CN108062025B - 基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法，打破了热电联合的粗糙调峰模式。用户利用热水式采暖散热器和空调耗电供热，热水由热电联产机组和热水罐提供，电力由热电机组和风电机组联合提供。通过热负荷均一性测量分析系统采集用户主要信息并建立热负荷均一性分布模型，计及用户电、热供给、干扰及热负荷均一性分布差异的前提下，减少源端热水出力，其减少量由部分用户负载消耗电力制热弥补，同时部分热水罐进行储热。根据风力发电的波动性和用户的非均一特性，调整热、电出力并求出被调控用户的开关状态函数实现对用户的精细化控制，从而减少弃风量，减少用户干扰且提高了控制精度。

Description

基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法

技术领域

本发明属于清洁能源综合应用技术领域，涉及一种基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法。

背景技术

可再生能源取之不尽用之不竭且绿色环保。以风能为例，虽然近些年对其的利用发展迅速，但问题也随之而来。风电的不确定性和波动性会对电网运行产生较大的冲击甚至危险。尤其风电的反调峰现象，扩大了系统的峰谷差，加大了电网调度的难度。我们须不断的探索在保证城市居民供热的前提下人为地进行调峰减少弃风量的方法。

调峰包含调峰深度和调峰速度两个方面，且一般电网调峰的能力是不足的。现有的调峰方式主要有两种：①利用火电机组进行调峰；②利用热电机组和用户联合调峰。方式①从源端入手，利用火电调节风电，调峰能力有所提高，但没有考虑需求侧用户端的潜在调峰能力；方式②从源端和需求侧用户端两边入手，一方面源端调节热电机组电出力；另一方面根据热水的时滞性和电力的瞬时性，合理安排用户端负载消纳风电制热调峰，调峰能力进一步提升，但其是在假设用户均一性完全相同的情况下进行的调控。

实际上，由于用户室内外温度、用户空间位置、房屋隔热系数、用户年纪、性别(舒适度、耐受度不同)等是不同的，所以用户端负荷不一定是完全相同的，即用户端热负荷在时间和空间上是不尽相同的，即均一性是有差异的，则在调度应该注意到均一性差异对调度策略的影响，从而更加充分的挖掘出用户端潜在的调峰能力。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法。在计及终端热负荷非均一特性及热水流速的影响下，对热能、电能进行综合调控，实现风力系统调峰能力的提高，弃风量的减少，对用户干扰的减少，控制精度的提高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法，包括：

终端热负荷测量分析系统、电力系统、热力系统及属于且附着在电力系统与热力系统的传感器与执行器(如图1所示)：

终端热负荷测量分析系统：

用户的智能手机(F)；

用于采集用户数量、位置信息的无线通讯基站(E)；

用于检测用户室内、外温度的无线温度传感器；

用于检测空调、热泵、热水罐进/出水电磁阀的开、关次数的智能开关量记录仪(111)；“开”、“关”状态用“0”、“1”表示；

用于检测热水式采暖散热器(108)的热水消耗量的热水消耗计量表(109)；

电力系统：

用于产出电力和热力的热电联产机组(A)；

用于产出电力的风力发电机组(B)；

用于消耗电力制热的热泵(D)和空调(F)；

通过电力电缆网(201)与背压式热电联产机组(A)和风力发电机组(B)并联的用户的热泵(202)与空调(205)；采集用户非采暖耗电量的电表(204)；

热力系统：

用于储热的位置、容量不同的热水罐(C)；

热水罐通过供热管道网(101)向用户提供热水；通过供热管道网(101)与热电联产机组(A)相连接的用户的热水式采暖散热器(108)；

属于且附着在电力系统与热力系统的传感器与执行器：

传感器类：流量传感器(102)，检测热水流量；压力式温度传感器(103)，检测热水罐中热水温度；液位传感器(105)，检测热水罐中热水的液位；

执行器类：止回阀，防止热水倒流；进水遥控电磁阀(106)，给热水罐注水；出水遥控电磁阀(107)，打开放水给用户进行供热补偿；循环泵，将水循环利用；控制热泵(202)的热泵遥控开关(203)；控制空调(205)的空调遥控开关(206)；控制热水式采暖散热器(108)的热水式采暖散热器智能遥控开关(110)；

综合控制系统：

第一远程集中控制器(1121)采集热电联产机组(A)的热电产能信息并传给综合调度控制装置(1124)；第二远程集中控制器(1122)采集风力发电机组(B)的发电信息并传递给综合调度控制装置(1124)；第三远程集中控制器(1123)记载热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的管道距离信息并采集用户非采暖用电量、热水消耗计量表(119)检测的热水流入量及用户输入热惯性时间，用户室内、外温度和用户数量，并将以上信息分别传送给综合调度控制装置(1124)；第三远程集中控制器(1123)还接收综合调度控制装置(1124)发出的调度控制信号，根据调度控制信号分别驱动热泵的遥控开关(203)、空调遥控开关(206)、热水式采暖散热器遥控开关(110)及热水罐遥控电磁阀(106/107)执行动作；

综合调度控制装置(1124)还接收终端用户的位置、数量、室内、外温度、开关状态等信息，通过通信电缆(206)与计算机服务系统(207)连接，并驱动计算机服务系统(207)计算，以获得调度控制信号，然后经由通信电缆将调度控制信号传送给第一/三远程集中控制器(1121/1123)(如图6所示)。

所述综合调度控制装置包括(如图5所示)：

第一数据接收单元(1)；数据解码器单元(2)；数据存储器单元(3)；调度控制信号计算单元(4)；信号编码器(5)；及将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器、第三远程集中控制器的发送单元(6)。

第三远程集中控制器包括非采暖电表脉冲计数器、采暖热水流量脉冲计数器、脉冲信号编码转换器、计量信号放大发射器，及相互连接的控制信号接收解码器和遥控信号发生器(如图7所示)；

非采暖电表脉冲计数器/采暖热水流量脉冲计数器分别连接用户非采暖电表/热水消耗计量表，用于检测用户非采暖耗电数据/热水流入量，以上数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置；控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置发出的调度控制信息并进行解码，然后通过控制信号遥控发射器将控制信号发送给空调、热泵、热水式采暖散热器及热水罐遥控开关执行动作。

所述的终端热负荷测量分析系统，利用无线通讯基站(E)测量用户信息如下：

用户端手机(F)发出特定的频率信号，经滤波器过滤、放大器放大、变频器变频后经控制中心处理发出信号，其经数据解码器、数据存储器、计算机、信号转换编码器处理后发出信号(1125)(如图4所示)。无线通讯基站(E)与手机(F)信息交换是一对一的过程，用户端视为每人一部手机，则基站在某时段实时采集的手机数量可视为用户数量；无线通讯基站(E)的覆盖范围是以基站为中心，半径为一定常量的圆形范围，可定位记录用户的地理信息(经纬度坐标)，为用户热负荷空间分布的研究提供了实时的大数据，使用户热负荷空间分布可视化。

