CN111582591A - 一种面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法 - Google Patents

一种面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，包括步骤：(1)非工业用户的逐时冷热负荷预测；(2)工业用户的逐时冷热负荷预测；(3)逐时电负荷预测；(4)冷热电多元负荷预测。本发明提出的冷热电负荷预测方法，通过集成地理信息、气象资源等常规数据库，并获取规划区域内的少量基础信息，如建筑面积、蒸汽温度、压力等，便可得到整个系统的逐时冷热电负荷；能够为系统的用能预测和规划设计提供参考，具有预测精度高、应用实现简单等优点。

Description

一种面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法
技术领域
本发明涉及负荷预测领域，尤其涉及一种面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测 方法。
背景技术
负荷预测是综合能源系统规划的重要前提和基础，关系到设备配置是否合理、系统 运行是否高效。目前，有关综合能源系统负荷预测的方法大多采用基于大量历史数据的回归分析或智能学习算法；这些方法对于数据样本的要求很高，难以应用于系统规划和 建设初期统计资料少、数据来源有限的情形。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种面向综合能源系统的冷热电多元负荷预 测方法，获取整个系统的逐时冷热电负荷，为系统用能预测和规划设计提供参考，预测精度高。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，包括步骤：
(1)非工业用户的逐时冷热负荷预测；
(2)工业用户的逐时冷热负荷预测；
(3)逐时电负荷预测；
(4)冷热电多元负荷预测。
进一步地，所述步骤1中，非工业用户的热负荷包括热水管道集中供暖和空调制热， 非工业用户的冷负荷包括溴冷机组和空调制冷；将非工业用户的冷热负荷中由电转化的 部分归入电负荷计算。
进一步地，非工业用户的逐时冷热负荷预测为：
Figure BDA0002488182790000011
Figure BDA0002488182790000012
其中，Ah,c,1商业综合体空调制热面积，Ah,c商业综合体有效用热面积，其比值为商业综合体电负荷制热系数；Ah,r,1居住区空调制热面积，Ah,r居住区有效用热面积，其比 值为商业综合体电负荷制热系数；Ah,o1办公区空调制热面积，Ah,o办公区有效用热面积， 其比值为商业综合体电负荷制热系数；
Ac,c,1商业综合体空调制冷面积，Ac,c商业综合体有效用冷面积，其比值为商业综合体电负荷制冷系数；Ac,r,1居住区空调制冷面积，Ac,r居住区有效用冷面积，其比值为商 业综合体电负荷制冷系数；Aco1办公区空调制冷面积，Aco办公区有效用冷面积，其比值 为商业综合体电负荷制冷系数。
进一步地，所述步骤2中，工业用户的冷负荷包括空调和冷库，工业用户的热负荷为蒸汽；将工业用户的冷热负荷中由电转化的部分归入电负荷计算。
进一步地，工业用户的逐时冷热负荷预测：
Figure BDA0002488182790000021
其中，Hs为蒸汽焓值，f为设计蒸汽用量；tstart为运行开始时间；tend为运行结束 时间。
进一步地，所述步骤3中，逐时电负荷预测包括商业综合体、居住、办公和工业的电负荷，非工业用户的冷热电负荷和工业用户的冷热电负荷，绿化用地电负荷。
进一步地，逐时电负荷预测为：
Figure BDA0002488182790000022
其中，Lh(t)非工业热负荷，Lh,1(t)空调热负荷，Cop,1空调制热能效系数；Lc(t)非工业冷负荷，Lc,1(t)空调冷负荷，Cop,2空调制冷能效系数；β电力负荷同时率；
Bf是否有工厂用地，0-1变量；Rmode1(％)全天运行工厂比例；Nl,f,1(t)在t时刻全天制运行工厂是否有照明负荷，0-1变量；Al,f工厂有效照明面积，Ul,f工厂照明单位负荷， λ修正系数；Nf,1(t)在t时刻全天制运行工厂是否有大功率用电负荷，0-1；Af工厂用地 面积，Uf工业大功率单位负荷；
