CN106597858B - 面向新能源消纳的柔性负荷调控方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向新能源消纳的柔性负荷调控方法及其系统，该系统包括获取新能源的实时出力数据和负荷系数，计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率；获取各柔性负荷的当前状态，以获取需要的参数；根据柔性负荷的当前状态，计算负荷的排序指标；根据柔性负荷的排序指标，对负荷进行分类和排序；根据新能源发电和负荷用电量之间的差额功率，按负荷的分区和排序顺序依次调控柔性负荷，直至新能源发电和负荷用电量之间的差额功率收敛至发电量的ε%或可控的柔性负荷已全部开启。本发明既能消纳新能源、达到柔性负荷预热水温的目的，又减少了一般预热控制策略中的能源损耗，极大地提高了能源的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及柔性负荷调控及新能源消纳的应用技术领域，尤其涉及一种面向新能源消纳的柔性负荷调控方法及其系统。
背景技术
随着世界经济的发展，常规化石能源供应不足的矛盾日益突出，环境污染问题越来越严重，开发和利用新能源有助于缓解能源供应和环境问题所带来的压力。然而新能源发电具有间歇性和不确定性等特点，从而造成了新能源的利用率较低的现状。但随着智能家电的发展，空调、电热水器等柔性负荷作为储能设备，对其进行聚合控制不仅能进行电力系统需求响应，还在新能源消纳方面有着很大的潜力。在柔性负荷中，电热水器具有可储备较大的能量、用电特性灵活、不消耗无功功率、可频繁开关等优点，因此调控电热水器以消纳新能源的操作性和可行性胜于其他家电设备。然而电热水器相交传统热水器的最大缺点是没有考虑用户的使用舒适度，因此为了不影响用户的，很多控制策略会对电热水器的水箱的水进行预热，让电热水器的水温一直保持一个较高的温度，然而这样的控制策略会使能源损耗较高，造成资源浪费，因此制定兼顾用户舒适度和资源利用率的合理调控方式是必要的。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种面向新能源消纳的柔性负荷调控方法及其系统，基于最大化消纳新能源的目的，在调控过程中，既满足用户的舒适度，同时提高了能量的利用率，以达到消纳新能源和满足用户需求的双赢效果。
为实现上述目的，本发明提供一种面向新能源消纳的柔性负荷调控方法，包括以下步骤：
步骤1，获取新能源的实时出力数据和负荷系数，计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率；
步骤2，获取各柔性负荷的当前状态，以获取需要的参数；
步骤3，根据柔性负荷的当前状态，计算负荷的排序指标；
步骤4，根据柔性负荷的排序指标，对负荷进行分类和排序；
步骤5，根据新能源发电和负荷用电量之间的差额功率，按负荷的分区和排序顺序依次调控柔性负荷，直至新能源发电和负荷用电量之间的差额功率收敛至发电量的ε％或可控的柔性负荷已全部开启。
其中，所述柔性负荷为电热水器，所述步骤3中获取电热水器的参数为当前温度、预约用水时间、预约温度；计算负荷的排序指标为电热水器的温度差额和剩余时间比。
其中，根据各电热水器的当前温度T、预约用水时间tschedule、预约温度Tset，计算电热水器的温度差额和剩余时间比，具体计算公式如下：根据当前温度T，计算从当前温度T加热到设定温度Tset所需要的时间还有当前温度距离设定温度Tset的温度差额ΔT＝T-Tset；根据当前时间t，计算离最近一次用水开始的剩余时间interval；最后求出剩余时间比其中Δt为时间间隔，A和V分别为电热水器水箱的面积和体积，c和ρ分别为水的比热容和密度，Tambient为环境温度。
其中，所述步骤4中，根据电热水器的剩余时间比和温度差额，对电热水器进行分类和排序，
1)若λ＞1,ΔT＜0，则电热水器的开启优先级最高为1，需要立即开启；
