计及楼宇传热特性的聚合空调负荷新能源消纳方法

本发明涉及聚合空调负荷实时调控领域，具体涉及一种计及楼宇传热特性的聚合空调负荷新能源消纳方法。

背景技术：

1、随着我国电力系统持续向清洁能源低碳转型，以风电、光伏为代表的新能源高比例接入电网。然而，新能源出力具有不确定性、波动性等特点，随着大规模的新能源接入智能电网，电网难以维持实时的供需平衡，使得电网安全、稳定的运行受到了严重的威胁。传统仅依靠发电侧资源难以灵活消纳新能源，导致弃风、弃光率加剧，因此用户需求侧资源参与电网的双向互动新型用电模式成为解决电网难以维持实时供需平衡的新思路。以空调为代表的可调柔性负荷在居民用户中使用普遍，作为用户侧的重要可调资源，通过负荷聚合商采用需求响应，负荷调控等智能用电手段，将分散的负荷资源集中后参与电网消纳新能源，提升电力系统灵活性，避免弃风弃光现象发生，最大化消纳新能源。因此，面向新能源消纳场景，对空调负荷建立合理的调控策略具有重要意义。

2、目前对空调负荷参与新能源消纳调控策略的研究，目前大部分研究采用基本的一阶、二阶等效热参数模型作为单体空调负荷模型，按照其开关状态将其划分为开启组和关闭组进行聚合。而对空调负荷的调控策略，主要方法为按照空调设备开关转移状态进行状态队列建模以及单一考虑温度距离作为排序依据进行投入，因此目前研究仍存在不足之处。首先，居民空调负荷大多数分散在楼宇中，当前的空调负荷建模较少考虑楼宇墙体、窗户传热特性。其次，现有研究没有考虑调控过程中可能存在突发性行为导致空调负荷基线偏离的问题。最后，对调控策略的研究没有充分考虑空调调控频次等实际因素，调控策略考虑因素较为单一。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术中存在的不足之处，本发明提出了一种计及楼宇传热特性的聚合空调负荷新能源消纳方法，以期能充分考虑环境因素，实现空调负荷的精准调控，从而能有效保障电网的供需平衡的稳定性。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、本发明一种计及楼宇传热特性的聚合空调负荷新能源消纳方法的特点在于，是按如下步骤进行：

4、步骤一、构建考虑楼宇传热特性的空调负荷模型；

5、步骤1.1、通过墙体厚度热容和室内空间热容，利用式(1)建立反应墙体温度变换情况、室内温度变换情况的热平衡约束方程，作为楼宇单区域rc传热模型；

6、 (1)

7、式(1)中：、和分别为墙体节点温度、室内节点温度和室外节点温度；为与室内节点相连的墙体内热阻，为与外节点相连的墙体外热阻；是楼宇墙面的光吸收度，且与墙面的朝向有关；a是楼宇外部墙体中除窗户面积以外的表面积；是楼宇外部墙体所对应光照强度；为窗户的热阻；为窗户的光照透射率；为窗户的面积；为窗户对应光照强度；为空调设备制冷的功率，且，其中，为能效比；表示空调负荷的开关状态，并由式(2)得到；

8、(2)

9、式(2)中：为空调设备的温度设定值；表示空调设备的控制死区；表示t-时刻空调负荷开关状态；为时间间隔；

10、步骤1.2、利用式(3)得到墙体节点温度：

11、(3)

12、式(3)中：，，为由建筑墙体参数计算得到的3个系数，并有：

13、(4)

14、步骤1.3、利用式(5)构建关于的一阶非齐次线性微分方程，并作为考虑楼宇传热特性的单体空调负荷模型：

15、(5)

16、式(5)中：，，，为由建筑窗户参数计算得到的4个系数，并有：

17、(6)

18、步骤二、构建预测平均投票数pmv指标量化用户冷热舒适度感觉，计算pmv指标在[-1,1]的区间内对应的室内温度变化范围，设定为空调负荷的温度设定值约束范围，其中，为第i个空调负荷在t时刻的温度设定值下限；为第i个空调负荷在t时刻的温度设定值上限：

