CN112348283B - 蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法及装置 - Google Patents

蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法及装置，包括以下步骤：步骤1、获取需求响应激励时段及补贴价格，根据历史数据获取用户热负荷数据，根据设备参数获取蓄热式电采暖设备型号参数，构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型，确定单体蓄热式电采暖出力；步骤2、根据步骤1确定的单体蓄热式电采暖出力，构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型，并计算单体蓄热式电采暖可调度功率；步骤3、根据步骤2计算得出的蓄热式电采暖可调度功率，构建蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型。本发明能够在保障用户舒适度前提下响应电价型激励，较好表征蓄热式电采暖系统需求响应潜力。

Description

蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法及装置
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，涉及电力系统需求响应，尤其是一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法及装置。
背景技术
近年来，间歇性可再生能源发电的大规模应用极大影响了电力系统中发电功率与电力负荷之间的平衡，为电力系统安全高效运行带来了前所未有的不确定性。源侧功率输出的波动性需要配置大容量的旋转备用机组来平衡，给电力企业的建设及运营带来了高昂成本。负荷需求侧响应能够通过改变用户用电行为实现一定程度削峰填谷，缓解供需矛盾，提高系统运行效率。
随着清洁取暖政策推广，蓄热式电采暖渗透率逐年增加，蓄热式电采暖可兼顾原有温控负荷体量大、在线时间长、控制方式灵活等优点，同时其特有的蓄热装置具备更大范围的可调度潜力。从电网侧考虑，利用峰谷电价或需求响应激励等方式使多类型的蓄热式电采暖系统参与需求响应，实现一定程度上的削峰填谷，缓解线路拥堵，降低电网企业运行成本。从用户侧考虑，在清洁取暖形势下，用户采暖成本较高。在分时电价的低电价时段或者存在需求响应补贴时，用户在满足自身热负荷需求时，利用蓄热式电采暖系统中的蓄热设备进行蓄热，用以在高电价时段满足自身热需求，降低采暖成本。
现有文献对蓄热式电采暖虚拟电厂参与需求响应的研究主要集中在控制室内温度范围上参与一定程度的需求响应，然而对于如何在此基础上评估蓄热式电采暖虚拟电厂利用蓄热设备进一步提升参与需求响应潜力，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法，使蓄热式电采暖虚拟电厂在参与需求响应时具备更大调节功率，提升参与需求响应能力。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法，包括以下步骤：
步骤1、获取需求响应激励时段及补贴价格，根据历史数据获取用户热负荷数据，根据设备参数获取蓄热式电采暖设备型号参数，构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型，确定单体蓄热式电采暖出力。
步骤2、根据步骤1确定的单体蓄热式电采暖出力，构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型，并计算单体蓄热式电采暖可调度功率；
步骤3、根据步骤2计算得出的单体蓄热式电采暖可调度功率，构建蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，并根据蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，计算蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力上下边界，并根据可调度潜力上下边界进行虚拟电厂日前调度。
而且，所述步骤1的具体步骤包括：
(1)构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型为：
以平抑峰谷差为目标，用分时电价代表峰谷关联特性，其目标函数如下所示：
minJ
Figure BDA0002799991500000021
式中：Ct为t时刻实时电价；PCOP,i为电锅炉制热功率；T为调度周期；Δt为单位调度时间；
其约束条件如下：
Figure BDA0002799991500000022
式中：Qheat,t为房屋热负荷；
Figure BDA0002799991500000023
为蓄热设备蓄热效率；
Figure BDA0002799991500000024
为蓄热设备放热效率；σhl为蓄热设备热损耗率；
Figure BDA0002799991500000031
Figure BDA0002799991500000032
式中：
Figure BDA0002799991500000033
和
Figure BDA0002799991500000034
为热泵电功率上下限，kW；
Figure BDA0002799991500000035
和
Figure BDA0002799991500000036
分别表示热泵压缩机出力向上、向下爬坡速率极限；
Figure BDA0002799991500000037
Smin,i≤Si(t)≤Smax,i
Figure BDA0002799991500000038
Figure BDA0002799991500000039
式中，Si(t)为t时刻蓄热设备蓄热量，[Smin,i,Smax,i]为蓄热设备蓄热量上下限；[0,Qch,max]，[0,Qdch,max]分别表示蓄热设备充/放热约束；
在单体蓄热式电采暖日前优化调度模型中假设调度周期结束时蓄热设备蓄热量Si(T)等于其初始时蓄热量Si(1)，即：
Si(T)＝Si(1)
(2)求解在最大化平抑峰谷差目标下的电锅炉制热功率曲线，并根据电锅炉制热功率曲线获取电锅炉制热功率，用以在步骤2中评估单体蓄热式电采暖系统可调度潜力。
