CN110230842A - 一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，步骤一：对蓄热式电锅炉运行特点进行计算；步骤二：确定蓄热式电锅炉削峰填谷的限制条件；步骤三：利用步骤一中的蓄热式电锅炉运行特点和用户功耗的基础上，结合多智能体的方法，利用步骤二中的限制条件得出最优控制方案。（1）本发明简单实用，减小了负荷峰谷差值，缓解了电网压力，有利于配电网的稳定。（2）本发明将蓄热式电锅炉用于削峰填谷，减少对大电网的影响，并可推迟设备容量升级改造，提高设备利用率，节省升级费用。（3）本发明的蓄热式电锅炉用于削峰填谷具有良好的经济效益和环境效益，解耦了热电联产机组“以热定电”的约束，减少了二氧化碳等污染气体的排放。

Description

一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种用于配 电网削峰填谷的基于多智能体蓄热式电锅炉的控制方法。

技术背景

随着中国的城市化进程的不断推进，随之而来的能源问题已经成 为社会关注的焦点之一。中国2012年在一次能源消费中煤炭消费比 例已占68.5％，这无疑会引起气候恶化和环境污染问题，特别是温室 效应、雾霾天气等。因此，中国国家电网公司提出了能源替代战略， 积极倡导“以电代煤、以电代油和电从远方来”的能源消费新模式。 另外随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，电力系统中的负荷 呈现峰谷负荷差逐年增大、最大负荷利用小时数逐年下降的特点。这 会导致发、输、配等环节的电力设备规模跟随年最大负荷的增大而增 大，但设备的年最大负荷利用小时数却会降低，降低了电力设备投资 的经济性，造成社会资源利用低下。尽管可以实施分时电价和需求侧 管理等措施实现削峰填谷，但其作用相对有限。

随着现代电网技术的发展，储热技术逐渐被引入到电力系统中， 储热可以有效的实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，可 以提高电力设备利用率，降低供电成本，还可以促进新能源的利用。 但是锅炉优化的研究还是相对缺乏，最佳经营利润尚未达到。

发明内容

针对现有技术方法的不足，本发明提出一种用于配电网削峰填谷 的基于多智能体蓄热式电锅炉的控制方法，其目的是解决以往所存在 的不足，此种控制方法简单实用，更贴近于实际工程应用。本发明的 目的是通过设计一种基于多智能体的蓄热式电锅炉的优化控制策略， 通过这种策略进行削峰填谷使负荷曲线变得更平坦，减小负荷峰谷差 值，缓解电网压力，有利于配电网的稳定。

技术方案：

一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，其特 征在于：本发明包括以下步骤：

步骤一：对蓄热式电锅炉运行特点进行计算；

步骤二：确定蓄热式电锅炉削峰填谷的限制条件；

步骤三：利用步骤一中的蓄热式电锅炉运行特点和用户功耗的基 础上，结合多智能体的方法，利用步骤二中的限制条件得出最优控制 方案。

步骤一中的蓄热式电锅炉运行特点包括蓄热式电锅炉蓄热量及 功率、蓄热式电锅炉供暖负荷和蓄热式电锅炉有效储热容积。

步骤一中的蓄热式电锅炉蓄热量及功率包括总储热蓄热量及功 率以及组件储热蓄热量及功率，计算方式如下：

1)蓄热式电锅炉蓄热量及功率表示如下：

W_sum＝∑P_i×t_i

式中：W_sum表示整个期间储热的总和；P_i表示在不同时段蓄热电锅炉 的功率值；t_i表示加热时间。

2)总储热蓄热量及功率如下：

式中：P_t表示电蓄热锅炉处于总蓄热状态时的功率值；T_sum表示电蓄 热锅炉的总蓄热时间；η代表的蓄热电锅炉的效率，通常是95％。

3)组件储热蓄热量及功率如下：

式中：P_c1表示蓄热式电锅炉蓄热后的功率值及部件蓄热状态；T_a表示 在非蓄热时间蓄热电锅炉的加热时间；P_c2表示电蓄热锅炉在部件蓄 热状态下的功率；μ表示蓄热电锅炉的蓄热效率。