由以上三个硬件系统测得的变量得到的均一性指在计及外界因素及内界因素的干扰时单位用户单位时间内对热负荷的需求值是一样的。当用户室内温度波动范围大时，说明用户可接受的室内温暖波动范围大，则用户接受的可调节时间就越长，也就意味着用户的灵敏度低，灵敏度越低则用户对干扰感受越不明显，当进行调节时为了减少对用户的干扰优先选择用户灵敏度小的用户进行调节，在不同的时段按灵敏度优先级排序依次选择不同的用户进行风电消纳。由于用户室内温度波动范围相同时，可接受的调节范围是相同的，则室温上升调节时间也是几乎相同的，下降时间则与外界温度有关，故为调节控制方便，可将室内温度波动范围相同的用户分为同一类用户进行调控。

利用上述变量得到的均一性模型：在0～T×ΔT时间段：

直接测量变量如下：

用户数量Y_b(t)、y_bK(t)；用户室内温度上限值τ_{i max}(t)与下限值τ_{i min}(t)；热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的实际管道距离信息(用户位置)S_i；热水消耗计量表(119)检测热水消耗量Q_i(t)；

间接计算变量如下：

用户种类信息K(K为正整数)及各组用户中各类用户的人数y_bK(t)及其比例信息α_bK(t)；热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的等效管道距离s_i；热水消耗量Q_b(t)及每类用户热水消耗量q_bK(t)。其中：t＝S_i/v/ΔT，s_i*＝(S_i/v+T_i)/ΔT；ΔT为采样周期，ν为热水流速；将计算结果做取整运算s_i＝[s_i*],s_i∈N，将相同s_i的用户分为同一组，s_i＝b，记为第b组，共B组；

热、电两种不同的供热方式具有差异性：热水在管道输送的延时性，电力补偿供热的瞬时性，以及用户的热惯性时间(用户可接受的停止供暖时间)；这样在电力补偿时就需要对用户到热源的不同管道距离区分对待，在用户补偿供热时就是考虑供热时间差异的补偿，充分的考虑到供给侧和用户侧的能量变化，既有利用风电的平滑输出，又兼顾到了用户的实际需求和能源的有效利用。故本发明中将相同等效距离的用户分为同一组。

模型如下：Δτ_i(t)＝τ_{i max}(t)-τ_{i min}(t)；

Δτ_i(t)＝Δτ_i,K(t)；KT₁≥Δτ_i(t)≥(K-1)T₁；

Δτ_bi(t)＝Δτ_bi,K(t)；KT₁≥Δτ_bi(t)≥(K-1)T₁；

y_bK(t)＝∑K_i；Δτ_bi(t)＝τ_bi,K(t),i≠0,K_i＝1；

y_bK(t)/Y_b(t)＝α_bK(t)；

且：∑α_bK(t)＝1；∑q_bK(t)＝Q_b(t)；∑y_bK(t)＝Y_b(t)；

Δτ_i＝Z₁T₁时，用户为第m类用户，数量为y_bm(t)，比例为α_bm(t)；，热负荷为q_bm(t)，当风电来的较急较陡时，调用前m类用户，当风电来的较平缓时，调用m～K类用户，本专利主要针对风电来的较急较陡时进行调控。

为第b组用户i的室内温度波动范围；

表示第b组用户i的室内温度波动范围为第K类；Q_bi,K(t)表示第b组用户中第K类用户i的热负荷，T₁为温度波动范围最小分组周期。将主要扰量分离出来，第b组用户热负荷均一性值可表示为：

H_om(b,t)＝∑q_bK(t)/y_bK(t)*α_bK(t)；得到坐标点A(H_om(b,t))，设用户热负荷均一性分布函数为f(b,t)，可见其包含时间和空间两个变量且已知用户热负分布服从威布尔分布，则设用户热负荷均一性分布服从二元威布尔分布。不同的用户均一性分布使用本专利的调度方法可能会产生不同的调节效果，本专利中主要分析用户热负荷均一性分布为二元威布尔分布时的调控效果。有两种情况：

①当t一定时，得到在t_c时刻不同用户组b的均一性值A(H_om(b,t_c))，相当于t为常量，此时t＝t_c，利用该值用最小二乘法求出其最接近的线性函数y＝a₁b+a₂，则形状参数λ₁＝a₁，尺度参数

则:f₁(b)＝X(λ₁，λ₂)；②当b一定时，得到在多个t时刻用户组b_c的均一性值A(H_om(b_c,t))，相当于b为常量，此时b＝b_c，利用该值用最小二乘法求出其最接近的线性函数y＝a₃b+a₄，则形状参数λ₃＝a₃，尺度参数

则:f₂(t)＝X(λ₃,，λ₄)；由于是二元分布，我们可以将任一变量转化为二行一维向量分别表示时间和用户组进而求出其空间分布。本专利中将用户组b转化为向量b和t，即b＝[b,t]^T。将用户组b＝[b,t]^T带入函数f(b,t)＝＝f₁(b)*f₂(t)＝X(λ₁,，λ₂)*X(λ₃,λ₄)，即：

则得出热负荷均一性分布的二元威布尔分布。利用MATLAB可求出其时空分布图。

根据用户热负荷非均一性特性规划热水罐的选址定容：规划热水罐的选址定容时应计及用户干扰成本和修建成本，具体结构图如图3所示：

选址：首先选择预建立热水罐用户组，然后在这些用户组中选择建立热水罐用户种类，最后在每类用户端建立热水罐。

采集包含k个采样时长(T_k＞T，k为自然数，T为调度周期)的时间段内的用户信息：

按热负荷均一性值H_om(b,t)进行分组，则共得到A_k个排序组。选择c(t,k)个用户组作为预建立热水罐地区，若c_k两两之间有重复的用户组，则按同一组用户对待。设一共选择了B'个用户组作为预建立热水罐地区。根据用户室内温度波动范围的差异，为了减少对敏感地区(Δτ_i≤2T₁)用户的干扰，且空调能实时消纳风电给用户供暖，所本专利将在B'用户组中选择室内温度波动范围满足Δτ_i＞2T₁的用户端建立热水罐。

选址模型：(Ν+1)T₂≥H_om(b,t,k)≥ΝT₂；H_on(b,t,k)≥Z₂T₂；

C(t,k)＝∑k_b；H_om(b,t,k),b≠0,k_b＝1；

B'＝∑c(t,k),b(t,k)≠b(t,k-1)；

y_re＝∑k_i；Δτ_i(t)≥Z₁T₁,i≠0,k_i＝1；

其中：k、Ν为自然数，T为调度周期，H_om(b,t,k)为第k个采样时间段第b组用户热负荷均一性值；T₂为用户均一性值分组间隔周期；C(t,k)为第k个采样时间段的用户数量；y_re为B'个用户组b_m～b_m'中需建立热水罐的用户数量，且每个热水罐都有一个热泵与之相配。