Bf是否有工厂用地，0-1变量；Rmode2(％)8小时制运行工厂比例；Nl,f,1(t)在t时刻8小时制运行工厂是否有照明负荷，0-1变量；Al,f工厂有效照明面积，Ul,f工厂照明单位负荷，λ修正系数；Nf,1(t)在t时刻8小时制运行工厂是否有大功率用电负荷，0-1；Af工 厂用地面积，Uf工业大功率单位负荷；
Br是否有居住用地，0-1变量；Nl,r(t)在t时刻居民区是否有照明负荷，0-1变量；Al,r居民区有效照明面积；Ul,r居住照明单位负荷；No,r(t)在t时刻居民区是否有其他负荷，0-1变量；Ar居住区建筑面积；Uo,r居住其他单位负荷；
Bc是否有商业综合体，0-1变量；No,c(t)在t时刻商业区是否有照明及其他负荷，0-1 变量；Ac商业综合体建筑面积；Uo,c商业区其他单位负荷；
Bo是否有办公用地，0-1变量；Nl,o(t)在t时刻办公区是否有照明负荷，0-1变量；Al,o办公区有效照明面积；Ul,o办公照明单位负荷；No,o(t)在t时刻办公区是否有其他负 荷，0-1变量；Ao办公区建筑面积；Uo,o办公其他单位负荷；
Atotal为综合能源系统总用地面积，Rg为绿化率，Ug为绿化用地单位负荷。
进一步地，所述步骤4中，获取预测区域的基础信息，分别计算非工业冷热负荷、工业冷热负荷、逐时电负荷，进行冷热电多元负荷预测。
有益效果：本发明提出的冷、热、电负荷预测方法，通过集成地理信息、气象资源等常规数据库，并获取规划区域内的少量基础信息，如建筑面积、蒸汽温度、压力等， 便可得到整个系统的逐时冷热电负荷。该方法的提出能够为系统的用能预测和规划设计 提供参考，具有预测精度高、应用实现简单等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，将综合能源系统负荷 预测分为三个部分，分别是非工业用户的逐时冷热负荷预测、工业用户的逐时冷热负荷预测以及逐时电负荷预测。
一、非工业用户的逐时冷热负荷预测
非工业用户的热负荷主要为冬季采暖产生，构成形式以热水管道集中供暖和空调制 热两种为主。而冷负荷以溴冷机组等设备供冷和空调制冷两种为主。
表1中给出的是计算过程中需要使用的参数及其含义。
表1
Figure BDA0002488182790000031
Figure BDA0002488182790000041
考虑空气热值的逐时负荷计算中，空气湿度Rair和环境温度Tair可通过气象数据得到，并通过空气湿度和环境温度查表得到空气焓值。根据热力学原理，可得到非工业用 户的空调冷热负荷为：
Figure BDA0002488182790000051
其中，Hair(t)为逐时温度对应的空气焓值，kcal/kg；Hair,h为制热标准温度下的空气 焓值，kcal/kg；μair,h为制热标准温度下的空气密度，kg/m3；Ah,#为用热面积；h为层高； T(t)为逐时温度，通过气象数据获得，℃；Th,calc为制热负荷计算起始环境温度，℃。
Hair,c为制冷标准温度下的空气焓值，kcal/kg；μair,c为制冷标准温度下的空气密度， kg/m3；Ac,#为用冷面积；Tc,calc为制冷负荷计算起始环境温度，℃。
根据我国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)规定，对舒适性空调和采暖，室内计算参数如下：夏季：温度24～28℃，相对湿度40％～65％； 冬季：温度18～22℃；相对湿度40％～60％。冬季制热标准为20℃，夏季制冷标准为 26℃。
本实例中给定制热温度设定值Th＝20，制冷温度设定值Tc＝26。以湿度50％计算，则有Hair,c＝12.6；Hair,h＝9.19；μair,c＝1.181；μair,h＝1.205。选取温度低于13℃时计算制热负荷，温度高于28℃时计算制冷负荷，即Th,calc＝13，Th,calc＝28。
则非工业用户的空调冷热负荷为：
Figure BDA0002488182790000052
其中，Bc表示是否有商业综合体，0-1变量；Ncc商业空调是否开，0-1变量；Ah,c商业综合体有效用热面积，m2；hc商业建筑层高，m；Br是否有居住用地，0-1变量； Ncr居住空调是否开，0-1变量；Ah,r居住区有效用热面积，m2；hr居住建筑层高，m； Bo是否有办公用地，0-1变量；Nco办公空调是否开，0-1变量；Ah,o办公区有效用热面 积，m2；ho办公建筑层高，m。
