本發(fā)明涉及微型能源網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，具體講，涉及含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

隨著近年來(lái)可再生能源利用技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的分布式供能系統(tǒng)在樓宇側(cè)集成，形成了以樓宇為主體的微網(wǎng)系統(tǒng)，為樓宇供能提供了多種低碳解決方案。根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)部各單元的配置來(lái)制定樓宇的優(yōu)化調(diào)度方案，對(duì)微網(wǎng)內(nèi)綜合能源進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化和管理，可實(shí)現(xiàn)多種能源互補(bǔ)、可再生能源的充分消納利用、降低微網(wǎng)運(yùn)行成本以及提高能源利用效率。

然而，在已有樓宇微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度及能量管理研究工作中，沒(méi)有充分考慮樓宇制冷需求與用戶溫度舒適度及室外溫度之間的定量數(shù)學(xué)關(guān)系，忽略了需求側(cè)樓宇的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度中的潛力。事實(shí)上，由于樓宇建筑墻體等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱效果，室內(nèi)與室外的熱交換過(guò)程較慢，室內(nèi)的溫度相對(duì)于電氣特征量不會(huì)迅速發(fā)生變化，存在一定惰性。因此，樓宇的制冷需求可以根據(jù)微網(wǎng)的調(diào)度需求在一定用戶舒適度范圍內(nèi)與調(diào)控環(huán)境下進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

進(jìn)一步，通過(guò)發(fā)掘需求側(cè)樓宇的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)在樓宇微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度及能量管理中的潛力，將樓宇的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)集成到了樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型中，在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)虛擬儲(chǔ)能的充放電管理，從而在日前調(diào)度階段降低微網(wǎng)運(yùn)行成本；在日間修正階段跟蹤日前調(diào)度生成的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，有效平抑由日前預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明以樓宇微網(wǎng)中夏季制冷負(fù)荷為例，利用樓宇的蓄熱特性，構(gòu)建了基于樓宇的虛擬儲(chǔ)能模型。然后，提出一種含虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法，通過(guò)在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)虛擬儲(chǔ)能的充放電管理，從日前/日間多時(shí)間尺度上對(duì)樓宇微網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法，包括以下步驟：

步驟一、建立樓宇虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)模型：

基于樓宇的蓄熱特性，依據(jù)能量守恒得到樓宇的熱平衡方程，如下所示：

式(1)中：δq為室內(nèi)熱量的變化量，單位為j/s；ρ為空氣密度，單位為kg/m³；c為空氣比熱容，單位為j/(kg·℃)；v為室內(nèi)空氣體積，單位為m³；

影響建筑物內(nèi)部熱量的因素至少有：室內(nèi)外溫差造成的冷/熱耗散，太陽(yáng)熱輻射，建筑內(nèi)人體及設(shè)備發(fā)熱以及制冷/熱設(shè)備的制冷/熱功率輸出，上述式(1)改寫為如下：

式(2)中，等號(hào)左邊：

第一項(xiàng)(kwall×fwall×(tout-tin))表示建筑外墻與室外傳遞的熱量，單位為kw；其中，kwall為建筑外墻的傳熱系數(shù)，單位為w/(m²·k)，表示穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，室內(nèi)外溫度差每一單位每秒中傳過(guò)墻體的熱量；fwall為建筑外墻面積，單位為m²；(tout-tin)為室內(nèi)外溫度差，單位為k；

第二項(xiàng)(kwin×fwin×(tout-tin))表示建筑外窗與室外傳遞的熱量，單位為kw：其中kwin為建筑外窗的傳熱系數(shù)，單位為w/(m²·k)；fwin為建筑外窗的面積，單位為m²；

第三項(xiàng)i×fwin×sc表示太陽(yáng)熱輻射傳遞的熱量，單位為kw，其中i為太陽(yáng)輻射功率，單位為kw/m²，表示與光照垂直照射時(shí)每平方米每秒接受的熱量；sc為遮陽(yáng)系數(shù),其取值與是否有遮陽(yáng)板、玻璃材質(zhì)等有關(guān)；qin為室內(nèi)熱源的發(fā)熱功率，包括：人體及用電設(shè)備的發(fā)熱，單位為kw；qcl為制冷設(shè)備的制冷功率，單位為kw；