定容：热水罐的容量由用户需要的供暖时长及其供水功率共同决定。根据用户供暖的历史信息得出第b组第K类用户i需持续供暖的时间为

设所有热水罐的最大输出功率都是一样的，为p_out,max，则热水罐的规划容量：

定容模型：

为第b组第K类用户i需持续供暖的时间；p_out,max为热水罐的最大输出功率；

为第b组第K类用户i的热水罐规划容量。

根据用户均一性分布及其差异性，在空间上选择出预调节用户组，在预调节用户组中选择出预调节用户种类；

根据采集到的0～K*ΔT时间内第b组用户的热负荷均一性分布数据H_om(b,t)，利用统计分析法预测K*ΔT～2K*ΔT时间内第b组用户的热负荷均一性分布数据h_om(b,t)，按h_om(b,t)，并选择满足h_om(b,t)≥Z₂T₂的C'(t)个用户组进行调节。依此类推，在每个采样时间段都重新对用户进行优先级排序，并选择C'(t)个用户组进行调节进行调节，我们称这部分用户组为“预调节用户组”。在不同的时段，“预调节用户组”的选择原则是一样的，但其具体调节用户组是不同的。

在“预调节用户组”中每类用户承受的室内温度波动范围是不同的，即用户种类是不同的。为了减少干扰成本及调度成本，当Δτ_i(t)≤Z₁T₁时该类用户不参与调度，其他的用户则称为“预调节用户种类”。即：

(Ν+1)T₂≥h_om(b,t)≥ΝT₂；

h_om(b,t)≥Z₂T₂

C'(t)＝∑k₂；h_om(b,t),b≠0,k₂＝1；C'≤B'；

y_re'(t)＝∑k_i；Δτ_i(t)≥Z₁T₁,i≠0,k_i＝1；

h_om(b,t)为第b组用户热负荷均一性值；C'为用户组数量，设为b_n～b_n',

组；y_re(t)'为C'个用户组中可参与消纳风电的用户数量。

将预调节用户的实际调节时间离散为计算用户调节时间，经离散后，调节时间转化为单独的点，调节时间包含室温上升和室温下降两个阶段；

t_bi,K,max≥t_bi,K,set≥t_bi,K,0；

t_1,bi,K ^*＝t_1,bi,K/t_kong＝N₁ ^*t_kong+Φ₁；将计算结果做取整运算，则：

其中，N₁ ^*为自然数，Φ₁为超出控制周期的时间部分；则：

且N₁ ^*≠0时，

N₁ ^*＝0时表示此时段没有空调参与风电消纳

则将调节时间开关点转化为在控周期时间轴上的0、1点。

当控制空调开的控制信号结束时，关闭空调，设用户此时室内温度为τ_bK，i，0，随之室内温度会下降，且用户室温的下降速率

与室内外温差Δτ_bK,i,out(t)成正比，并假设比例系数为Μ，则可得以下方程：

Δτ_bK,i,out(t)＝τ_bK,i(t)-τ_bK,i,out

式中τ_bK,i(t)为室内温度随时间的变化函数。由此可以解出当室内初始温度为τ_bK,i,0，室外温度为τ_bK,i,out时，可得到室内温度随时间t的变化模型：

得：τ_bK,i(t)＝τ_bK,i,0-(τ_bK,i,0-τ_bK,i,out)e^-Μt

由此可得出室内在没有供热的情况下到温度从τ_bK,i,0下降到τ_bK,i,mo所需要的时间t为：

t_2,bi,K ^*＝t_2,bi,K/t_kong＝N^* ₂t_kong+Φ₂；将计算结果做取整运算，则：t₂＝[t_2,bi,K ^*]＝N₂ ^*t_kong

其中，N^*为自然数，Φ₂为超出控制周期的时间部分；则：

由于用户衰减时间过长会低于用户室内温度承受范围，所以控制空调关闭时间必须小于用户室内温度衰减时间。

当控制空调关的控制信号结束时，打开空调，则用户此时室内温度为T_bK,i,mo，此时将其带入室温上升模型令t_bi,K,0＝T_bK,i,mo求室温上升时间，依此类推，进行循环。其中，Q_bi,,K,sheng(t)表示第b组第K,K≤m类用户i在t时刻用户室温从当前值τ_bK,i,0上升到温度设定值t_bi,K,set需要的采暖负荷；

为室温上升时空调的工作功率；t_1,bi,K为用户室温上升至设定室温实际需要时间；t_2,bi,K为用户室内温度衰减的时间；t_kong为用户控制周期。

若预调节用户端空调全部打开风功率仍未被消纳完，则打开热泵进行制热同时热水罐储热，热泵的开、关与此时参与消纳风电的用户热负荷和风功率有关。

风电充足时，用户端处热泵打开利用风电制热，热水罐进水电磁阀打开进行储热，出水电磁阀关闭；风电不充足时，用户端热泵关闭，热水罐进水电磁阀关闭，出水电磁阀打开对用户进行供热。设热水罐进水电磁阀开关状态函数为

出水电磁阀开关状态函数为

其开关主要由风电是否充足、热水罐是否充满决定。当热水罐处处于供热下限仍不能满足用户需求时，将此信息传递给综合调度控制装置，同时，其根据接收的热电联产机组、风力发电机组的产能信息和用户的能耗改变背压式热电联产机组出力对用户进行补偿。本专利还考虑热水传输的延时性，在提前

时间段对用户进行供热。

热水罐储热动态数学模型如下：

经历ΔT₁时间段，储热罐内t时段的能量为经历ΔT₁时间段充的热量与储热开始前t-1时段已经存储的能量之和，即：

且：

一般p_in、η_in为常量，则积分得：

则：V_bK,i(t)＝V_bK,i(t-1)η+ΔT₁Q_ini(t)η_in

ΔT₁＝(V_bK,i(t)-V_bK,i(t-1)η)/(Q_ini(t)η_in)

同理：其放热动态数学模型如下：

V_bK,i ^*(t)＝V_bK,i ^*(t-1)η-ΔT₂Q_outi(t)/η_out；

ΔT₂＝(V_bK,i ^*(t-1)η-V_bK,i*(t))/(Q_outi(t)/η_out)

其中：V_bK,i(t)为热水罐处于蓄热状态下t时段的热水罐内的能量；

V_bK,i ^*(t)为热水罐处于放热状态t时段的热水罐内的能量；Q_ini(t)/Q_outi(t)为储热装置t时段的输入/出热能；η_in,η_out,η分别为热水罐的输入/出转化效率和储存效率。Q_rei(t)为热水罐在t时段的输入/出热能，输出为正，输入为负，η^*为热水罐的供热效率，可提供的热负荷为Q_rei(t)*η^*。