各个季节的Ncr、Ncc和Nco应根据所处地区的实际情况确定。本实例中选取春、秋 两季的Ncr＝Ncc＝Nco＝0，夏、冬两季Ncr、Ncc及Nco逐时取值如表2所示。负荷预测过程 中需先满足表2再评估T(t)是否满足要求。
表2
Figure BDA0002488182790000053
Figure BDA0002488182790000061
非工业用户的热负荷以热水管道集中供暖和空调制热两种为主，而冷负荷以溴冷机 组等设备供冷和空调制冷两种为主。因此引入电负荷制热系数δh和电负荷制冷系数δc，用来表示系统中用户通过空调等用电形式转化得到的热/冷负荷所占比例，并将冷热负荷中由电转化的那部分负荷归入电负荷计算。
非工业用户的实际逐时冷热负荷预测为：
Figure BDA0002488182790000062
Figure BDA0002488182790000063
其中，Ah,c,1商业综合体空调制热面积，m2；Ah,c商业综合体有效用热面积，m2；其 比值为商业综合体电负荷制热系数。Ah,r,1居住区空调制热面积，m2；Ah,r居住区有效用 热面积，m2；其比值为商业综合体电负荷制热系数。Ah,o1办公区空调制热面积，m2；Ah,o办公区有效用热面积，m2；其比值为商业综合体电负荷制热系数。
Ac,c,1商业综合体空调制冷面积，Ac,c商业综合体有效用冷面积，其比值为商业综合体电负荷制冷系数；Ac,r,1居住区空调制冷面积，Ac,r居住区有效用冷面积，其比值为商 业综合体电负荷制冷系数；Aco1办公区空调制冷面积，Aco办公区有效用冷面积，其比值 为商业综合体电负荷制冷系数。
二、工业用户的逐时冷热负荷预测
工业用户的用冷负荷主要以空调及冷库为主，这部分可并入电负荷考虑，因此工业 用户的逐时冷热负荷预测主要为逐时热负荷，通过收集工业用户的设计蒸汽用量f及蒸汽温度Ts和蒸汽压力Ps，查找蒸汽表确定蒸汽焓值Hs，然后换算得到热负荷，相关参 数如表3所示。
表3
Figure BDA0002488182790000071
则工业用户的逐时热负荷预测为：
Figure BDA0002488182790000072
其中，Hs为蒸汽焓值，kJ/kg；f为设计蒸汽用量，t/h；tstart为运行开始时间；tend为运行结束时间。
三、逐时电负荷预测
逐时电负荷预测主要考虑照明、工业大功率用电及其他如电视、电脑、冰箱等小功率用电器。逐时电负荷的计算依旧按照商业综合体、居住、办公和工业四种使用场景进 行区分，分别选取合适的单位负荷，然后进行合并计算。电负荷计算需要用到的参数及 其含义如表4所示。
表4
Figure BDA0002488182790000073
Figure BDA0002488182790000081
本发明计算过程的单位负荷取值根据城市电力规范(GB/T50293-2014)中的各类建 设用地单位建筑面积用电负荷指标确定，其中，β推荐值为0.7～0.9，并选取以下默认值：
(1)当存在商业/居住/工厂用地时，BC＝Br＝Bf＝1；否则，BC＝Br＝Bf＝0。当工厂为全天运行时，m＝1；当工厂为两班制运行时，m＝2。
(2)商业综合体照明负荷和其他负荷合并计算，单位负荷Ul,c取值为100W/m2； 居民照明单位负荷Ul,r取10W/m2；工厂照明时间按工作时间计算，Ul,f取15W/m2；办公 照明单位负荷Ul,o取10W/m2。
(3)工厂其他负荷和大功率负荷合并计算，单位负荷Uf取值为150W/m2。居民区 考虑到生活中其他用电器，如冰箱等全时工作，取其他部分单位负荷Uo,r为10W/m2。 办公考虑电脑等其他用电器，取其他部分单位负荷Uo,o为10W/m2。
(4)绿化用地单位负荷Ug为25W/m2，按照全时计算。
(5)修正系数λ用于修正四季照明电负荷，冬季照明需求最大，夏季照明需求最小，则有修正系数默认值λspring＝λautumn＝1，λsummer＝0.9，λwinter＝1.2。
统计t时刻时各项负荷是否投入使用，如表5所示，投入使用则变量值为1，反之，变量值取0。
表5
Figure BDA0002488182790000091