基于樓宇的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率如下：

qvss,t＝q′cl,building,t-qcl,building,t(3)

式(3)中：qvss,t為虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率，單位為kw，放電為正，充電為負(fù)；q′cl,building,t為不調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的樓宇制冷電功率需求，單位為kw；qcl,building,t為考慮在溫度舒適度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的樓宇制冷電功率需求，單位為kw；

步驟二、構(gòu)建樓宇微網(wǎng)分層能量管理框架

樓宇微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度包括日前調(diào)度階段和日間實(shí)時(shí)修正階段，所述日前調(diào)度階段是在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儲(chǔ)能的充放電管理，從而在日前調(diào)度階段降低微網(wǎng)運(yùn)行成本；所述日間修正階段是在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，跟蹤日前調(diào)度生成的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，從而平抑由日前預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)；

2-1)日前調(diào)度階段中，

2-1-1)目標(biāo)函數(shù)：

含虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的樓宇微網(wǎng)日前調(diào)度目標(biāo)函數(shù)設(shè)為運(yùn)行成本最小，其目標(biāo)函數(shù)如下：

式(4)中：

第一項(xiàng)為該微網(wǎng)從配電網(wǎng)購(gòu)電的成本，pex,t為微網(wǎng)與配電網(wǎng)交換的電功率，單位為kw，購(gòu)電為正，售電為負(fù)；cph,t和cse,t分別為微網(wǎng)從配電網(wǎng)購(gòu)電的價(jià)格和微網(wǎng)向配電網(wǎng)售電的價(jià)格；

第二項(xiàng)為微網(wǎng)中各設(shè)備的使用維護(hù)成本；ppv,t和pec,t分別為t時(shí)刻光伏出力和制冷機(jī)電功率；cpv_om和cec_om分別代表光伏和電制冷機(jī)單位時(shí)間段單位功率的使用維護(hù)成本；

n表示一個(gè)完整的調(diào)度周期內(nèi)的調(diào)度時(shí)段總數(shù)；

2-1-2)約束條件：

電制冷機(jī)是消耗電能提供冷能的設(shè)備，根據(jù)工作方式的不同電制冷機(jī)分為螺桿式電制冷機(jī)、離心式電制冷機(jī)、壓縮式電制冷機(jī)以及活塞式電制冷機(jī)；電制冷機(jī)的制冷功率約束如式(5)所示：

qec,t＝pec,t×copec(5)

式(5)中：qec,t為電制冷機(jī)的制冷功率輸出；pec,t為電制冷機(jī)消耗的電功率；copec為電制冷機(jī)的能效比；

電功率平衡約束：

pex,t+ppv,t＝pel,t+pec,t(6)

式(6)中pel,t為t時(shí)刻的電負(fù)荷；

冷負(fù)荷平衡約束：

qec,t＝qcl,building,t(7)

樓宇熱平衡約束：

式(8)中δt為樓宇熱平衡方程差分化的時(shí)間間隔；

各類設(shè)備自身的約束：

式(9)中和pex分別為微網(wǎng)與配電網(wǎng)交換功率的上限和下限，和pec分別為制冷機(jī)功率的上限和下限；

樓宇室內(nèi)溫度上下限約束：

式(10)中和tin分別為樓宇室內(nèi)溫度的上限與下限。

2-2)日間修正階段中，

2-2-1)目標(biāo)函數(shù)：

優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定追蹤日前調(diào)度給定的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，目標(biāo)函數(shù)見式(11)：

式(11)中，為日前調(diào)度生成的第t個(gè)時(shí)刻樓宇微網(wǎng)與上級(jí)配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換功率調(diào)度指令(對(duì)應(yīng)式(4)中的pex,t)，由式(4)～(11)構(gòu)成的日前調(diào)度優(yōu)化模型確定；p′ex,t為日間調(diào)度第t個(gè)時(shí)刻樓宇微網(wǎng)與上級(jí)配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換的實(shí)時(shí)功率，由日間修正階段的調(diào)度方案生成；