风电充足时，热水罐进行储热：即热泵打开，热水罐电磁进水阀也打开，热水罐出水电磁阀关闭；当热水罐能量达到最大值时，热泵关闭，热水罐进水电磁阀也关闭。

即：

当

时，得：ΔT₁＝(V_bK,i-V_bK,i(t-1)η)/(Q_ini(t)η_in)＝t_r1；则：

风电不充足时：热水罐进行放热：即热泵关闭，热水罐电磁进水阀也关闭，热水罐出水电磁阀打开；当热水罐能量消耗完时，热水罐出水电磁阀关闭。当热水罐热水消耗完时仍不能满足用户供暖需求，将此信息传递给综合调度控制装置，同时，其根据接收的热电联产机组、风力发电机组的产能信息和用户的能耗改变背压式热电联产机组出力对用户进行补偿。本专利还考虑热水传输的延时性，在提前

时间段对用户进行供热。

即：

当V_i ^*(t)＝0时，得ΔT₂＝(V_bK,i ^*(t-1)η-0)/(Q_outi(t)/η_out)＝t_r2；则：

则可得出热水罐可供暖时间t_{bK,i,gongnuan}＝t_bK,i,r2-t_bK,i,d；

热水传输延迟时间t_bK,i,yanchi＝S_bK,i/v/ΔT；

用户需要供暖时间为

当

时，热电联产机组不参与供热；

当

时，热电联产机组参与供热，则在t_bK,i,d时刻反馈信息到综合调度控制装置，综合调度控制装置经过处理后发出在t_bK,i,r3时刻进行供应热水的控制信号；

其中，

利用原有的热力系统与新加入的终端终端热负荷测量分析系统，提出一个新的控制策略对其进行协同控制，用于得到：用户分组分类的调度控制信号；在每个时刻应参与调度的预调节用户组、用户种类的调控信号；终端用户处在每个时刻应开/关热水罐进行储热/放热的热水罐位置、个数及其开/关时长的调控信号；终端用户处在每个时刻应开/关热泵进行制热的热泵位置、个数及其开/关时长及电力消耗量的调度控制信号；终端预调节用户处的空调在每个时刻的其开/关时长及采暖电力消耗量的调度控制信号。

附图说明

图1为本发明的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统的连接示意图；

图2为本发明的原理方框图；

图3为储热热水罐连接示意图；

图4为无线通讯基站接收/发送信号结构图；

图5为综合调度控制装置的结构示意图；

图6为综合调度控制装置与云计算连接示意图；

图7为第三远程集中控制器的结构示意图

图8为预期调节前、后风功率等效出力曲线对比图；

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了一种基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法。本发明打破了既有的火电调峰和热电与用户联合调峰的调峰模式，提出了在计及用户的非均一特性的前提下使用户与热电配合进行联合调峰，进一步挖掘用户的调峰潜能。

本发明用户端主要利用热水式采暖散热器和空调进行供热，一些特定用户还利用热水罐进行供热；热水由热电联产机组和与热水罐配套的热泵耗电所制热水联合提供，电力由热电机组和风电机组联合提供。通过综合调度控制装置检测一段时间各组及各类用户数量、用户室内温度上/下限值、用户位置/耗能情况后，对用户均一性分布进行分析与建模，并利用“多元回归”统计分析方法对未来一段时间用户端情况做出预测；在保证满足电力、热能供给的条件下，减少供暖出力热水量，在计及对用户的干扰次数限制及用户热负荷非均一性特的前提下，选择出部分用户参与调节消耗电力制热补偿，同时选择特定热水罐进行储热，并计算出以上参与用户的热水式采暖散热器、空调、热泵及热水罐的开关状态函数；耗电供热既可以补偿热水供暖的不足，也可以增加电力低谷时段的负荷，热水罐供热提高了系统的灵活性和可控性；这样将风电、热电综合起来调控，根据风力发电的波动性和用户的非均一特性，调整热、电出力、用户耗电负荷情况并求出参与调度的用户的相关开关状态函数，基于实时检测和预测连续性调控方式，以相等的检测周期和调节周期，从而实现风电等效在用户侧的平滑出力，减少弃风量，减少用户干扰且提高了控制精度。

具体实施方式

实施时严格按照以上技术方案进行且附图请参照图1-图7所示。

本发明包括：终端热负荷测量分析系统、电力系统、热力系统及属于且附着在电力系统与热力系统的传感器与执行器及综合控制系统；各个系统之间的连接与信息传递以技术方案为准，系统的构成及调控方法是对本发明的进一步解释而不是限定。

本发明涉及了一种基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统及其方法，包括以下步骤：

1)采集变量：

1.1)采集热电联产机组、风电机组在0～K*ΔT时间段的发电出力P_CHP(t)和热出力q_CHP(t)、P_wind(t)及用户非采暖耗电量p_LOAD(t)；ΔT为采样周期，K为采集的次数，K为自然数；

1.2)采集用户数量Y_b(t)、y_bK(t)；用户室内温度上限值τ_imax(t)与下限值τ_imin(t)；热电联产机组与热水式采暖散热器之间的实际管道距离信息S_i；热水消耗计量表检测热水消耗量Q_i(t)；

1.3)采集热水罐容量信息V_bK,i(t)与V_bK,i(t)*；

2)计算以下变量：

2.1)利用统计分析方法预测出K～2K*ΔT时间段风电总出力p_wind(t)和热电联产机组的发电出力p_CHP(t)和热出力Q_CHP(t)及用户非采暖耗电量P_LOAD(t)；

2.2)用户种类信息K及各组用户中各类用户的人数y_bK(t)及其比例信息α_bK(t)；热电联产机组与热水式采暖散热器之间的等效管道距离s_i；热水消耗量Q_b(t)及每类用户热水消耗量q_bK(t)及总采暖负荷Q(t)；利用统计分析方法预测出K～2K*ΔT时间段热水消耗量q_b(t)及每类用户热水消耗量Q_bK(t)及总采暖负荷H_load(t)；

q_bK(t)＝∑Q_bi,K(t)，Q_bi,K(t)为第b组第K类用户i在t时刻采暖负荷；

q_bK(t)为第b组第K类用户在t时刻总采暖负荷；

P_air(b_K)＝∑P_i ^air(b_K)；P_i ^air(b_K)为第b组第K类用户i的空调容量；

P_air(b_K)为第b组第K类用户的总空调容量；

H_load(t)为t时刻系统所有用户采暖负荷；

P_CHP(i)为用户i的热泵容量。

2.3)用户热负荷均一性值h_om(b,t)；

2.4)室内温度上升时间：

室内温度衰减时间：t₂＝[t_2,bi,K ^*]＝N₂ ^*t_kong；

热水罐充热时间：ΔT₁＝(V_bK,i(t)-V_bK,i(t-1)η)/(Q_ini(t)η_in)；

热水罐放热时间：ΔT₂＝(V_bK,i ^*(t-1)η-V_bK,i ^*(t))/(Q_outi(t)/η_out)；

3)由目标函数(1)和约束条件(2～23)组成优化问题进行迭代求解，本发明利用GAMS中的Baron求解器来求解该非线性规划问题，以获取目标函数最小值为结果，进而求解获取各变量作为调控信号：