步骤一中蓄热式电锅炉供暖负荷计算：

P_i＝S×Q_f

式中：S表示建筑物的供暖面积；Q_f是建筑供暖面积的热指数。

步骤一中蓄热式电锅炉有效储热容积计算：

式中：V表示蓄热电锅炉水箱的有效容积；3.6是时间的转换系数；α 表示蓄热箱向用户侧传热时的热损失安全系数；β是储热水箱的散热 损失安全系数；C表示水的比热容量；T_avmax代表储热水箱的平均最高 温度；T_avmin是平均最低温度；ρ为水的密度。

步骤二中所述的电蓄热锅炉的限制条件包括蓄热容量限制、功率 约束和温度约束，三者需要同时满足,蓄热容量限制、功率约束和温 度约束的具体确定方式如下：

1)蓄热容量限制确定方法如下：

n·W_sum≥W_ul

n·W_t≤W_max

其中：n是蓄热电锅炉的数量；W_ul是用户需求热负荷总量；W_t是电蓄 热锅炉在时间t的储热能力；W_max是电蓄热锅炉最大热容量。

2)功率约束确定方法如下：

P_min≤P_c≤P_max

其中：P_c代表蓄热电锅炉的运行功率，P_min和P_max分别代表蓄热电锅炉 运行功率的最小、最大值。

3)温度约束确定方法如下：

T_min≤T_temp≤T_max

其中：T_temp在时间t的室内温度；室内温度的上限值和下限值为T_max和 T_min。

步骤三中所述的结合多智能体的方法，得出最优控制方案的步骤 如下：

a)初始化迭代参数；

b)根据用户在每段时间内的用户功耗(热负荷)，计算出蓄热式 锅炉的起停时间；

c)更新或不更新控制策略取决于蓄热式锅炉的供热量是否能满 足用户功耗(用户热负荷)的总和，以及室内温度是否能满足要求； 如果在供热量能满足用户热负荷的总和的同时室内温度也满足需求， 则更新控制策略；相反，停止循环；

d)在供热量能满足用户功耗(热负荷)的总和的同时室内温度 也满足条件的情况下，循环迭代达到24时(前一天的0:00到第二天 的)，即得到一天内电蓄热锅炉的运行策略。

初始化迭代参数之前先对电蓄热锅炉有关参数初始化，有关参 数为步骤一中的蓄热式电锅炉运行特点参数。

c)步骤所述的“如果在供热量能满足用户热负荷的总和的同时 室内温度也满足需求”的判定过程需要结合步骤二所述的限制条件进 行，判断n·W_t≤W_max、P_min≤P_c≤P_max和T_min≤T_temp≤T_max是否满足。

一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制系统，其特 征在于:

该系统包括运行特点计算模块、限制条件确定模块和最优控制方 案生成模块；

运行特点计算模块对蓄热式电锅炉运行特点进行计算；

限制条件确定模块确定蓄热式电锅炉削峰填谷的限制条件；

最优控制方案生成模块利用运行特点计算模块的蓄热式电锅炉 运行特点和用户功耗的基础上，结合多智能体的方法，再利用限制条 件确定模块中的限制条件得出最优控制方案。

优点效果：

根据每一个蓄热式电锅炉的运行特点和用户的功耗，结合多智能 体的思想，得出最优控制方案。其具体过程为：首先，电蓄热锅炉有 关参数的初始化，如电蓄热锅炉的数量、蓄热能力和室内温度等参数； 其次，初始化迭代参数；然后，根据用户在每段时间内的热负荷，计 算出蓄热式锅炉的起停时间；接着，更新或不更新控制策略取决于蓄 热式锅炉的供热量是否能满足用户热负荷的总和，以及室内温度是否 能满足要求。如果满足需求，则可以更新控制策略；相反，停止循环 (工作条件不变)；最后，在满足上述条件的情况下，循环迭代达到 24时，即可得到一天内电蓄热锅炉的运行策略。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

(1)本发明简单实用，更贴近于实际工程应用。通过蓄热式电锅炉 削峰填谷使负荷曲线变得平坦，减小了负荷峰谷差值，缓解了电网压 力，有利于配电网的稳定。

(2)本发明将蓄热式电锅炉用于削峰填谷，能够有效缓解负荷曲线 一天周期内的剧烈波动，减少对大电网的影响，并可推迟设备容量升 级改造，提高设备利用率，节省升级费用。