2-2-2)約束條件

電制冷機(jī)是消耗電能提供冷能的設(shè)備，根據(jù)工作方式的不同電制冷機(jī)分為螺桿式電制冷機(jī)、離心式電制冷機(jī)、壓縮式電制冷機(jī)以及活塞式電制冷機(jī)；電制冷機(jī)的制冷功率約束如式(12)所示：

qec,t＝pec,t×copec(12)

電功率平衡約束：

pex,t+ppv,t＝pel,t+pec,t(13)

冷負(fù)荷平衡約束：

qec,t＝qcl,building,t(14)

樓宇熱平衡約束：

各類設(shè)備自身的約束：

樓宇室內(nèi)溫度上下限約束：

步驟三、多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度算法

所述多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度算法包含上層調(diào)度和下層管理的雙層日間修正算法，在上層調(diào)度中，首先基于日前調(diào)度計(jì)劃中給定的聯(lián)絡(luò)線功率及日間實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)求解日間最優(yōu)調(diào)度模型得到虛擬儲(chǔ)能參與日間修正的樓宇制冷需求；隨后基于底層管理系統(tǒng)上傳的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)在日間調(diào)度階段不參與日內(nèi)修正的制冷需求，根據(jù)式(3)得到虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率運(yùn)行的設(shè)定點(diǎn)，從而調(diào)度虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)追蹤日前調(diào)度計(jì)劃中的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率設(shè)定點(diǎn)，以平抑由日前預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)；具體流程如下：

1)系統(tǒng)初始化：根據(jù)實(shí)際樓宇微網(wǎng)系統(tǒng)及用戶需求設(shè)定日前調(diào)度階段以及日間修正階段樓宇微網(wǎng)的優(yōu)化目標(biāo)及調(diào)度周期，設(shè)日前調(diào)度中優(yōu)化目標(biāo)為樓宇微網(wǎng)運(yùn)行成本最小，如式(4)所示，在日間修正中，將追蹤日前調(diào)度中的聯(lián)絡(luò)線功率指令設(shè)為優(yōu)化目標(biāo)，如式(11)所示；

2)日前調(diào)度：根據(jù)樓宇微網(wǎng)負(fù)荷、可再生能源出力、室外環(huán)境及室內(nèi)熱源得熱量日前預(yù)測(cè)結(jié)果，通過(guò)求解日前優(yōu)化調(diào)度模型生成日前調(diào)度計(jì)劃；

3)更新系統(tǒng)狀態(tài)：根據(jù)日間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)狀態(tài)，所述日間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)包括樓宇微網(wǎng)負(fù)荷、可再生能源出力、室外環(huán)境及室內(nèi)熱源得熱量；

4)日間修正：通過(guò)在樓宇室內(nèi)溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儲(chǔ)能的充放電管理，從而跟蹤日前調(diào)度給定的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)平抑微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)的目標(biāo)；

步驟四、優(yōu)化調(diào)度求解，得到調(diào)度方案，指導(dǎo)樓宇微網(wǎng)運(yùn)行

在matlab軟件環(huán)境下基于步驟三所提多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方案，同時(shí)調(diào)用cplex對(duì)上述步驟二構(gòu)成的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，得到含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)日前以及日間的運(yùn)行結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)運(yùn)行的目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法，首先以樓宇微網(wǎng)中夏季制冷負(fù)荷為例，利用樓宇的蓄熱特性，構(gòu)建了基于樓宇的虛擬儲(chǔ)能模型。然后，提出一種含虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法，通過(guò)在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)虛擬儲(chǔ)能的充放電管理，從日前/日間多時(shí)間尺度上對(duì)樓宇微網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。本發(fā)明含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法的特點(diǎn)如下：

1)基于樓宇的熱平衡方程，從能量守恒的角度構(gòu)建了室內(nèi)溫度與制冷功率和外界環(huán)境情況之間的定量數(shù)學(xué)關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建了基于樓宇的虛擬儲(chǔ)能模型；

2)將樓宇的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)集成到了微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型中，同時(shí)將溫度舒適度加入到優(yōu)化約束中，實(shí)現(xiàn)虛擬儲(chǔ)能的充放電優(yōu)化管理，從而可在一定程度上降低微網(wǎng)的運(yùn)行成本；