3.1)以时间T内单位弃风量最小为目标函数，为：

为风电场t时刻的弃风，F_d(P_CHP(t))为背压机组的发电成本(耗煤)；δ为惩罚因子；σ为单位弃风量；

为时间T内的弃风量。

3.2)约束条件

3.2.1)功率平衡约束

p_wind(t)为风电场在t时刻的预测风功率；P_LOAD(t)为t时刻系统非采暖电负荷；P_EHPs(t)为t时刻用户侧所有热泵用电功率；P_airs(t)为t时刻用户侧所有空调用电功率；

为空调开关状态函数；热水式采暖散热器开关状态函数

取值始终与

取值相反；

P_air(b_K)＝∑P_i ^air(b_K)；

3.2.2)热负荷平衡约束

H_load(t)＝Q_CHP(t+t_Δ)η_CHP+η^*Q_re(t)+P_airs(t)η_air (3)

储热时：

H_load(t)为t时段系统热负荷；Q_CHP(t)、η_CHP分别为背压式热电联产机组在t时段热水出力和供热效率；Q_re(t)为热水罐在t时段输出/输入的热量；η^*为热水罐的供热效率；η_air为空调的制热效率；Q_CHP(t+t_Δ)表示综合调度控制装置在t+t_Δ时刻发出控制信号使热电联产机组在t_Δ时刻开始供热。

3.2.3)热水罐约束：

热水罐选择约束：Ω_MAX＝∑(V_bK,i-V_bK,i(t))； (4)

Ω_MAX为下一时刻进行调控储热的热水罐的剩余总体积最大且总k_re个热水罐参与储热及k_re个热泵打开开关制热；

热水罐开关状态约束：

储热：

放热:

热水罐储能约束：

热水罐储热容量约束：0≤V_bK,i(t)≤V_{bK,i max}； (7)

热水罐输入/输出热能出力约束：0≤|Q_rei(t)|≤Q_{rei max}； (8)

其中：V_bK,i(t)、V_bK,imax(t)分别为用户i热水罐的实时容量和最大储热容量；Q_rei(t)为热水罐输出/入热能，输出为正，输入为负；Q_{rei max}为热水罐的最大热能输出/入值。

3.2.4)预调节用户组与用户选择及干扰次数约束：

调控优先级：

干扰次数限制：R(b,k,i)≤R(b,k,i)_max＝r(k)^*＝[r(k)]＝dΔτ_bi,K； (10)

R(b,k,i)为第b组第K类用户i的调节次数；r(k)为调节次数与用户种类之间的关系，d为系数。r(k)*为第K类用户可接受的最大调节次数；H_OM(max)、K_min分别表示参与用户组的均一性和最大、种类和最小。

3.2.5)用户侧热泵约束：

热电比约束：h_EHP(t,l)＝P_EHP(t,i)*COP_EHP＝Q_ini(t)/δ； (11)

h_EHP(t,i)、p_EHP(t,i)分别为t时刻用户i热泵的供暖功率、耗电功率，COP_EHP为热泵性能系数；p_EHPs(t)为t时段热泵消耗的总风电量；δ为热泵热出力输出到热水罐的效率。

出力上限：

3.2.6)用户侧空调约束：

热电比约束：h_air(t,b_K)＝COP_air*p_air(t,b_K)； (14)

开关状态约束:t₁＝0,

h_air(t,b_K)、p_air(t,b_K)分别为t时刻第b组第K类用户空调的供暖功率、耗电功率之和；η_air为空调性能系数；

出力上限：0＜＝p_air(t,b_K)＜＝min(P_air(b_K)),H_load(b_K)/η_air)； (18)

3.2.7)热电联产机组约束：

发电出力下限：

发电出力上限：

发电出力限制：

热电比约束：Q_CHP(t)＝η_RDBp_CHP(t)； (22)

热电联产机组效率约束：η_CHP(t)＝(Q_CHP(t)+p_CHP(t))/f_CHP(t)； (23)

其中，P_CHP为热电联产机组容量；p_CHP(t)、

Q_CHP(t)分别为调节后热电联产机组发电出力、最小发电出力、最大发电出力、供暖热出力；η_RDB为热电联产机组热电比；η_CHP(t)为热电联产机组效率，f_CHP(t)为热电联产功率能耗；

4)综合调度控制装置根据运算结果当中调节后的各变量生成调度控制信号并发出：

将热电联产机组的发电出力

p_CHP(t)和热出力Q_CHP(t)信号发送给第一远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作；

将热水式采暖散热器开关函数

用户空调耗电量P_air(t,b_K)、空调供热量h_air(t,b_K)及空调开关函数

热泵耗电量p_EHP(t,i)、耗热量h_EHP(t,i)及热泵开关函数

热水罐的热出力

及其开关函数

发送给第三远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作。

Claims (7)

1.基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统，其特征在于，包括：三个子硬件系统和一个综合控制系统：

终端热负荷测量分析系统：

用户的智能手机(F)；

用于采集用户数量、位置信息的无线通讯基站(E)；

用于检测用户室内、外温度的无线温度传感器；

用于检测空调、热泵、热水罐进/出水电磁阀的开、关次数的智能开关量记录仪(111)；“开”、“关”状态用“0”、“1”表示；

用于检测热水式采暖散热器(108)的热水消耗量的热水消耗计量表(109)；

电力系统：

用于产出电力和热力的热电联产机组(A)；

用于产出电力的风力发电机组(B)；

用于消耗电力制热的热泵(202)和空调(205)；

通过电力电缆网(201)与背压式热电联产机组(A)和风力发电机组(B)并联的用户的热泵(202)与空调(205)；采集用户非采暖耗电量的电表(204)；

热力系统：

用于储热的位置、容量不同的热水罐(C)；

热水罐通过供热管道网(101)向用户提供热水；通过供热管道网(101)与热电联产机组(A)相连接的用户的热水式采暖散热器(108)；

属于且附着在电力系统与热力系统的传感器类与执行器类：

传感器类：流量传感器(102)，检测热水流量；压力式温度传感器(103)，检测热水罐中热水温度；液位传感器(105)，检测热水罐中热水的液位；

执行器类：止回阀(211)，防止热水倒流；进水遥控电磁阀(106)，给热水罐注水；出水遥控电磁阀(107)，打开放水给用户进行供热补偿；循环泵(212)，将水循环利用；控制热泵(202)的热泵遥控开关(203)；控制空调(205)的空调遥控开关(206)；控制热水式采暖散热器(108)的热水式采暖散热器智能遥控开关(110)；