而且，所述步骤2的具体步骤包括：
(1)构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型：
以N台蓄热式电采暖系统组成的集群中第i台蓄热设备状态为例，通过获取日前单体蓄热式电采暖系统出力，可得单体蓄热式电采暖系统蓄热设备有如下4种变化状态：
状态I：制热+放热：电锅炉开启，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量增加；
状态II：空闲：电锅炉关闭，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量不变；
状态III：制热：电锅炉开启，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量增加；
状态IV：放热：电锅炉关闭，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量减少。
综合状态I到IV，可得蓄热式电采暖参与需求响应时的可调度功率如下式所示：
Figure BDA0002799991500000041
Figure BDA0002799991500000042
式中：PCOP,i为电锅炉制热功率，Pi C(t)为电锅炉由关闭→开启，可调度潜力为正值，表示单体蓄热式电采暖系统出力上调，对应状态II,III转为状态I,IV；Pi D(t)为电锅炉由开启→关闭，响应能力为负值，表示单体蓄热式电采暖系统出力下调，对应状态I,IV转为状态II,III；[tstart,i,tend,i]为有需求响应激励时段，即tstart,i为需求响应开始时刻，tend,i为需求响应终了时刻；Tin,i(t)为t时刻室内温度，室内温度范围为
Figure BDA0002799991500000043
(2)计算单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长如下式所示：
Figure BDA0002799991500000044
Figure BDA0002799991500000045
式中：
Figure BDA0002799991500000046
为可调度潜力为正时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；
Figure BDA0002799991500000047
为可调度潜力为负时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；R和C为房屋热阻、热容；Ptank,i为蓄热设备放热功率；η为散热设备散热效率；
(3)考虑到电锅炉不能频繁启停，t时刻单体蓄热式电采暖系统可上调潜力
Figure BDA0002799991500000051
和可下调潜力
Figure BDA0002799991500000052
如下式所示：
Figure BDA0002799991500000053
Figure BDA0002799991500000054
(4)在此基础上，根据计算得出的单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长对蓄热式电采暖可调度功率进行约束，可得单体式蓄热式电采暖可调度功率如下式所示：
Figure BDA0002799991500000055
Figure BDA0002799991500000056
而且，所述步骤3的蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型为：
蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力为单体蓄热式电采暖可调度潜力聚合而成，如下式所示：
Figure BDA0002799991500000057
Figure BDA0002799991500000058
式中：N为蓄热式电采暖系统台数。
一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估装置，包括以下模块：
单体蓄热式电采暖出力计算模块，获取需求响应激励时段及补贴价格，根据历史数据获取用户热负荷数据，根据设备参数获取蓄热式电采暖设备型号参数，构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型，确定单体蓄热式电采暖出力；
单体蓄热式电采暖可调度功率计算模块，根据单体蓄热式电采暖出力计算模块确定的单体蓄热式电采暖出力，构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型，并计算单体蓄热式电采暖可调度功率；
蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型模块，根据单体蓄热式电采暖可调度功率计算模块计算得出的单体蓄热式电采暖可调度功率，构建蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，并根据蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，计算蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力上下边界，并根据可调度潜力上下边界进行虚拟电厂日前调度。
而且，所述单体蓄热式电采暖出力计算模块用于：
(1)构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型为：
以平抑峰谷差为目标，用分时电价代表峰谷关联特性，目标函数如下所示：
minJ
Figure BDA0002799991500000061
式中：Ct为t时刻实时电价；PCOP,i为电锅炉制热功率；T为调度周期；Δt为单位调度时间；
其约束条件如下：
Figure BDA0002799991500000062
式中：Qheat,t为房屋热负荷；
Figure BDA0002799991500000063
为蓄热设备蓄热效率；
Figure BDA0002799991500000064
为蓄热设备放热效率；σhl为蓄热设备热损耗率；