3)將樓宇的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)集成到了樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型中，通過(guò)在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儲(chǔ)能的充放電管理，從而在日前調(diào)度階段降低微網(wǎng)運(yùn)行成本；在日間修正階段跟蹤日前調(diào)度生成的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，有效平抑由日前預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)。

綜上，本發(fā)明含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法可以在保證溫度舒適度的前提下充分發(fā)掘樓宇參與微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行的虛擬儲(chǔ)能潛力，在日前調(diào)度階段降低樓宇微網(wǎng)的運(yùn)行成本；在日間修正階段平抑由日前預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)。

附圖說(shuō)明

圖1是一種典型制冷樓宇微網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明中樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法流程框圖；

圖3是本發(fā)明中實(shí)施例光照強(qiáng)度及室外溫度；

圖4是本發(fā)明中實(shí)施例微網(wǎng)日負(fù)荷及分布式電源出力曲線；

圖5是本發(fā)明中實(shí)施例日前實(shí)時(shí)電價(jià)；

圖6是日前電能優(yōu)化調(diào)度結(jié)果；

圖7是日前制冷優(yōu)化調(diào)度結(jié)果；

圖8是日間電能優(yōu)化調(diào)度結(jié)果；

圖9是日間制冷優(yōu)化調(diào)度結(jié)果；

圖10是樓宇微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說(shuō)明，并不用以限制本發(fā)明。

本發(fā)明針對(duì)圖1示出了典型的樓宇微網(wǎng)系統(tǒng)，利用樓宇的蓄熱特性，構(gòu)建了融合需求側(cè)虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的樓宇微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法，包括以下步驟：

步驟一、建立樓宇虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)模型

基于樓宇的蓄熱特性，依據(jù)能量守恒得到樓宇的熱平衡方程，如式(1)：

式(1)中：δq為室內(nèi)熱量的變化量，單位為j/s；ρ為空氣密度，單位為kg/m³；c為空氣比熱容，單位為j/(kg·℃)；室內(nèi)溫度的變化率乘以室內(nèi)空氣的質(zhì)量再乘以其比熱容，等于室內(nèi)熱量的變化量；v為室內(nèi)空氣體積，單位為m³；

影響建筑物內(nèi)部熱量的主要因素有：室內(nèi)外溫差造成的冷/熱耗散，太陽(yáng)熱輻射，建筑內(nèi)人體及設(shè)備發(fā)熱以及制冷/熱設(shè)備的制冷/熱功率輸出。以夏季制冷為例，式(1)可以表達(dá)為式(2)：

式(2)中，等號(hào)左邊：

第一項(xiàng)(kwall×fwall×(tout-tin))表示建筑外墻與室外傳遞的熱量，單位為kw；其中，kwall為建筑外墻的傳熱系數(shù)，單位為w/(m²·k)，表示穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，室內(nèi)外溫度差每一單位每秒中傳過(guò)墻體的熱量；fwall為建筑外墻面積，單位為m²；(tout-tin)為室內(nèi)外溫度差，單位為k；

第二項(xiàng)(kwin×fwin×(tout-tin))表示建筑外窗與室外傳遞的熱量，單位為kw：其中kwin為建筑外窗的傳熱系數(shù)，單位為w/(m²·k)；fwin為建筑外窗的面積，單位為m²；

第三項(xiàng)i×fwin×sc表示太陽(yáng)熱輻射傳遞的熱量，單位為kw，其中i為太陽(yáng)輻射功率，單位為kw/m²，表示與光照垂直照射時(shí)每平方米每秒接受的熱量；sc為遮陽(yáng)系數(shù),其取值與是否有遮陽(yáng)板、玻璃材質(zhì)等有關(guān)；qin為室內(nèi)熱源的發(fā)熱功率，單位為kw：包括人體及用電設(shè)備的發(fā)熱；qcl為制冷設(shè)備的制冷功率，單位為kw；