2)若0＜λ＜1,ΔT＜0，则电热水器的开启优先级次高为2，可以延缓开启，并根据λ·ΔT进行升序排序；
3)若λ＝0,ΔT＞0，则电热水器的开启优先级最低为3，作为最后补充开启的用电设备群，根据ΔT进行升序排序。
其中，所述步骤5中，依次对优先级为1、2、3的电热水器进行开启，并且记电热水器群的增加用电量Padd＝n·P0，其中n为累计开启的电热水器个数，P0为电热水器的额定功率；具体动作顺序为：
优先级为1的电热水器全部开启，若电热水器群的增加用电量Padd未能达到差额功率Pdemand，则按照排序顺序开启优先级为2的电热水器，只要当新能源发电和负荷用电量之间的差额功率Pdemand收敛至新能源发电量的ε％时，立即停止开启条件判断，此处取ε％为5-10％；
若优先级为1和2的电热水器均开启后，电热水器群的增加用电量Padd仍未达到差额功率Pdemand，则按照排序顺序开启优先级为3的电热水器，只要当新能源发电和负荷用电量之间的差额功率Pdemand收敛至新能源发电量的ε％时，或累计开启的电热水器的个数n＝n1、n2、n3，即全部的电热水器均开启时，立即停止开启条件判断，此处取ε％为5-10％。
其中，所述n1、n2、n3分别为三个优先级的电热水器个数。
为实现上述目的，本发明还提供一种面向新能源消纳的柔性负荷调控系统，包括用于获取新能源的实时出力数据和负荷系数的第一获取模块、用于计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率的计算模块、用于获取各柔性负荷的当前状态的第二获取模块、用于计算负荷的排序指标的指标排序模块、用于负荷进行分类和排序的排序指标模块、用于按负荷的分区和排序顺序调控柔性负荷的调控模块；所述第一获取模块、计算模块、第二获取模块、指标排序模块、排序指标模块和调控模块依次相连接；所述第一获取模块获取新能源的实时出力数据和负荷系数，由计算模块计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率后；由第二获取模块获取各柔性负荷的当前状态，以获取需要的参数；指标排序模块根据柔性负荷的当前状态，计算负荷的排序指标；排序指标模块根据柔性负荷的排序指标，对负荷进行分类和排序；调控模块根据新能源发电和负荷用电量之间的差额功率，按负荷的分区和排序顺序依次调控柔性负荷，直至新能源发电和负荷用电量之间的差额功率收敛至发电量的ε％或可控的柔性负荷已全部开启。
其中，所述柔性负荷为电热水器，电热水器的当前温度T、预约用水时间tschedule、预约温度Tset，计算电热水器的温度差额和剩余时间比，具体计算公式如下：根据当前温度T，计算从当前温度T加热到设定温度Tset所需要的时间还有当前温度距离设定温度Tset的温度差额ΔT＝T-Tset；根据当前时间t，计算离最近一次用水开始的剩余时间interval；最后求出剩余时间比其中Δt为时间间隔，A和V分别为电热水器水箱的面积和体积，c和ρ分别为水的比热容和密度，Tambient为环境温度。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的面向新能源消纳的柔性负荷调控方法及其系统，传统的柔性负荷调控策略转移用电量的同时，会影响到用户的使用舒适度，一般的调控策略是在用电低谷时进行加热，并水温保持在一个较高的恒定温度，但若用户两次用水间时间间隔较长，则会造成相当大的能源损耗。而本发明提供的调控方法是在消纳新能源的发电时对柔性负荷进行开启加热，从此既能消纳新能源、达到柔性负荷预热水温的目的，又减少了一般预热控制策略中的能源损耗，极大地提高了能源的利用率。
附图说明
图1为本发明的面向新能源消纳的柔性负荷调控方法的步骤流程图；
图2为本发明的面向新能源消纳的柔性负荷调控系统的方框示意图；
图3为本发明中电热水器调控方法的具体步骤流程图。
主要元件符号说明如下：
10、第一获取模块 11、计算模块
12、第二获取模块 13、指标排序模块