Figure BDA0002799991500000065
Figure BDA0002799991500000066
式中：
Figure BDA0002799991500000067
和
Figure BDA0002799991500000068
为热泵电功率上下限，kW；
Figure BDA0002799991500000069
和
Figure BDA00027999915000000610
分别表示热泵压缩机出力向上、向下爬坡速率极限；
Figure BDA0002799991500000071
Smin,i≤Si(t)≤Smax,i
Figure BDA0002799991500000072
Figure BDA0002799991500000073
式中，Si(t)为t时刻蓄热设备蓄热量，[Smin,i,Smax,i]为蓄热设备蓄热量上下限；[0,Qch,max]，[0,Qdch,max]分别表示蓄热设备充/放热约束；
在单体蓄热式电采暖日前优化调度模型中假设调度周期结束时蓄热设备蓄热量Si(T)等于其初始时蓄热量Si(1)，即：
Si(T)＝Si(1)
(2)求解在最大化平抑峰谷差目标下的电锅炉制热功率曲线，并根据电锅炉制热功率曲线获取电锅炉制热功率，用以在所述单体蓄热式电采暖可调度功率计算模块中评估单体蓄热式电采暖系统可调度潜力。
而且，所述单体蓄热式电采暖可调度功率计算模块用于：
(1)构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型：
通过获取日前单体蓄热式电采暖系统出力，可得单体蓄热式电采暖系统蓄热设备有如下4种变化状态：
状态I：制热+放热：电锅炉开启，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量增加；
状态II：空闲：电锅炉关闭，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量不变；
状态III：制热：电锅炉开启，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量增加；
状态IV：放热：电锅炉关闭，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量减少；
综合状态I到IV，可得蓄热式电采暖参与需求响应时的可调度功率如下式所示：
Figure BDA0002799991500000081
Figure BDA0002799991500000082
式中：PCOP,i为电锅炉制热功率，Pi C(t)为电锅炉由关闭→开启，可调度潜力为正值，表示单体蓄热式电采暖系统出力上调，对应状态II,III转为状态I,IV；Pi D(t)为电锅炉由开启→关闭，响应能力为负值，表示单体蓄热式电采暖系统出力下调，对应状态I,IV转为状态II,III；[tstart,i,tend,i]为有需求响应激励时段，即tstart,i为需求响应开始时刻，tend,i为需求响应终了时刻；Tin,i(t)为t时刻室内温度，室内温度范围为
Figure BDA0002799991500000083
(2)计算单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长如下式所示：
Figure BDA0002799991500000084
Figure BDA0002799991500000085
式中：
Figure BDA0002799991500000086
为可调度潜力为正时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；
Figure BDA0002799991500000087
为可调度潜力为负时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；R和C为房屋热阻、热容；Ptank,i为蓄热设备放热功率；η为散热设备散热效率；
(3)考虑到电锅炉不能频繁启停，t时刻单体蓄热式电采暖系统可上调潜力
Figure BDA0002799991500000088
和可下调潜力
Figure BDA0002799991500000089
如下式所示：
Figure BDA0002799991500000091
Figure BDA0002799991500000092
(4)在此基础上，根据计算得出的单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长对蓄热式电采暖可调度功率进行约束，可得单体式蓄热式电采暖可调度功率如下式所示：
Figure BDA0002799991500000093
Figure BDA0002799991500000094
而且，所述蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型模块用于：
蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力为单体蓄热式电采暖可调度潜力聚合而成，如下式所示：
Figure BDA0002799991500000095
Figure BDA0002799991500000096
式中：N为蓄热式电采暖系统台数。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明可基于蓄热式电采暖系统中的设备和房屋室温调节，参与用户侧需求响应。首先确定用户用能行为，为实现削峰填谷，在峰谷电价激励下，对蓄热式电采暖系统进行优化调度；在此基础上，综合考虑实际蓄热和“虚拟”蓄热，提出一种单体蓄热式电采暖可调节潜力评估方法，该方法量化可调度功率和可持续时长，并对室内温度范围进行较为准确的控制；进而对单体蓄热式电采暖系统可调度潜力进行聚合，提出一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法，本发明所提出的可调度潜力评估方法能够在保障用户舒适度前提下响应电价型激励，较好表征蓄热式电采暖系统需求响应潜力。
2、本发明针对煤改电后的蓄热式电采暖系统，提出一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法，量化蓄热式电采暖系统可调节潜力，通过利用蓄热设备实际蓄热和房屋温“虚拟”蓄热，提升蓄热式电采暖参与需求响应潜力，有利于消纳可再生能源发电的间歇性，实现一定程度的削峰填谷。