(3)本发明的蓄热式电锅炉用于削峰填谷具有良好的经济效益和环 境效益，解耦了热电联产机组“以热定电”的约束，减少了二氧化碳 等污染气体的排放。

附图说明

图1为本发明提供的用于配电网削峰填谷的基于多智能体蓄热式电 锅炉多智能体系统结构图；

图2为本发明提供的用于配电网削峰填谷的基于多智能体蓄热式电 锅炉控制策略的结构图；在中央控制层中，采用了蓄热式锅炉的多智 能体最优控制策略。电蓄热锅炉作为一种单体，作为最优控制量。当 它直接或间接地连接到用户时，根据工作负载参数、电力需求及其运 行特性，代理制定操作计划并将此消息发送给其他代理完成整个控制 策略。

图3为本发明提供的用于配电网削峰填谷的基于多智能体蓄热 式电锅炉控制策略的流程图。a)电蓄热锅炉有关参数的初始化，如 电蓄热锅炉的数量、蓄热能力和室内温度等参数；b)初始化迭代参 数。c)根据用户在每段时间内的热负荷，计算出蓄热式锅炉的起停 时间。d)更新或不更新控制策略取决于蓄热式锅炉的供热量是否能 满足用户热负荷的总和，以及室内温度是否能满足要求。如果满足需 求，则可以更新控制策略；相反，停止循环(工作条件不变)。e)在 满足上述条件的情况下，循环迭代达到24时，即可得到一天内电蓄 热锅炉的运行策略。

具体实施方法：

本发明提供一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制 方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：对蓄热式电锅炉蓄热量及功率、蓄热式电锅炉供暖负荷 和蓄热式电锅炉有效储热容积进行计算

a)蓄热式电锅炉蓄热量及功率

W_sum＝∑P_i×t_i

式中：W_sum表示整个期间储热的总和；P_i表示在不同时段蓄热电锅炉 的功率值；t_i表示加热时间。

b)总储热蓄热量及功率

式中：P_t表示电蓄热锅炉处于总蓄热状态时的功率值；T_sum表示电蓄 热锅炉的总蓄热时间；η代表的蓄热电锅炉的效率，通常是95％。

c)组件储热蓄热量及功率

式中：P_c1表示蓄热式电锅炉蓄热后的功率值及部件蓄热状态；T_a表示 在非蓄热时间蓄热电锅炉的加热时间；P_c2表示电蓄热锅炉在部件蓄 热状态下的功率；μ表示蓄热电锅炉的蓄热效率。

步骤2：蓄热式电锅炉供暖负荷计算

P_i＝S×Q_f

式中：S表示建筑物的供暖面积；Q_f是建筑供暖面积的热指数。

步骤3：蓄热式电锅炉有效储热容积计算

式中：V表示蓄热电锅炉水箱的有效容积；3.6是时间的转换系数；α 表示蓄热箱向用户侧传热时的热损失安全系数；β是储热水箱的散热 损失安全系数；C表示水的比热容量；T_avmax代表储热水箱的平均最高 温度；T_avmin是平均最低温度；ρ为水的密度。

步骤4：确定电蓄热锅炉的限制条件

电蓄热锅炉具有一定的调峰能力，因此在运行过程中有一定的限 制。

1)蓄热容量限制

n·W_sum≥W_ul

n·W_t≤W_max

其中：n是蓄热电锅炉的数量；W_ul是用户需求热负荷总量；W_t是电蓄 热锅炉在时间t的储热能力；W_max是电蓄热锅炉最大热容量。

2)功率约束

P_min≤P_c≤P_max

其中：P_c代表蓄热电锅炉的运行功率，P_min和P_max分别代表蓄热电锅炉 运行功率的最小、最大值。

3)温度约束

T_min≤T_temp≤T_max

其中：T_temp在时间t的室内温度；室内温度的上限值和下限值为T_max和 T_min。

步骤5：结合多智能体的方法确定最优控制方案

结合多智能体的方法，得出最优控制方案的步骤如下：

a)初始化迭代参数；

b)根据用户在每段时间内的用户功耗(热负荷)，计算出蓄热式 锅炉的起停时间；

c)更新或不更新控制策略取决于蓄热式锅炉的供热量是否能满 足用户功耗(用户热负荷)的总和，以及室内温度是否能满足要求； 如果在供热量能满足用户热负荷的总和的同时室内温度也满足需求， 则更新控制策略；相反，停止循环；

d)在供热量能满足用户功耗(热负荷)的总和的同时室内温度 也满足条件的情况下，循环迭代达到24时(前一天的0:00到第二天 的)，即得到一天内电蓄热锅炉的运行策略。