14、排序指标模块 15、调控模块。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1，本发明的面向新能源消纳的柔性负荷调控方法，包括以下步骤：
步骤S1，获取新能源的实时出力数据和负荷系数，计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率；
步骤S2，获取各柔性负荷的当前状态，以获取需要的参数；
步骤S3，根据柔性负荷的当前状态，计算负荷的排序指标；
步骤S4，根据柔性负荷的排序指标，对负荷进行分类和排序；
步骤S5，根据新能源发电和负荷用电量之间的差额功率，按负荷的分区和排序顺序依次调控柔性负荷，直至新能源发电和负荷用电量之间的差额功率收敛至发电量的ε％或可控的柔性负荷已全部开启。
相较于现有技术的情况，本发明提供的面向新能源消纳的柔性负荷调控方法，传统的柔性负荷调控策略转移用电量的同时，会影响到用户的使用舒适度，一般的调控策略是在用电低谷时进行加热，并水温保持在一个较高的恒定温度，但若用户两次用水间时间间隔较长，则会造成相当大的能源损耗。而本发明提供的调控方法是在消纳新能源的发电时对柔性负荷进行开启加热，从此既能消纳新能源、达到柔性负荷预热水温的目的，又减少了一般预热控制策略中的能源损耗，极大地提高了能源的利用率。
在本实施例中，柔性负荷为电热水器，步骤S3中获取电热水器的参数为当前温度、预约用水时间、预约温度；计算负荷的排序指标为电热水器的温度差额和剩余时间比。根据各电热水器的当前温度T、预约用水时间tschedule、预约温度Tset，计算电热水器的温度差额和剩余时间比，具体计算公式如下：根据当前温度T，计算从当前温度T加热到设定温度Tset所需要的时间还有当前温度距离设定温度Tset的温度差额ΔT＝T-Tset；根据当前时间t，计算离最近一次用水开始的剩余时间interval；最后求出剩余时间比其中Δt为时间间隔，A和V分别为电热水器水箱的面积和体积，c和ρ分别为水的比热容和密度，Tambient为环境温度。
在本实施例中，步骤S4中，根据电热水器的剩余时间比和温度差额，对电热水器进行分类和排序，
1)若λ＞1,ΔT＜0，则电热水器的开启优先级最高为1，需要立即开启；
2)若0＜λ＜1,ΔT＜0，则电热水器的开启优先级次高为2，可以延缓开启，并根据λ·ΔT进行升序排序；
3)若λ＝0,ΔT＞0，则电热水器的开启优先级最低为3，作为最后补充开启的用电设备群，根据ΔT进行升序排序。
在本实施例中，步骤S5中，依次对优先级为1、2、3的电热水器进行开启，并且记电热水器群的增加用电量Padd＝n·P0，其中n为累计开启的电热水器个数，P0为电热水器的额定功率；具体动作顺序为：
优先级为1的电热水器全部开启，若电热水器群的增加用电量Padd未能达到差额功率Pdemand，则按照排序顺序开启优先级为2的电热水器，只要当新能源发电和负荷用电量之间的差额功率Pdemand收敛至新能源发电量的ε％时，立即停止开启条件判断，此处取ε％为5-10％；这里的新能源发电量即为Pnew；
若优先级为1和2的电热水器均开启后，电热水器群的增加用电量Padd仍未达到差额功率Pdemand，则按照排序顺序开启优先级为3的电热水器，只要当新能源发电和负荷用电量之间的差额功率Pdemand收敛至新能源发电量的ε％时，或累计开启的电热水器的个数n＝n1、n2、n3，即全部的电热水器均开启时，立即停止开启条件判断，此处取ε％为5-10％。n1、n2、n3分别为三个优先级的电热水器个数。
