空调系统在调度时段t的功率P_HVAC(t)模型，方程为

P_HVAC(t)＝P_HVAC,f(t)+P_HVAC,h(t)

调度时段t的建筑电负荷P_BPL(t)模型，方程为

P_BPL(t)＝P_HVAC(t)+P_other(t)

其中，P_other(t)是调度时段t的建筑其它电负荷；

(2)建立建筑虚拟储能系统模型，采集建筑虚拟储能能量变动状况，

在t₀时刻，室内设定温度初值是T_set0，当室内温度T_in＝T_set0时采暖设备制热功率P_HVAC,h0等于建筑的热量流失功率，系统处于热平衡状态；在t₁时刻，室内设定温度降为T_set1；采暖设备制热功率降低到P_HVAC,h1，室内温度T_in下降，在t₂时刻达到稳定，储存于建筑虚拟储能中的热能Q_VESS在(t₁,t₂)时段内开始释放，即VESS释放能量的过程；在t₃时刻，室内设定温度恢复到T_set0，采暖设备制热功率增加到P_HVAC,h2，室内温度T_in上升，在t₄时刻达到稳定；由于采暖设备制热量增加，大量电能转化成热能贮存在建筑虚拟储能中，在(t₃,t₄)时段内Q_VESS开始增加，即VESS存储能量的过程；

建筑物热量流失功率在建筑释放能量和存储能量的过程中维持不变，对于房间空气容量为V_room的建筑，建筑虚拟储能能够提供的最大能量方程为

其中，Q_VESS是建筑虚拟储能量；和分别是楼宇室内温度舒适度区间的最大值和最小值；

(3)建立电动汽车虚拟电厂模型：在t时刻，第i辆EV的荷电状态(SOC)根据方程计算得出

其中，SOC_EV,i(t)是第i辆EV在t时刻的荷电状态；和分别是第i辆EV在t-1时刻的充电和放电状态；和分别是第i辆EV在t-1时刻的充电和放电功率；和分别是第i辆EV的充电和放电效率；是EV电池的最大容量；Δt是时间间隔；

(4)建立蓄电池装置模型：蓄电池装置在运行过程中除了需要考虑其充放电功率约束外，还需要考虑荷电状态约束、充放电状态约束、一个调度周期始末的能量平衡约束，方程为

其中，和分别是t时刻蓄电池装置的充电和放电状态；和分别是t时刻蓄电池装置的充电和放电功率；和分别是蓄电池装置的充放电功率最小和最大值；SOC_BESS(t)是t时刻蓄电池装置的荷电状态；和分别是蓄电池装置的最小和最大荷电状态；SOC_BESS(t₀)和SOC_BESS(t_end)分别是蓄电池装置周期内起始时刻t₀和终止时刻t_end的荷电状态；

3)构建基于建筑特性和虚拟电厂的建筑综合能源系统的调度模型，经过两阶段的日前和日内调度实现建筑综合能源系统的优化运行；选择日运行成本最低的方案作为最优日前调度计划；日内调度阶段，采用长时间尺度和短时间尺度交替的方式；

(1)建筑楼宇日前调度以小时为时间间隔，在满足室内温度舒适度在内的各种约束条件下，以优化日运行成本为目标的日前调度函数，方程为

其中，n₁是日前调度一个完整周期内的时段总数，n₁＝24；P_ex(t)是调度时刻t的楼宇系统与外部电网的电功率交换，购电取正值，售电取负值；C_ph(t)和C_se(t)分别是调度时刻t的购电和售电价格；γ是室内温度敏感系数，γ越小，因偏离室内温度舒适度而遭到的惩罚越小，γ越大则遭到的惩罚越大；P_PV(t)、P_WT(t)、P_BESS(t)、P_HVAC(t)和P_HP(t)分别是调度时刻t的光伏输出功率、风机输出功率、蓄电池充放电功率、暖通空调系统电功率以及地源热泵电功率；C_PV、C_WT、C_BESS、C_HVAC和C_HP分别代表调度时刻t的光伏、风机、蓄电池、暖通空调系统和地源热泵的单位功率运维成本；

(2)日内调度采用长时间尺度和短时间尺度交替的方式，通过调节VESS和VPP系统功率，以平抑联络线功率实际值与日前目标值之间的偏差为目标，改善预测误差造成的影响。