根据上述两表并加入电制冷/制热所需电负荷后，可得到逐时电负荷预测为：
Figure BDA0002488182790000092
其中，Lh(t)非工业热负荷，kW；Lh,1(t)空调热负荷，kW；Cop,1空调制热能效系数； Lc(t)非工业冷负荷，kW；Lc,1(t)空调冷负荷，kW；Cop,2空调制冷能效系数。
β电力负荷同时率。
Bf是否有工厂用地，0-1变量；Rmode1(％)，全天运行工厂比例；Nl,f,1(t)在t时刻， 全天制运行工厂是否有照明负荷，0-1变量；Al,f工厂有效照明面积，m2；Ul,f工厂照明 单位负荷，w/m2；λ修正系数；Nf,1(t)在t时刻，全天制运行工厂是否有大功率用电负 荷，0-1；Af工厂用地面积，m2；Uf工业大功率单位负荷，w/m2。
Bf是否有工厂用地，0-1变量；Rmode2(％)，8小时制运行工厂比例；Nl,f,1(t)在t时刻，8小时制运行工厂是否有照明负荷，0-1变量；Al,f工厂有效照明面积，m2；Ul,f工厂 照明单位负荷，w/m2；λ修正系数；Nf,1(t)在t时刻，8小时制运行工厂是否有大功率用 电负荷，0-1；Af工厂用地面积，m2；Uf工业大功率单位负荷，w/m2。
Br是否有居住用地，0-1变量；Nl,r(t)在t时刻，居民区是否有照明负荷，0-1变量；Al,r居民区有效照明面积；Ul,r(w/m2)居住照明单位负荷；No,r(t)在t时刻，居民区是 否有其他负荷，0-1变量；Ar(m2)居住区建筑面积；Uo,r(w/m2)居住其他单位负荷。
Bc是否有商业综合体，0-1变量；No,c(t)在t时刻，商业区是否有照明及其他负荷，0-1变量；Ac(m2)商业综合体建筑面积；Uo,c商业区其他单位负荷。
Bo是否有办公用地，0-1变量；Nl,o(t)在t时刻，办公区是否有照明负荷，0-1变量；Al,o办公区有效照明面积；Ul,o(w/m2)办公照明单位负荷；No,o(t)在t时刻，办公区是 否有其他负荷，0-1变量；Ao(m2)办公区建筑面积；Uo,o(w/m2)办公其他单位负荷。
Atotal为综合能源系统总用地面积，Rg为绿化率，Ug为绿化用地单位负荷。
四、负荷预测流程如下：
(1)获取预测区域有关表1中的基础信息，计算非工业冷热负荷；
(2)获取预测区域有关表3中的基础信息，计算工业热负荷；
(3)获取预测区域有关表4～5中的基础信息，计算逐时电负荷。
下表6和表7是该种负荷预测方法的一个逐时取值实例，每个部分的用电时间段可根据系统实际情况进行调整。表6为工作日电负荷逐时取值一览表，表7为非工作日电 负荷逐时一览表。
表6
Figure BDA0002488182790000101
Figure BDA0002488182790000111
表7
Figure BDA0002488182790000112

Claims (8)

1.一种面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，其特征在于，包括步骤：
(1)非工业用户的逐时冷热负荷预测；
(2)工业用户的逐时冷热负荷预测；
(3)逐时电负荷预测；
(4)冷热电多元负荷预测。
2.根据权利要求1所述的面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，其特征在于，所述步骤1中，非工业用户的热负荷包括热水管道集中供暖和空调制热，非工业用户的冷负荷包括溴冷机组和空调制冷；将非工业用户的冷热负荷中由电转化的部分归入电负荷计算。
3.根据权利要求2所述的面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，其特征在于，非工业用户的逐时冷热负荷预测为：
Figure FDA0002488182780000011
Figure FDA0002488182780000012
其中，Ah,c,1商业综合体空调制热面积，Ah,c商业综合体有效用热面积，其比值为商业综合体电负荷制热系数；Ah,r,1居住区空调制热面积，Ah,r居住区有效用热面积，其比值为商业综合体电负荷制热系数；Ah,o1办公区空调制热面积，Ah,o办公区有效用热面积，其比值为商业综合体电负荷制热系数；