依據(jù)式(2)可以得到樓宇室內(nèi)溫度與制冷設(shè)備制冷功率的數(shù)學(xué)關(guān)系。因此，考慮到樓宇的蓄熱特性，樓宇的制冷需求(與制冷設(shè)備的制冷功率相等)或者室內(nèi)溫度可以根據(jù)溫度舒適度的要求在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對(duì)外表現(xiàn)出類似于儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能充放電特性?；跇怯畹奶摂M儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率如式(3)所示：

qvss,t＝q′cl,building,t-qcl,building,t(3)

式(3)中：qvss,t為虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率，單位為kw，放電為正，充電為負(fù)；q′cl,building,t為不調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的樓宇制冷電功率需求，單位為kw；qcl,building,t為考慮在溫度舒適度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的樓宇制冷電功率需求，單位為kw；

步驟二、構(gòu)建樓宇微網(wǎng)分層能量管理框架

本發(fā)明中所提樓宇微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度分為日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度及日間實(shí)時(shí)修正兩個(gè)時(shí)間尺度。日前調(diào)度階段是在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儲(chǔ)能的充放電管理，從而在日前調(diào)度階段降低微網(wǎng)運(yùn)行成本；日間修正階段是在溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，跟蹤日前調(diào)度生成的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，從而平抑由日前預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)。通過(guò)構(gòu)建分層能量管理框架，從而可以有效管理虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率，使其參與到樓宇微網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度中。

2-1)日前調(diào)度：

2-1-1)目標(biāo)函數(shù)

含虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的樓宇微網(wǎng)日前調(diào)度目標(biāo)函數(shù)設(shè)為運(yùn)行成本最小，其目標(biāo)函數(shù)如下：

式(4)中：

第一項(xiàng)為該微網(wǎng)從配電網(wǎng)購(gòu)電的成本，pex,t為微網(wǎng)與配電網(wǎng)交換的電功率，單位為kw，購(gòu)電為正，售電為負(fù)；cph,t和cse,t分別為微網(wǎng)從配電網(wǎng)購(gòu)電的價(jià)格和微網(wǎng)向配電網(wǎng)售電的價(jià)格。

第二項(xiàng)為微網(wǎng)中各設(shè)備的使用維護(hù)成本。ppv,t和pec,t分別為t時(shí)刻光伏出力和制冷機(jī)電功率。cpv_om和cec_om分別代表光伏和電制冷機(jī)單位時(shí)間段單位功率的使用維護(hù)成本。

n表示一個(gè)完整的調(diào)度周期內(nèi)的調(diào)度時(shí)段總數(shù)；

2-1-2)約束條件

電制冷機(jī)是消耗電能提供冷能的設(shè)備，根據(jù)工作方式的不同可分為螺桿式電制冷機(jī)、離心式電制冷機(jī)、壓縮式電制冷機(jī)以及活塞式電制冷機(jī)等等。以壓縮式電制冷機(jī)(以下簡(jiǎn)稱電制冷機(jī))為例，其制冷功率約束如式(5)所示：

qec,t＝pec,t×copec(5)

式(5)中：qec,t為電制冷機(jī)的制冷功率輸出；pec,t為電制冷機(jī)消耗的電功率；copec為電制冷機(jī)的能效比。

電功率平衡約束：

pex,t+ppv,t＝pel,t+pec,t(6)

式(6)中pel,t為t時(shí)刻的電負(fù)荷。

冷負(fù)荷平衡約束：

qec,t＝qcl,building,t(7)

樓宇熱平衡約束：

式(8)中δt為樓宇熱平衡方程差分化的時(shí)間間隔；

各類設(shè)備自身的約束：

式(9)中和pex分別為微網(wǎng)與配電網(wǎng)交換功率的上限和下限，和pec分別為制冷機(jī)功率的上限和下限；

樓宇室內(nèi)溫度上下限約束：

式(10)中和tin分別為樓宇室內(nèi)溫度的上限與下限。

2-2)日間修正：

2-2-1)目標(biāo)函數(shù)