3、本发明基于电价型需求响应，主要是基于峰谷电价型需求响应，量化蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力，在兼顾经济性和用户舒适度基础上，以用户经济性为目标。需求响应的引入，在一定程度上改变了用户用电行为。
4、本发明在量化蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力时，考虑了传统温控负荷可调度潜力基础上，引入蓄热设备实际蓄热能力，进一步增加了可调度潜力边界，使蓄热式电采暖虚拟电厂在参与需求响应时具备更大调节功率，提升参与需求响应能力。
附图说明
图1为本发明提供的一种典型的分布式蓄热式电采暖系统结构示意图；
图2为本发明提供的单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型图；
图3为本发明提供的单体蓄热式电采暖系统蓄热设备状态示意图；
图4为本发明提供的蓄热式电采暖虚拟电厂示意图；
图5为本发明的分时电价及用户热负荷曲线图；
图6为本发明的单体蓄热式电采暖系统优化调度结果图；
图7为本发明的蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力曲线图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法，包括以下步骤：
步骤1、获取需求响应激励时段及补贴价格，根据历史数据获取用户热负荷数据，根据设备参数获取蓄热式电采暖设备型号参数，构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型，确定单体蓄热式电采暖出力。
所述步骤1的具体步骤包括：
(1)构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型为：
本发明以平抑峰谷差为目标，用分时电价代表峰谷关联特性，同时兼顾用户采暖舒适性，目标函数如下所示：
minJ
Figure BDA0002799991500000111
式中：Ct为t时刻实时电价；PCOP,i为电锅炉制热功率；T为调度周期；Δt为单位调度时间；
其约束条件如下：
为保证能量利用最大化，保障用户采暖舒适度。在一个调度周期内，电锅炉制热量与蓄热设备损耗之差和房屋热负荷值相等，如下所示：
Figure BDA0002799991500000112
式中：Qheat,t为房屋热负荷；
Figure BDA0002799991500000113
为蓄热设备蓄热效率；
Figure BDA0002799991500000114
为蓄热设备放热效率；σhl为蓄热设备热损耗率；
Figure BDA0002799991500000115
Figure BDA0002799991500000116
式中：
Figure BDA0002799991500000117
和
Figure BDA0002799991500000118
为热泵电功率上下限，kW；
Figure BDA0002799991500000119
和
Figure BDA00027999915000001110
分别表示热泵压缩机出力向上、向下爬坡速率极限；
Figure BDA00027999915000001111
Smin,i≤Si(t)≤Smax,i
Figure BDA00027999915000001112
Figure BDA00027999915000001113
式中，Si(t)为t时刻蓄热设备蓄热量，[Smin,i,Smax,i]为蓄热设备蓄热量上下限；[0,Qch,max]，[0,Qdch,max]分别表示蓄热设备充/放热约束；
(2)为使下一调度周期蓄热设备能正常参与调度，模型中假设调度周期结束时蓄热设备蓄热量Si(T)等于其初始时蓄热量Si(1)，即：
Si(T)＝Si(1)
综上可以求解在最大化平抑峰谷差目标下的电锅炉出力曲线，用以评估单体蓄热式电采暖系统可调度潜力。
图1是本发明给出一种典型的分布式蓄热式电采暖系统结构示意图，系统由电锅炉、蓄热设备、热泵循环水泵、热网循环水泵和散热器组成。
步骤2、根据步骤1确定的单体蓄热式电采暖出力，构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型，并计算单体蓄热式电采暖可调度功率；
所述步骤2的单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型为：
单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型如图2所示，用户侧通过室内安装的温度传感器上传室内温度，用户控制终端可根据用户行为设定室温范围、用热时段和存储的历史热负荷值。用户需求上传至蓄热式电采暖设备中，通过优化调度方法调控电锅炉和蓄热设备出力状态。
以N台蓄热式电采暖系统组成的集群中第i台蓄热设备状态为例，通过获取日前单体蓄热式电采暖系统出力，可得单体蓄热式电采暖系统蓄热设备有如下4种变化状态，如图3所示：
状态I(制热+放热)：电锅炉开启，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量增加；
状态II(空闲)：电锅炉关闭，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量不变；
状态III(制热)：电锅炉开启，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量增加；
状态IV(放热)：电锅炉关闭，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量减少。
综合状态I到IV，可得蓄热式电采暖参与需求响应时的可调度功率如下式所示：
Figure BDA0002799991500000131
Figure BDA0002799991500000132