Ac,c,1商业综合体空调制冷面积，Ac,c商业综合体有效用冷面积，其比值为商业综合体电负荷制冷系数；Ac,r,1居住区空调制冷面积，Ac,r居住区有效用冷面积，其比值为商业综合体电负荷制冷系数；Aco1办公区空调制冷面积，Aco办公区有效用冷面积，其比值为商业综合体电负荷制冷系数。
4.根据权利要求1所述的面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，其特征在于，所述步骤2中，工业用户的冷负荷包括空调和冷库，工业用户的热负荷为蒸汽；将工业用户的冷热负荷中由电转化的部分归入电负荷计算。
5.根据权利要求4所述的面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，其特征在于，工业用户的逐时冷热负荷预测：
Figure FDA0002488182780000021
其中，Hs为蒸汽焓值，f为设计蒸汽用量；tstart为运行开始时间；tend为运行结束时间。
6.根据权利要求1所述的面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，其特征在于，所述步骤3中，逐时电负荷预测包括商业综合体、居住、办公和工业的电负荷，非工业用户的冷热电负荷和工业用户的冷热电负荷，绿化用地电负荷。
7.根据权利要求6所述的面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，其特征在于，逐时电负荷预测为：
Le(t)＝(Lh(t)-Lh,1(t))/Cop,1+(Lc(t)-Lc,1(t))/cop,2+β*{Bf*Rmodel1*[Nl,f,1(t)*Al,f*Ul,f*λ+Nf,1(t)*Af*Uf]+Bf*Rmodel2*[Nl,f,2(t)*Al,f*Ul,f*λ+Nf,2(t)*Af*Uf]+Br*[Nl,r(t)*Al,r*Ul,r*λ+No,r(t)*Ar*Uo,r]+Bc*[No,c(t)*Ac*Uo,c]+Bo*[Nl,o(t)*Al,o*Ul,o*λ+No,o(t)*Ao*Uo,o]+Atotal*Rg*Ug}/1000,t＝1,2,…,24
其中，Lh(t)非工业热负荷，Lh,1(t)空调热负荷，Cop,1空调制热能效系数；Lc(t)非工业冷负荷，Lc,1(t)空调冷负荷，Cop,2空调制冷能效系数；β电力负荷同时率；
Bf是否有工厂用地，0-1变量；Rmode1(％)全天运行工厂比例；Nl,f,1(t)在t时刻全天制运行工厂是否有照明负荷，0-1变量；Al,f工厂有效照明面积，Ul,f工厂照明单位负荷，λ修正系数；Nf,1(t)在t时刻全天制运行工厂是否有大功率用电负荷，0-1；Af工厂用地面积，Uf工业大功率单位负荷；
Bf是否有工厂用地，0-1变量；Rmode2(％)8小时制运行工厂比例；Nl,f,1(t)在t时刻8小时制运行工厂是否有照明负荷，0-1变量；Al,f工厂有效照明面积，Ul,f工厂照明单位负荷，λ修正系数；Nf,1(t)在t时刻8小时制运行工厂是否有大功率用电负荷，0-1；Af工厂用地面积，Uf工业大功率单位负荷；
Br是否有居住用地，0-1变量；Nl,r(t)在t时刻居民区是否有照明负荷，0-1变量；Al,r居民区有效照明面积；Ul,r居住照明单位负荷；No,r(t)在t时刻居民区是否有其他负荷，0-1变量；Ar居住区建筑面积；Uo,r居住其他单位负荷；
Bc是否有商业综合体，0-1变量；No,c(t)在t时刻商业区是否有照明及其他负荷，0-1变量；Ac商业综合体建筑面积；Uo,c商业区其他单位负荷；
Bo是否有办公用地，0-1变量；Nl,o(t)在t时刻办公区是否有照明负荷，0-1变量；Al,o办公区有效照明面积；Ul,o办公照明单位负荷；No,o(t)在t时刻办公区是否有其他负荷，0-1变量；Ao办公区建筑面积；Uo,o办公其他单位负荷；
Atotal为综合能源系统总用地面积，Rg为绿化率，Ug为绿化用地单位负荷。
8.根据权利要求1所述的面向综合能源系统的冷热电多元负荷预测方法，其特征在于，所述步骤4中，获取预测区域的基础信息，分别计算非工业冷热负荷、工业冷热负荷、逐时电负荷，进行冷热电多元负荷预测。
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