请进一步参阅图2，本发明还提供一种面向新能源消纳的柔性负荷调控系统，包括用于获取新能源的实时出力数据和负荷系数的第一获取模块10、用于计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率的计算模块11、用于获取各柔性负荷的当前状态的第二获取模块12、用于计算负荷的排序指标的指标排序模块13、用于负荷进行分类和排序的排序指标模块14、用于按负荷的分区和排序顺序调控柔性负荷的调控模块15；第一获取模块10、计算模块11、第二获取模块12、指标排序模块13、排序指标模块14和调控模块15依次相连接；第一获取模块获取新能源的实时出力数据和负荷系数，由计算模块计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率后；由第二获取模块获取各柔性负荷的当前状态，以获取需要的参数；指标排序模块根据柔性负荷的当前状态，计算负荷的排序指标；排序指标模块根据柔性负荷的排序指标，对负荷进行分类和排序；调控模块根据新能源发电和负荷用电量之间的差额功率，按负荷的分区和排序顺序依次调控柔性负荷，直至新能源发电和负荷用电量之间的差额功率收敛至发电量的ε％或可控的柔性负荷已全部开启。
相较于现有技术的情况，本发明提供的面向新能源消纳的柔性负荷调控系统，传统的柔性负荷调控策略转移用电量的同时，会影响到用户的使用舒适度，一般的调控策略是在用电低谷时进行加热，并水温保持在一个较高的恒定温度，但若用户两次用水间时间间隔较长，则会造成相当大的能源损耗。而本发明提供的调控方法是在消纳新能源的发电时对柔性负荷进行开启加热，从此既能消纳新能源、达到柔性负荷预热水温的目的，又减少了一般预热控制策略中的能源损耗，极大地提高了能源的利用率。
在本实施例中，柔性负荷为电热水器，电热水器的当前温度T、预约用水时间tschedule、预约温度Tset，计算电热水器的温度差额和剩余时间比，具体计算公式如下：根据当前温度T，计算从当前温度T加热到设定温度Tset所需要的时间还有当前温度距离设定温度Tset的温度差额ΔT＝T-Tset；根据当前时间t，计算离最近一次用水开始的剩余时间interval；最后求出剩余时间比其中Δt为时间间隔，A和V分别为电热水器水箱的面积和体积，c和ρ分别为水的比热容和密度，Tambient为环境温度。每个时间间隔结束后，进入下一时间间隔，并重复步骤S1-5。
请参阅图3，为本发明的具体实施例，该调控方法主要用于电热水器上，具体的调控方法为：
获得电热水器的发电量和负荷系数；计算该电热水器的差额功率Pdemand；获得电热水器当前温度、预约用水时间、预约温度；计算剩余时间比和温度差额；对电热水器优先级的分类；对优先级为2的电热水器根据剩余时间比和温度差额的成绩进行排序；对优先级为3的电热水器根据温度差额进行排序；若差额功率Pdemand小于0，则本时间的间隔结束并进入下一间隔时间；若差额功率Pdemand大于0，则开启所有优先级为1的电热水器，并进入下步骤；若差额功率Pdemand大于或等于ε*Pnew或n＝n1+n2+n3，则本时间的间隔结束并进入下一间隔时间；若差额功率Pdemand小于ε*Pnew或n不等于n1+n2+n3，则根据顺序开启优先级为2的电热水器；若差额功率Pdemand大于或等于ε*Pnew或n＝n1+n2+n3，则本时间的间隔结束并进入下一间隔时间，若差额功率Pdemand小于ε*Pnew或n不等于n1+n2+n3，则根据顺序开启优先级为3的电热水器后，本时间的间隔结束并进入下一间隔时间。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种面向新能源消纳的柔性负荷调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取新能源的实时出力数据和负荷系数，计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率；
步骤2，获取各柔性负荷的当前状态，以获取需要的参数；
步骤3，根据柔性负荷的当前状态，计算负荷的排序指标；
步骤4，根据柔性负荷的排序指标，对负荷进行分类和排序；
步骤5，根据新能源发电和负荷用电量之间的差额功率，按负荷的分区和排序顺序依次调控柔性负荷，直至新能源发电和负荷用电量之间的差额功率收敛至发电量的ε％或可控的柔性负荷已全部开启；
所述柔性负荷为电热水器，所述步骤3中获取电热水器的参数为当前温度、预约用水时间、预约温度；计算负荷的排序指标为电热水器的温度差额和剩余时间比；