樓宇微網(wǎng)在日間修正階段，通過(guò)對(duì)虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率進(jìn)行管理，跟蹤日前調(diào)度給定的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，降低日前預(yù)測(cè)結(jié)果(負(fù)荷及分布式電源)的偏差，從而平抑微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率的波動(dòng)。優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定追蹤日前調(diào)度給定的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，目標(biāo)函數(shù)見式(11)：

式(11)中，為日前調(diào)度生成的第t個(gè)時(shí)刻樓宇微網(wǎng)與上級(jí)配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換功率調(diào)度指令(對(duì)應(yīng)式(4)中的pex,t)，由式(4)～(11)構(gòu)成的日前調(diào)度優(yōu)化模型確定；p′ex,t為日間調(diào)度第t個(gè)時(shí)刻樓宇微網(wǎng)與上級(jí)配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換的實(shí)時(shí)功率，由日間修正階段的調(diào)度方案生成。

2-2-2)約束條件

電制冷機(jī)是消耗電能提供冷能的設(shè)備，根據(jù)工作方式的不同電制冷機(jī)分為螺桿式電制冷機(jī)、離心式電制冷機(jī)、壓縮式電制冷機(jī)以及活塞式電制冷機(jī)；電制冷機(jī)的制冷功率約束如式(12)所示：

qec,t＝pec,t×copec(12)

電功率平衡約束：

pex,t+ppv,t＝pel,t+pec,t(13)

冷負(fù)荷平衡約束：

qec,t＝qcl,building,t(14)

樓宇熱平衡約束：

各類設(shè)備自身的約束：

樓宇室內(nèi)溫度上下限約束：

步驟三、多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度算法

本發(fā)明所提樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化算法如圖2所示。優(yōu)化調(diào)度算法包括日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度和日間實(shí)時(shí)修正兩個(gè)階段。為了有效調(diào)度虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)參與日間修正，提出包含上層調(diào)度和下層管理的雙層日間修正算法。在上層調(diào)度中，首先基于日前調(diào)度計(jì)劃中給定的聯(lián)絡(luò)線功率及日間實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)求解日間最優(yōu)調(diào)度模型得到虛擬儲(chǔ)能參與日間修正的樓宇制冷需求；隨后基于底層管理系統(tǒng)上傳的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)在日間調(diào)度階段不參與日內(nèi)修正的制冷需求，根據(jù)式(3)得到虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率運(yùn)行的設(shè)定點(diǎn)，從而調(diào)度虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)追蹤日前調(diào)度計(jì)劃中的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率設(shè)定點(diǎn)，以平抑由日前預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)。

具體流程如下：

1)系統(tǒng)初始化：根據(jù)實(shí)際樓宇微網(wǎng)系統(tǒng)及用戶需求設(shè)定日前調(diào)度階段以及日間修正階段樓宇微網(wǎng)的優(yōu)化目標(biāo)及調(diào)度周期，設(shè)日前調(diào)度中優(yōu)化目標(biāo)為樓宇微網(wǎng)運(yùn)行成本最小(見式(4))，在日間修正中，將追蹤日前調(diào)度中的聯(lián)絡(luò)線功率指令設(shè)為優(yōu)化目標(biāo)(見式(11))。

2)日前調(diào)度：根據(jù)樓宇微網(wǎng)負(fù)荷、可再生能源出力、室外環(huán)境及室內(nèi)熱源得熱量日前預(yù)測(cè)結(jié)果，通過(guò)求解日前優(yōu)化調(diào)度模型生成日前調(diào)度計(jì)劃；

3)更新系統(tǒng)狀態(tài)：根據(jù)日間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(樓宇微網(wǎng)負(fù)荷、可再生能源出力、室外環(huán)境及室內(nèi)熱源得熱量)，更新系統(tǒng)狀態(tài)；

4)日間修正：通過(guò)在樓宇室內(nèi)溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儲(chǔ)能的充放電管理，從而跟蹤日前調(diào)度給定的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)平抑微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)的目標(biāo)。

步驟四、優(yōu)化調(diào)度求解，得到調(diào)度方案，指導(dǎo)樓宇微網(wǎng)運(yùn)行

在matlab軟件環(huán)境下基于步驟三所提多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方案，同時(shí)調(diào)用cplex對(duì)上述步驟二構(gòu)成的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，得到含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)日前以及日間的運(yùn)行結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)運(yùn)行的目的。