综合控制系统：

第一远程集中控制器(1121)采集热电联产机组(A)的热电产能信息并传给综合调度控制装置(1124)；第二远程集中控制器(1122)采集风力发电机组(B)的发电信息并传递给综合调度控制装置(1124)；第三远程集中控制器(1123)记载热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的管道距离信息并采集用户非采暖用电量、热水消耗计量表(119)检测的热水流入量及用户输入热惯性时间，用户室内、外温度和用户数量，并将以上信息分别传送给综合调度控制装置(1124)；第三远程集中控制器(1123)还接收综合调度控制装置(1124)发出的调度控制信号，根据调度控制信号分别驱动热泵的遥控开关(203)、空调遥控开关(206)、热水式采暖散热器遥控开关(110)及热水罐遥控电磁阀(106/107)执行动作；

综合调度控制装置(1124)还接收终端用户的位置、数量、室内、外温度、开关状态信息，通过通信电缆(206)与计算机服务系统(207)连接，并驱动计算机服务系统(207)计算，以获得调度控制信号，然后经由通信电缆将调度控制信号传送给第一/三远程集中控制器(1121/1123)；

分析如下：均一性指在计及外界因素及内界因素的干扰时单位用户单位时间内对热负荷的需求值是一样的；外界因素包括：用户室外温度、用户空间位置；内界因素包括：用户年纪、性别；在实际供热中，用户所处的外界环境和内界环境是不完全相同的，则用户单位时间内热负荷肯定是不同的，即用户热负荷均一性是有差异的，则在调度应该注意到均一性差异对调度策略的影响；

我们把均一性表示出来，用到的变量如下:

直接测量变量如下：用户数量Y_b(t)、y_bK(t)；用户室内温度上限值τ_imax(t)与下限值τ_imin(t)；热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的实际管道距离信息S_i；热水消耗计量表(119)检测热水消耗量Q_i(t)；

间接计算变量如下：用户种类信息K及各组用户中各类用户的人数y_bK(t)及其比例信息α_bK(t)，其中K为正整数；热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的等效管道距离s_i；热水消耗量Q_b(t)及每类用户热水消耗量q_bK(t)。；其中：t＝S_i/v/ΔT，s_i*＝(S_i/v+T_i)/ΔT；ΔT为采样周期，ν为热水流速；将计算结果做取整运算s_i＝[s_i*],s_i∈N，将相同s_i的用户分为同一组，s_i＝b，记为第b组，共B组；

模型如下：Δτ_i(t)＝τ_imax(t)-τ_imin(t)；

Δτ_i(t)＝Δτ_i,K(t)；KΤ₁≥Δτ_i(t)≥(K-1)Τ₁；

Δτ_bi(t)＝τ_bimax(t)-τ_bimin(t)；

Δτ_bi(t)＝Δτ_bi,K(t)；KΤ₁≥Δτ_bi(t)≥(K-1)Τ₁；

y_bK(t)＝∑K_i；Δτ_bi(t)＝τ_bi,K(t),i≠0,K_i＝1；

y_bK(t)/Y_b(t)＝α_bK(t)；q_bK(t)＝∑Q_bi,K(t)；

且：

∑q_bK(t)＝Q_b(t)；∑y_bK(t)＝Y_b(t)；

Δτ_i＝Z₁Τ₁＝Δτ_i(set)时，用户为第m类用户，数量为y_bm(t)，比例为α_bm(t)，热负荷为q_bm(t)；

为第b组用户i的室内温度波动范围；

表示第b组用户i的室内温度波动范围为第K类；Q_bi,K(t)表示第b组用户中第K类用户i的热负荷，Τ₁为温度波动范围最小分组周期；将扰量分离出来，第b组用户热负荷均一性值可表示为：

H_om(b,t)＝∑q_bK(t)/y_bK(t)^*α_bK(t)；得到坐标点A(H_om(b,t))，设用户热负荷均一性分布函数为f(b,t)，其包含时间和空间两个变量且已知用户热负分布服从威布尔分布，则设用户热负荷均一性分布服从二元威布尔分布；有两种情况：

①当t一定时，相当于t为常量，此时t＝t_c，得到在t_c时刻不同用户组b的均一性值A(H_om(b,t_c))，利用该值用最小二乘法求出其最接近的线性函数y＝a₁b+a₂，则形状参数λ₁＝a₁，尺度参数

则:f₁(b)＝X(λ₁，λ₂)；②当b一定时，相当于b为常量，此时b＝b_c，得到在多个t时刻用户组b_c的均一性值A(H_om(b_c,t))，利用该值用最小二乘法求出其最接近的线性函数y＝a₃b+a₄，则形状参数λ₃＝a₃，尺度参数

则:f₂(t)＝X(λ₃,，λ₄)；由于是二元分布，可以将任一变量转化为二行一维向量分别表示时间和用户组进而求出其空间分布；将用户组b转化为向量b和t，即b＝[b,t]^Τ；将用户组b＝[b,t]^Τ带入函数f(b,t)＝＝f₁(b)*f₂(t)＝X(λ₁，λ₂)*X(λ₃,λ₄)，即：

则得出热负荷均一性分布的二元威布尔分布，利用MATLAB可求出其时空分布图。

2.根据权利要求1所述的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统，其特征在于：利用无线通讯基站(E)测量用户信息如下：

用户被动数量信息采集：无线通讯基站(E)与手机(F)信息交换是一对一的过程，用户端视为每人一部手机，则基站在某时段采集的手机数量可视为用户数量；无线通讯基站(E)能容纳的用户数量额定值为J，采集某时段基站中进行信息交换的用户数量J₁(t)，则可调节的用户总数量为J₁(t)，不能参与调节的用户数量J₂(t)且J₂(t)＝J-J₁(t)，根据距离分组，可得出每组可调节的用户数量为Y_b(t)；

用户被动时空信息采集：无线通讯基站(E)的覆盖范围是以基站为中心，半径为一定常量的圆形范围，在此范围内的用户的手机位置信息都可被检测到；利用基站(E)对用户手机(F)定位，记录用户的经纬度坐标信息，引入空间位置信息到终端热负荷中，使用户热负荷空间分布可视化。

3.根据权利要求1或2所述的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统，其特征在于：

原有的热力系统：

测量热电联产机组(A)与热水式采暖散热器(108)之间的实际管道距离信息S_i，可算出其等效距离s_i；

新加入的终端热负荷测量分析系统：

测量各组、各类用户数量Y_b(t)、y_bK(t)；用户室内温度上限值τ_imax(t)与下限值τ_imin(t)；各组各类用户热水消耗量Q_b(t)及q_bK(t)；可计算出用户种类信息K及各组各类用户的人数y_bK(t)及其比例α_bK(t)，进而求出用户热负荷均一性分布；