根据各电热水器的当前温度T、预约用水时间tschedule、预约温度Tset，计算电热水器的温度差额和剩余时间比，具体计算公式如下：根据当前温度T，计算从当前温度T加热到设定温度Tset所需要的时间还有当前温度距离设定温度Tset的温度差额ΔT＝T-Tset；根据当前时间t，计算离最近一次用水开始的剩余时间interval；最后求出剩余时间比其中Δt为时间间隔，A和V分别为电热水器水箱的面积和体积，c和ρ分别为水的比热容和密度，Tambient为环境温度。
2.根据权利要求1所述的面向新能源消纳的柔性负荷调控方法，其特征在于，所述步骤4中，根据电热水器的剩余时间比和温度差额，对电热水器进行分类和排序，
1)若λ＞1,ΔT＜0，则电热水器的开启优先级最高为1，需要立即开启；
2)若0＜λ＜1,ΔT＜0，则电热水器的开启优先级次高为2，可以延缓开启，并根据λ·ΔT进行升序排序；
3)若λ＝0,ΔT＞0，则电热水器的开启优先级最低为3，作为最后补充开启的用电设备群，根据ΔT进行升序排序。
3.根据权利要求2所述的面向新能源消纳的柔性负荷调控方法，其特征在于，所述步骤5中，依次对优先级为1、2、3的电热水器进行开启，并且记电热水器群的增加用电量Padd＝n·P0，其中n为累计开启的电热水器个数，P0为电热水器的额定功率；具体动作顺序为：
优先级为1的电热水器全部开启，若电热水器群的增加用电量Padd未能达到差额功率Pdemand，则按照排序顺序开启优先级为2的电热水器，只要当新能源发电和负荷用电量之间的差额功率Pdemand收敛至新能源发电量的ε％时，立即停止开启条件判断，此处取ε％为5-10％；
若优先级为1和2的电热水器均开启后，电热水器群的增加用电量Padd仍未达到差额功率Pdemand，则按照排序顺序开启优先级为3的电热水器，只要当新能源发电和负荷用电量之间的差额功率Pdemand收敛至新能源发电量的ε％时，或累计开启的电热水器的个数n＝n1、n2、n3，即全部的电热水器均开启时，立即停止开启条件判断，此处取ε％为5-10％。
4.根据权利要求3所述的面向新能源消纳的柔性负荷调控方法，其特征在于，所述n1、n2、n3分别为三个优先级的电热水器个数。
5.一种面向新能源消纳的柔性负荷调控系统，其特征在于，包括用于获取新能源的实时出力数据和负荷系数的第一获取模块、用于计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率的计算模块、用于获取各柔性负荷的当前状态的第二获取模块、用于计算负荷的排序指标的指标排序模块、用于负荷进行分类和排序的排序指标模块、用于按负荷的分区和排序顺序调控柔性负荷的调控模块；所述第一获取模块、计算模块、第二获取模块、指标排序模块、排序指标模块和调控模块依次相连接；所述第一获取模块获取新能源的实时出力数据和负荷系数，由计算模块计算新能源发电和负荷用电量之间的差额功率后；由第二获取模块获取各柔性负荷的当前状态，以获取需要的参数；指标排序模块根据柔性负荷的当前状态，计算负荷的排序指标；排序指标模块根据柔性负荷的排序指标，对负荷进行分类和排序；调控模块根据新能源发电和负荷用电量之间的差额功率，按负荷的分区和排序顺序依次调控柔性负荷，直至新能源发电和负荷用电量之间的差额功率收敛至发电量的ε％或可控的柔性负荷已全部开启；
所述柔性负荷为电热水器，电热水器的当前温度T、预约用水时间tschedule、预约温度Tset，计算电热水器的温度差额和剩余时间比，具体计算公式如下：根据当前温度T，计算从当前温度T加热到设定温度Tset所需要的时间还有当前温度距离设定温度Tset的温度差额ΔT＝T-Tset；根据当前时间t，计算离最近一次用水开始的剩余时间interval；最后求出剩余时间比其中Δt为时间间隔，A和V分别为电热水器水箱的面积和体积，c和ρ分别为水的比热容和密度，Tambient为环境温度。
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