實(shí)施例：針對(duì)本發(fā)明含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法形成的調(diào)度結(jié)果進(jìn)行分析。

1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

對(duì)圖1中樓宇微網(wǎng)進(jìn)行日前日間的多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度分析。日前調(diào)度預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為小時(shí)級(jí)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，日間調(diào)度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為15min級(jí)數(shù)據(jù)。樓宇微網(wǎng)中建筑設(shè)定為獨(dú)棟辦公建筑，長(zhǎng)30m，寬20m，層高3m，共三層。建筑外墻采用190mm單排孔砌磚，內(nèi)外25mm絕熱砂漿；窗戶為pvc材質(zhì)塑料窗，玻璃為普通中空玻璃。建筑相關(guān)參數(shù)見表1。算例選取我國(guó)北方夏季某一典型日，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度曲線和室外溫度日前預(yù)測(cè)及日內(nèi)測(cè)試數(shù)據(jù)見圖3。

表1建筑參數(shù)信息表

考慮到太陽(yáng)直射方向與建筑外窗的角度關(guān)系、部分外窗背陽(yáng)以及玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)等因素，近似取itfwinsc為0.45itfwin?？諝饷芏圈押涂諝獗葻崛輈分別取1.2kg/m³和1000j/(kg·℃)。設(shè)用戶辦公時(shí)間為8:00到20:00，樓宇內(nèi)熱源發(fā)熱主要由設(shè)備和人體發(fā)熱兩部分組成。為充分體現(xiàn)樓宇虛擬儲(chǔ)能在樓宇微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度中的作用，本發(fā)明突出高比例光伏接入樓宇微網(wǎng)系統(tǒng)所帶來(lái)的影響，設(shè)置光伏發(fā)電容量規(guī)模高于同等制冷系統(tǒng)容量規(guī)模下的普通樓宇的光伏發(fā)電容量規(guī)模。某一典型日光伏預(yù)測(cè)/實(shí)測(cè)曲線、日常規(guī)用電(不含制冷用電)預(yù)測(cè)/實(shí)測(cè)曲線以及建筑物內(nèi)熱源預(yù)測(cè)/實(shí)測(cè)曲線如圖4所示。

日前優(yōu)化調(diào)度中采用的日前實(shí)時(shí)電價(jià)如圖5所示。圖中電價(jià)為從電網(wǎng)購(gòu)電的價(jià)格，售電時(shí)以該價(jià)格乘以某一系數(shù)為售電價(jià)格，本文取該系數(shù)為0.8。微網(wǎng)與配電網(wǎng)電網(wǎng)交換功率的上下限分別為±400kw。微網(wǎng)中設(shè)備相關(guān)參數(shù)見表2。本發(fā)明在matlab環(huán)境下調(diào)用cplex對(duì)所提樓宇微網(wǎng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解。

表2樓宇微網(wǎng)設(shè)備參數(shù)

2、日前調(diào)度

樓宇微網(wǎng)日前調(diào)度計(jì)劃中，設(shè)用戶在工作時(shí)間可以接受溫度在設(shè)定溫度的±2.5℃的范圍內(nèi)波動(dòng)，用戶的設(shè)定溫度為22.5℃，非工作時(shí)間對(duì)室內(nèi)溫度無(wú)要求。含虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)日前優(yōu)化調(diào)度結(jié)果見圖6和圖7。

從圖6結(jié)果可以看出，電制冷機(jī)只在工作時(shí)間出力。在隨后的辦公時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)溫度在22.5℃設(shè)定點(diǎn)上下波動(dòng)，電制冷機(jī)消耗的電功率也跟隨室內(nèi)溫度的變化而變化。從圖7結(jié)果可以看出，虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)在工作時(shí)間參與樓宇微網(wǎng)的日前優(yōu)化調(diào)度，通過(guò)在用戶溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)進(jìn)行虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電管理，從而在一定程度上降低樓宇微網(wǎng)的運(yùn)行成本。通過(guò)仿真計(jì)算，不引入虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)日前優(yōu)化調(diào)度的運(yùn)行成本為602.4元，而引入虛擬儲(chǔ)能的樓宇微網(wǎng)日前優(yōu)化調(diào)度的運(yùn)行成本為578.7元，相比不引入虛擬儲(chǔ)能的優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行成本下降3.93％。