19、步骤三、面向新能源消纳场景，基于负荷聚合商云平台，构建包含状态感知、实时分析、科学决策和精准执行的聚合空调负荷协同控制策略；

20、步骤3.1、负荷聚合商云平台对t时刻各空调负荷的调度状态进行状态感知，得到t时刻空调负荷集群内第i个空调负荷在t时刻的实际运行功率以及t时刻前调控频次；

21、当且时，将第i个空调负荷的调度状态划分为可消纳状态；其中，为t时刻第i个空调负荷的温度设定值；

22、当且时，将第i个空调负荷的调度状态划分为可削减状态；

23、否则，将第i个空调负荷的调度状态划分为不可调度状态；

24、将t时刻的内所有可消纳状态的空调负荷组成t时刻的空调负荷可消纳群；

25、将t时刻的内所有可削减状态的空调负荷组成t时刻的空调负荷可削减群；

26、将t时刻的内所有不可调度状态的空调负荷组成t时刻的空调负荷不可调度群；

27、步骤3.2、负荷聚合商根据状态感知结果，对空调负荷群进行实时分析，以修正t时刻内空调负荷群消纳调控量，并确定t时刻内的调控类型；

28、步骤3.3、根据状态感知以及实时分析的结果，确定t时刻内参与调节的空调负荷组；

29、步骤3.3.1、构建包含温度距离优先级、舒适度优先级、调控频次的综合指标；

30、步骤3.3.2、采用熵权法确定权重系数，从而得到t时刻第i个空调负荷的综合指标；

31、步骤3.3.3、按照综合指标值，对t时刻空调负荷可消纳群和空调负荷可削减群中的空调负荷进行降序排序，得到可消纳优先序列以及可削减优先序列；

32、若，则表示t时刻应增加负荷，并从中选取前个空调负荷，形成t时隙内参与调控的空调负荷组，且满足式(16)的约束；其中，表示t时刻中第v个空调负荷；

33、若，则表示t时刻应削减负荷，并从中选取前个空调负荷，形成t时隙内参与调控的空调负荷组，且满足式(17)的约束；其中，表示t时刻中第u个空调负荷；

34、(16)

35、(17)

36、式(16)和式(17)中，表示的额定功率，表示的额定功率，为t时刻空调负荷群的修正调控量；| |表示绝对值；

37、步骤3.4、根据实时分析结果，执行生成设备组空调负荷t时刻的控制信号；

38、若，则计算t时刻中第v个空调负荷调整后的温度设定值，从而生成中第v个空调负荷的控制信号，其中，为t时刻中第v个空调负荷调整前的温度设定值；为t时刻中第v个空调负荷的温度距离；

39、若，则计算t时刻中第u个空调负荷调整后的温度设定值，从而生成中第u个空调负荷的控制信号，其中，为t时刻中第u个空调负荷调整前的温度设定值；为t时刻中第u个空调负荷的温度距离。

40、本发明所述的一种计及楼宇传热特性的聚合空调负荷新能源消纳方法的特点也在于，所述步骤2是按如下步骤进行：

41、步骤2.1、利用式(9)计算t时刻室内温度：

42、(9)

43、式(9)中：为t时刻用户的舒适度指标；为服装热阻，u为人体新陈代谢率；

44、步骤2.2、当或时，利用式(9)得到空调负荷的温度设定值约束范围，当时，利用式(9)得到用户最优舒适温度，并作为第i个空调负荷在t时刻设定的最佳温度值。

45、所述步骤3.2是按如下步骤进行：

46、步骤3.2.1、根据空调负荷群的实时状态，利用式(10)计算t时刻空调负荷群的修正调控量：

47、(10)

48、式(10)中：为t时刻空调负荷群消纳任务的目标调控量；为中的空调负荷总数；为第i个空调负荷的额定功率；为t时刻空调负荷群的负荷基线，并有：

49、(11)

50、步骤3.2.2、利用式(12)确定t时刻的调控类型；

51、(12)

52、式(12)中：若为1，则表示参与消纳，若为0，则削减负荷。

53、所述步骤3.3.1是按如下步骤进行：

54、步骤3.3.1.1、利用式(13)构建t时刻第i个空调负荷的温度距离指标，并对进行归一化处理，得到归一化后的温度距离指标：

55、(13)

56、步骤3.3.1.2、利用式(14)构建t时刻第i个空调负荷的舒适度优先级指标，并对进行归一化处理，得到归一化后的舒适度优先级指标：

57、(14)

58、步骤3.3.1.3、对进行归一化处理，得到t时刻第i个空调负荷归一化后的调控频次指标；

59、步骤3.3.1.4、利用式(15)构建t时刻第i个空调负荷的综合指标；

60、(15)

61、式(15)中：为归一化后的温度距离指标的权重系数，为归一化后的舒适度指标对应权重系数；为归一化后的调控频次指标对应权重系数，且、

62、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述计及楼宇传热特性的聚合空调负荷新能源消纳方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

63、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述计及楼宇传热特性的聚合空调负荷新能源消纳方法的步骤。

64、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

65、1本发明针对当前居民空调负荷建模未考虑环境因素影响的问题，基于楼宇rc模型，考虑楼宇墙面、窗户吸收光照强度墙体温度的影响，对墙体节点温度进行有限差分并线性化，建立考虑楼宇传热特性的空调负荷模型，充分考虑了环境因素、建筑结构参数的影响，实现了居民空调负荷精准建模。

66、2本发明针对调控过程中可能存在突发性行为导致负荷基线偏离的问题，基于负荷聚合商云计算平台，提出构建包含状态感知、实时分析、科学决策和精准执行的聚合空调负荷协同控制策略，通过对单个空调负荷调度状态的认知，实时修正调控时段的调控任务量，可避免调控过程中可能出现的突发性用户行为，合理确定调控任务量，以实现新能源的精准消纳。

67、3本发明针对调控策略没有充分考虑空调调控频次等实际因素的问题，在科学决策环节中，构建包含温度距离、舒适度优先级、调控频次的综合指标，确定参与调节的负荷个体，充分考虑了用户的舒适性及公平性，避免了单个空调负荷启停频繁的问题，实现了空调负荷有效调控。