基于终端热负荷非均一特性及热水流速，提出一个新的控制策略对其进行协同控制，用于得到：用户分组分类的调度控制信号；在每个时刻应参与调度的预调节用户组、用户种类的调控信号；终端用户处在每个时刻应开/关热水罐进行储热/放热的热水罐位置、个数及其开/关时长的调控信号；终端用户处在每个时刻应开/关热泵进行制热的热泵位置、个数及其开/关时长及电力消耗量的调度控制信号；终端预调节用户处的空调在每个时刻的其开/关时长及采暖电力消耗量的调度控制信号。

4.根据权利要求1所述的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统，其特征在于，规划热水罐的选址定容时应计及用户干扰成本和修建成本，热水罐的位置由用户热负荷均一特性决定，容量由用户本身所需热负荷决定，其规划模型如下：

选址：在k个时段内选择热负荷均一性值大于设定值Hom(set)的用户组作为建立预热水罐地区，若不同时间段之间有重复的用户组，则按同一组用户对待，共B'个用户组；然后在B'个用户组中选择室内温度波动范围大于设定值Δτ_i(set)的用户种类作为建立热水罐用户；

选址模型：(N+1)Τ₂≥H_om(b,t,k)≥NΤ₂；H_on(b,t,k)≥Z₂Τ₂＝Hom(set)；

C(t,k)＝∑[k_b；H_om(b,t,k),b≠0,k_b＝1；]

B'＝∑b(t,k),b(t,k)≠b(t,k-1)；

y_re＝∑k_i；Δτ_i(t)≥Z₁Τ₁＝Δτ_i(set),i≠0,k_i＝1；

定容：热水罐的容量由用户需要的供暖时长及其热水罐最大供水功率的乘积决定；

定容量模型：

其中：k、N为自然数，T为调度周期，H_om(b,t,k)为第k个采样时间段第b组用户热负荷均一性值；Τ₂为用户均一性值分组间隔周期；C(t,k)为第k个采样时间段的用户数量；y_re为B'个用户组b_m～b_m'中需要建立热水罐的用户数量；

为第b组第K类用户i需持续供暖的时间；p_out,max为热水罐的最大输出功率；

为第b组第K类用户i的热水罐规划容量。

5.根据权利要求1或4所述的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统，其特征在于，根据用户热负荷非均一特性选择出预调节用户组和预调节用户种类，这是一个中间状态，在每个时段中参与调节的用户可能是不同的，但选择原则是相同的；模型如下：

预调节用户组：(N+1)Τ₂≥h_om(b,t)≥NΤ₂；

h_om(b,t)≥Z₂Τ₂＝Hom(set)；

C'(t)＝∑[k_b；h_om(b,t),b≠0,k_b＝1]；C'≤B'；

预调节用户种类：y_re'(t)＝∑[k_i；Δτ_i(t)≥2Τ₁,i≠0,k_i＝1]；k₀≤k≤k_mo；

h_om(b,t)为下一时刻第b组用户热负荷均一性值；C'为用户组数量，为

y_re(t)'为C'个用户组中可参与消纳风电的用户数量。

6.根据权利要求3所述的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统，其特征在于，风功率的大小决定了热泵及热水罐的开关，用户室内温度波动范围及其室外温度决定了用户空调的调节时间；用户调节时间包含室温上升和室温下降两个阶段：经离散后，调节时间转化为单独的0/1点；这是一个求空调、热泵及热水罐的开关函数的中间状态：

室温上升调节时间可分为两种情况：

①调节时间等于整数倍控制周期，则该段时间内控制次数为该整数；

②调节时间等于整数倍控制周期加余数，由四舍五入法，则该段时间内控制次数为该整数加一或者为该整数；则在以上时间段内空调打开；

模型如下：

t_bi,K,max≥t_bi,K,set≥t_bi,K,0；

t_1,bi,K ^*＝t_1,bi,K/t_kong＝N₁ ^*t_kong+Φ₁；

将计算结果做取整运算，则：

则：t₁＝0，

t₁≠0，

室温下降调节时间可只有一种情况：调节时间等于整数倍控制周期，无论余数怎样，该段时间内控制次数为该整数，则在该时间段内空调关闭；目的是为了室内温度不低于用户所接受的最低温度；室温衰减到一定温度后T_bi,K,mo则空调进行制热室温升温；

模型如下：

得：τ_bK,i(t)＝τ_bK,i,0-(τ_bK,i,0-τ_bK,i,out)e^-Mt；

即：

且T_bi,K,mo≥t_bi,K,min；

t_2,bi,K ^*＝t_2,bi,K/t_kong＝N^* ₂t_kong+Φ₂；

做取整运算，则：t₂＝[t_2,bi,K ^*]＝N₂ ^*t_kong；则：

其中，N₁ ^*、N^*为自然数，Φ₁、Φ₂为超出控制周期的时间部分；Q_bi,,K,sheng(t)表示第b组第K,K≤m类用户i在t时刻用户室温从当前值τ_bK,i,0上升到温度设定值t_bi,K,set需要的采暖负荷；

为空调的工作功率；t_1,bi,K为用户室温上升最高室温实际需要时间；t_2,bi,K为用户室内温度衰减需要的时间；t_kong为用户控制周期；

为用户室温的下降速率；Δτ_bK,i,out(t)为室内外温差；M为比例系数；τ_bK,i(t)为室内温度随时间的变化函数；τ_bK,i,out为室外温度；

热水罐开、关分以下两种情况：

①风电充足时，热水罐进行储热：热泵、热水罐进水电磁进水阀打开，热水罐出水电磁阀关闭；当热水罐能量达到最大值时，停止储热；

热水罐储热模型：

当

ΔT₁＝(V_bK,i-V_bK,i(t-1)η)/(Q_ini(t)η_in)＝t_r1，

则：

②风电不充足时，热水罐进行放热：热泵、热水罐进水电磁阀关闭，热水罐出水电磁阀打开；当热水罐能量消耗完时，停止供热；当热水罐热水消耗完时仍不能满足用户供暖需求，热电联产机组改变出力对用户进行补偿；考虑热水传输的延时性，提前一段时间对用户进行供热；

热水罐放热模型：

V_bK,i ^*(t)＝V_bK,i ^*(t-1)η-ΔT₂Q_outi(t)/η_out；

当V_i ^*(t)＝0，ΔT₂＝(V_bK,i ^*(t-1)η-0)/(Q_outi(t)/η_out)＝t_r2；

则：

则热水罐可供暖时间t_{bK,i,gongnuan}＝t_bK,i,r2-t_bK,i,d；

热水传输延迟时间t_bK,i,yanchi＝S_bK,i/v/ΔT；用户需要供暖时间为

共有两种情况：

①

热电联产机组不参与供热；

②

热电联产机组参与供热，则在t_bK,i,d时刻反馈信息到综合调度控制装置，其处理后发出在t_bK,i,r3时刻进行供应热水的控制信号；其中，

分别为热泵、热水罐进/出水电磁阀的开关状态函数。

7.根据权利要求1所述的基于终端热负荷非均一特性的电、热协同调度系统，其特征在于，

1)采集变量：

1.1)采集热电联产机组、风电机组在0～K*ΔT时间段的发电出力P_CHP(t)和热出力Q_CHP(t)、P_wind(t)及用户非采暖耗电量p_LOAD(t)；