日前調(diào)度算例結(jié)果表明，通過(guò)在用戶溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以在日前調(diào)度階段對(duì)虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率進(jìn)行管理，從而在一定程度上降低樓宇微網(wǎng)的運(yùn)行成本。

3、日間修正

由圖3和圖4可知，樓宇微網(wǎng)負(fù)荷、光伏出力、光照強(qiáng)度、室外溫度及室內(nèi)熱源得熱量的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際量測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差，在日間的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要在日間修正中對(duì)功率指令進(jìn)行調(diào)整，從而跟蹤日前調(diào)度給定的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)平抑微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)的目標(biāo)。虛擬儲(chǔ)能參與樓宇微網(wǎng)日間修正的調(diào)度結(jié)果見圖8和圖9。從圖8結(jié)果可以看出，電制冷機(jī)功率及室內(nèi)溫度出現(xiàn)明顯變化，也即通過(guò)室內(nèi)溫度調(diào)整可調(diào)整虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率，從而在日內(nèi)修正階段中實(shí)現(xiàn)平抑微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)的目標(biāo)。

從圖9可以看到，日間修正階段在底層管理中，基于日前調(diào)度計(jì)劃中生成的樓宇室內(nèi)溫度調(diào)度指令及日間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)式(2)所構(gòu)建的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)在日間實(shí)際運(yùn)行中不參與日內(nèi)修正的制冷需求(見圖9中的黑色實(shí)線)，并傳遞給上層調(diào)度系統(tǒng)。在上層調(diào)度中，通過(guò)求解日間修正最優(yōu)調(diào)度模型得到虛擬儲(chǔ)能參與日間修正的樓宇制冷需求(見圖9中的黑色虛線)；隨后基于底層管理系統(tǒng)上傳的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)不參與日間修正的制冷需求，根據(jù)式(3)得到虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率運(yùn)行的設(shè)定點(diǎn)。

從圖9中可以看出引入虛擬儲(chǔ)能到日間修正后，樓宇的制冷需求負(fù)荷以無(wú)虛擬儲(chǔ)能時(shí)制冷需求負(fù)荷曲線為基準(zhǔn)上下波動(dòng)。高出基準(zhǔn)的部分為蓄冷，即“充電”；低于基準(zhǔn)的部分為放冷，即“放電”。兩種情況下樓宇制冷需求負(fù)荷的差值即為基于樓宇的虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率(式(3))，如圖9中黑色柱狀圖所示。

為驗(yàn)證本發(fā)明所提多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方法對(duì)于平抑微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)的效果，設(shè)定如下兩種對(duì)比場(chǎng)景：

場(chǎng)景一：根據(jù)日前調(diào)度計(jì)劃，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日間實(shí)時(shí)修正。場(chǎng)景一虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)不參與日間實(shí)時(shí)修正，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)由于日前預(yù)測(cè)誤差的引起的電/冷功率缺額時(shí)，全部以電能作為補(bǔ)充能源。該場(chǎng)景下日間調(diào)度的聯(lián)絡(luò)線功率如圖10中所示；

場(chǎng)景二：根據(jù)日前調(diào)度計(jì)劃，考慮虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)以式(11)為調(diào)度目標(biāo)參與日間修正，所得微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率結(jié)果如圖10所示。

對(duì)比場(chǎng)景一和場(chǎng)景二，不難看到，經(jīng)過(guò)對(duì)虛擬儲(chǔ)能充放電功率的日間調(diào)度來(lái)參與日間修正，場(chǎng)景二聯(lián)絡(luò)線功率跟蹤效果好于場(chǎng)景一，從而使得樓宇微網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)有了一定程度的降低。通過(guò)在用戶溫度舒適度范圍內(nèi)對(duì)樓宇室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以在日間調(diào)度階段跟蹤日前調(diào)度給定的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定值，從而平抑微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率的波動(dòng)。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。