初始化迭代参数之前先对电蓄热锅炉有关参数初始化，有关参数 为蓄热式电锅炉运行特点参数。

c)步骤所述的“如果在供热量能满足用户热负荷的总和的同时 室内温度也满足需求”的判定过程需要结合步骤二所述的限制条件进 行，判断n·W_t≤W_max、P_min≤P_c≤P_max和T_min≤T_temp≤T_max是否满足。

一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制系统，该系 统包括运行特点计算模块、限制条件确定模块和最优控制方案生成模 块；

运行特点计算模块对蓄热式电锅炉运行特点进行计算；

限制条件确定模块确定蓄热式电锅炉削峰填谷的限制条件；

最优控制方案生成模块利用运行特点计算模块的蓄热式电锅炉运行 特点和用户功耗的基础上，结合多智能体的方法，再利用限制条件确 定模块中的限制条件得出最优控制方案。

本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此， 本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件 方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有 计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储 器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算 机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序 指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图 和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指 令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理 设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处 理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数 据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计 算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实 现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框 中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理 设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产 生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令 提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框 或多个方框中指定的功能的步骤。

为验证本专利所提方案的有效性，以一天24小时为一个调度周 期，一个小时为运行时段对算例进行分析。以辽宁省某住宅区为例， 总采暖面积约45500平方米，室内按采暖标准为25℃。热指标Q_f的 受热面积取21W/m²，蓄热式电锅炉的效率η为95％。生活区全天热负 荷需求，峰值负荷为2190kW，日负荷为35470kW·h，配置5台蓄热 锅炉(600kW)。24小时居住区热负荷分布如表1-1所示。蓄热式电 锅炉优化控制结果如表1-2所示。

表1-1 24小时居住区热负荷分布

时刻	1	2	3	4	5	6	7	8
									热负荷/kW	1400	1300	1125	1050	750	700	800	1000
时刻	9	10	11	12	13	14	15	16
									热负荷/kW	1050	1250	1300	1400	1625	1650	1725	1800
时刻	17	18	19	20	21	22	23	24
									热负荷/kW	2000	2125	2250	2125	2000	1800	1400	1300

表1-2蓄热式电锅炉优化控制结果

由表1-2可知，与传统的工作模式相比，本文提出的基于多智能 体的控制策略不仅能满足用户热负荷的需要，而且能实现“峰荷移”， 从而减小电网峰谷差。因此，该方案是可靠有效的。

综上，该运行控制方法不仅能减小负荷峰谷差值，缓解电网压力， 并可推迟设备容量升级改造，提高设备利用率，节省升级费用；同时 还具有良好的经济效益和环境效益，解耦了热电联产机组“以热定电” 的约束，减少了二氧化碳等污染气体的排放。

Claims (10)

1.一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制策略，其特征在于：本发明包括以下步骤：

步骤一：对蓄热式电锅炉运行特点进行计算；

步骤二：确定蓄热式电锅炉削峰填谷的限制条件；

步骤三：利用步骤一中的蓄热式电锅炉运行特点和用户功耗的基础上，结合多智能体的方法，利用步骤二中的限制条件得出最优控制方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制策略，其特征在于：步骤一中的蓄热式电锅炉运行特点包括蓄热式电锅炉蓄热量及功率、蓄热式电锅炉供暖负荷和蓄热式电锅炉有效储热容积。

3.根据权利要求2中所述的一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，其特征在于:

步骤一中的蓄热式电锅炉蓄热量及功率包括总储热蓄热量及功率以及组件储热蓄热量及功率，计算方式如下：

1)蓄热式电锅炉蓄热量及功率表示如下：

W_sum＝∑P_i×t_i

式中：W_sum表示整个期间储热的总和；P_i表示在不同时段蓄热电锅炉的功率值；t_i表示加热时间；

2)总储热蓄热量及功率如下：

式中：P_t表示电蓄热锅炉处于总蓄热状态时的功率值；T_sum表示电蓄热锅炉的总蓄热时间；η代表的蓄热电锅炉的效率，通常是95％；

3)组件储热蓄热量及功率如下：

式中：P_c1表示蓄热式电锅炉蓄热后的功率值及部件蓄热状态；T_a表示在非蓄热时间蓄热电锅炉的加热时间；P_c2表示电蓄热锅炉在部件蓄热状态下的功率；μ表示蓄热电锅炉的蓄热效率。

4.根据权利要求2中所述的一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，其特征在于:步骤一中蓄热式电锅炉供暖负荷计算：

P_i＝S×Q_f

式中：S表示建筑物的供暖面积；Q_f是建筑供暖面积的热指数。

5.根据权利要求2中所述的一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，其特征在于:步骤一中蓄热式电锅炉有效储热容积计算：

式中：V表示蓄热电锅炉水箱的有效容积；3.6是时间的转换系数；α表示蓄热箱向用户侧传热时的热损失安全系数；β是储热水箱的散热损失安全系数；C表示水的比热容量；T_avmax代表储热水箱的平均最高温度；T_avmin是平均最低温度；ρ为水的密度。

6.根据权利要求1中所述的一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，其特征在于:步骤二中所述的电蓄热锅炉的限制条件包括蓄热容量限制、功率约束和温度约束，三者需要同时满足,蓄热容量限制、功率约束和温度约束的具体确定方式如下：

1)蓄热容量限制确定方法如下：

n·W_sum≥W_ul

n·W_t≤W_max

其中：n是蓄热电锅炉的数量；W_ul是用户需求热负荷总量；W_t是电蓄热锅炉在时间t的储热能力；W_max是电蓄热锅炉最大热容量；

2)功率约束确定方法如下：

P_min≤P_c≤P_max

其中：P_c代表蓄热电锅炉的运行功率，P_min和P_max分别代表蓄热电锅炉运行功率的最小、最大值；

3)温度约束确定方法如下：

T_min≤T_temp≤T_max

其中：T_temp在时间t的室内温度；室内温度的上限值和下限值为T_max和T_min。

7.根据权利要求1中所述的一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，其特征在于:步骤三中所述的结合多智能体的方法，得出最优控制方案的步骤如下：

a)初始化迭代参数；

b)根据用户在每段时间内的用户功耗，计算出蓄热式锅炉的起停时间；

c)更新或不更新控制策略取决于蓄热式锅炉的供热量是否能满足用户功耗的总和，以及室内温度是否能满足要求；如果在供热量能满足用户热负荷的总和的同时室内温度也满足需求，则更新控制策略；相反，停止循环；

d)在供热量能满足用户功耗的总和的同时室内温度也满足条件的情况下，循环迭代达到24时，即得到一天内电蓄热锅炉的运行策略。

8.根据权利要求7中所述的一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，其特征在于:初始化迭代参数之前先对电蓄热锅炉有关参数初始化，有关参数为步骤一中的蓄热式电锅炉运行特点参数。

9.根据权利要求8中所述的一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制方法，其特征在于:c)步骤所述的“如果在供热量能满足用户热负荷的总和的同时室内温度也满足需求”的判定过程需要结合步骤二所述的限制条件进行，判断n·W_t≤W_max、P_min≤P_c≤P_max和T_min≤T_temp≤T_max是否满足。

10.一种基于多智能体的蓄热式电锅炉“削峰填谷”控制系统，其特征在于:

该系统包括运行特点计算模块、限制条件确定模块和最优控制方案生成模块；

运行特点计算模块对蓄热式电锅炉运行特点进行计算；

限制条件确定模块确定蓄热式电锅炉削峰填谷的限制条件；

最优控制方案生成模块利用运行特点计算模块的蓄热式电锅炉运行特点和用户功耗的基础上，结合多智能体的方法，再利用限制条件确定模块中的限制条件得出最优控制方案。