1.2)采集用户数量Y_b(t)、y_bK(t)；用户室内温度上限值τ_imax(t)与下限值τ_imin(t)；热电联产机组与热水式采暖散热器之间的实际管道距离信息S_i；热水消耗计量表检测热水消耗量Q_i(t)；

1.3)采集热水罐容量信息V_bK,i(t)与V_bK,i(t)*；

2)计算以下变量：

2.1)利用统计分析方法预测出K～2K*ΔT时间段风电总出力p_wind(t)和热电联产机组的发电出力p_CHP(t)和热出力Q_CHP(t)及用户非采暖耗电量P_LOAD(t)；

2.2)用户种类信息K及各组用户中各类用户的人数y_bK(t)及其比例信息α_bK(t)；热电联产机组与热水式采暖散热器之间的等效管道距离s_i；热水消耗量Q_b(t)及每类用户热水消耗量q_bK(t)及总采暖负荷Q(t)；利用统计分析方法预测出K～2K*ΔT时间段热水消耗量q_b(t)及每类用户热水消耗量Q_bK(t)及总采暖负荷H_load(t)；

2.3)用户热负荷均一性值h_om(b,t)；

2.4)室内温度上升时间：

室内温度衰减时间：t₂＝[t_2,bi,K ^*]＝N₂ ^*t_kong；

热水罐充热时间：ΔT₁＝(V_bK,i(t)-V_bK,i(t-1)η)/(Q_ini(t)η_in)；

热水罐放热时间：ΔT₂＝(V_bK,i ^*(t-1)η-V_bK,i ^*(t))/(Q_outi(t)/η_out)；

3)由目标函数(1)和约束条件(2～23)组成优化问题进行迭代求解，利用GAMS中的Baron求解器来求解该非线性规划问题，以获取目标函数最小值为结果，进而求解获取各变量作为调控信号：

3.1)以时间T内单位弃风量最小为目标函数，为：

为风电场t时刻的弃风，F_d(p_CHP(t))为背压机组的发电成本；δ为惩罚因子；σ为单位弃风量；

为时间T内的弃风量；

3.2)约束条件

3.2.1)功率平衡约束

为风电场在t时刻的预测风功率；P_LOAD(t)为t时刻系统非采暖电负荷；P_EHPs(t)为t时刻用户侧所有热泵的用电功率；P_airs(t)为t时刻用户侧所有空调的用电功率；

为空调开关状态函数；

P_air(b_K)＝∑P_i ^air(b_K)；

3.2.2)热负荷平衡约束

H_load(t)＝Q_CHP(t+t_Δ)η_CHP+η^*Q_re(t)+P_airs(t)η_air (3)

H_load(t)为t时段系统热负荷；Q_CHP(t)、η_CHP分别为背压式热电联产机组在t时段热水出力和供热效率；Q_re(t)为热水罐在t时段输出/输入的热量；η^*为热水罐的供热效率；η_air为空调的制热效率；Q_CHP(t+t_Δ)表示综合调度控制装置在t+t_Δ时刻发出控制信号使热电联产机组在t_Δ时刻开始供热；

3.2.3)热水罐约束：

热水罐选择约束：Ω_MAX＝∑(V_bK,i-V_bK,i(t))； (4)

Ω_MAX为下一时刻进行调控储热的热水罐的剩余总体积最大；

热水罐开关状态约束：

储热：

放热:

热水罐储能约束：

热水罐储热容量约束：0≤V_bK,i(t)≤V_bK,imax； (7)

热水罐输入/输出热能出力约束：0≤|Q_rei(t)|≤Q_reimax； (8)

其中：V_bK,i(t)、V_bK,imax(t)分别为用户i热水罐的实时容量和最大储热容量；Q_rei(t)为热水罐输出/入热能，输出为正，输入为负；Q_reimax为热水罐的最大热能输出/入值；

3.2.4)预调节用户组与用户选择及干扰次数约束：

调控优先级：

干扰次数限制：R(b,k,i)≤R(b,k,i)_max＝r(k)^*＝[r(k)]＝dΔτ_bi,K； (10)

R(b,k,i)为第b组第K类用户i的调节次数；r(k)为调节次数与用户种类之间的关系，d为系数；r(k)*为第K类用户可接受的最大调节次数；H_OM(max)、K_min分别表示参与用户组的均一性和最大、种类和最小；

3.2.5)用户侧热泵约束：

热电比约束：h_EHP(t,l)＝P_EHP(t,i)*COP_EHP＝Q_ini(t)/δ； (11)

h_EHP(t,i)、p_EHP(t,i)分别为t时刻用户i热泵的供暖功率、耗电功率，COP_EHP为热泵性能系数；p_EHPs(t)为t时段热泵消耗的总风电量；δ为热泵热出力输出到热水罐的效率；

出力上限：

3.2.6)用户侧空调约束：

热电比约束：h_air(t,b_K)＝COP_air*p_air(t,b_K)； (14)

开关状态约束:

h_air(t,b_K)、p_air(t,b_K)分别为t时刻第b组第K类用户空调的供暖功率、耗电功率之和；η_air为空调性能系数；

出力上限：0＜＝p_air(t,b_K)＜＝min(P_air(b_K)),H_load(b_K)/η_air)； (18)

3.2.7)热电联产机组约束：

发电出力下限：

发电出力上限：

发电出力限制：

热电比约束：Q_CHP(t)＝η_RDBp_CHP(t)； (22)

热电联产机组效率约束：η_CHP(t)＝(Q_CHP(t)+p_CHP(t))/f_CHP(t)； (23)

其中，P_CHP为热电联产机组容量；p_CHP(t)、

Q_CHP(t)分别为调节后热电联产机组发电出力、最小发电出力、最大发电出力、供暖热出力；η_RDB为热电联产机组热电比；η_CHP(t)为热电联产机组效率，f_CHP(t)为热电联产功率能耗；

4)综合调度控制装置根据运算结果当中调节后的各变量生成调度控制信号并发出：

将热电联产机组的发电出力p_CHP(t)和热出力Q_CHP(t)信号发送给第一远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作；

将热水式采暖散热器开关函数

用户空调耗电量P_air(t,b_K)、空调供热量h_air(t,b_K)及空调开关函数

热泵耗电量p_EHP(t,i)、耗热量h_EHP(t,i)及热泵开关函数

热水罐的热出力

及其开关函数

发送给第三远程集中控制器，控制其在未来调节时间内各时段的动作。

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