式中：PCOP,i为电锅炉制热功率，Pi C(t)为电锅炉由关闭→开启，可调度潜力为正值，表示单体蓄热式电采暖系统出力上调，对应状态II,III转为状态I,IV；Pi D(t)为电锅炉由开启→关闭，响应能力为负值，表示单体蓄热式电采暖系统出力下调，对应状态I,IV转为状态II,III。[tstart,i,tend,i]为有需求响应激励时段，即tstart,i为需求响应开始时刻，tend,i为需求响应终了时刻。Tin,i(t)为t时刻室内温度，室内温度范围为
Figure BDA0002799991500000133
本发明采用的室内温度范围计算方法如下所示：
室内温度的设定范围与人体舒适度紧密相关，本发明采用预测平均指标(Predicted Mean Vote,PMV)确定室内舒适温度。
PMV的表达式如下式所示：
PMV＝(0.028+0.3033e-0.036M)×L
L＝M-W-3.05*10-3×[5733-6.99(M-W)-Pa]-0.42[(M-W)-58.15]-1.7×10-5M(5867-Pa)-0.0014M(34-Tin)-3.96×10-8fcl[(Tcl+273)4-(Tr+273)4]-fclhc(Tcl-Tin)
Tcl＝35.7-0.028(M-W)-0.155Icl{3.96×10-8fcl[(Tcl+273)4-(Tr+273)4]+fclhc(Tcl-Tin)}
Figure BDA0002799991500000141
Figure BDA0002799991500000142
式中：M为人体新陈代谢率；L为人体总传热；Pa为水蒸气压力；W为人体做功；Tin为室内温度；Tcl为服装外表面温度；Tr为室内平均辐射温度；fcl为人体服装覆盖面积与裸露面积之比；hc为表面传热系数；Icl为服装热阻，；va为相对风速。
建立室内温度与蓄热式电采暖系统出力的一阶热力学等效热参数模型，如式所示：
Figure BDA0002799991500000143
式中：
Figure BDA0002799991500000144
为t+1时刻的室内温度；
Figure BDA0002799991500000145
为t+1时刻的室外温度；A为导热系数；Tc为时间常数。
单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长如下式所示：
Figure BDA0002799991500000146
Figure BDA0002799991500000147
式中：
Figure BDA0002799991500000148
为可调度潜力为正时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；
Figure BDA0002799991500000149
为可调度潜力为负时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；R和C为房屋热阻、热容；Ptank,i为蓄热设备放热功率；η为散热设备散热效率。
考虑到电锅炉不能频繁启停，t时刻单体蓄热式电采暖系统可上调潜力
Figure BDA00027999915000001410
和可下调潜力
Figure BDA00027999915000001411
如下式所示：
Figure BDA00027999915000001412
Figure BDA0002799991500000151
在此基础上，根据计算得出的单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长对蓄热式电采暖可调度功率进行约束，可得单体式蓄热式电采暖可调度功率如下式所示：
Figure BDA0002799991500000152
Figure BDA0002799991500000153
步骤3、根据步骤2计算得出的单体蓄热式电采暖可调度功率，构建蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，并根据蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，计算蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力上下边界，并根据可调度潜力上下边界进行虚拟电厂日前调度。
所述步骤3的蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型为：
对于蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力如图4所示，蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力为单体蓄热式电采暖可调度潜力聚合而成，如下式所示：
Figure BDA0002799991500000154
Figure BDA0002799991500000155
式中：N为蓄热式电采暖系统台数。
下面通过具体算例对本发明作进一步说明：
以某分布式蓄热式电采暖虚拟电厂为例，说明本发明的具体实施方法。该虚拟电厂中共有50套单体蓄热式电采暖系统，该区域采用分时电价激励政策用以平抑峰谷差，实现削峰填谷，分时电价及用户热负荷曲线如图5所示。图6为具体应用实例的单体蓄热式电采暖系统优化调度结果图。可以看出，用户为参与需求响应，实现削峰填谷，在电价较低时段电锅炉出力较高，蓄热水箱蓄热量增加。在电价高时段电锅炉关闭，利用蓄热水箱中蓄热量满足用户热需求。
图7为具体应用实例的蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力曲线。可以看出，在电价较低时段，即用电低谷时，电锅炉处于开启状态，虚拟电厂正调节潜力较小，而负调节潜力较大。在高电价时段，即用电高峰时，电锅炉正调节潜力较大，负调节潜力较小。
本领域内的技术人员应明白，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。

Claims (2)

1.一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、获取需求响应激励时段及补贴价格，根据历史数据获取用户热负荷数据，根据设备参数获取蓄热式电采暖设备型号参数，构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型，确定单体蓄热式电采暖出力；
步骤2、根据步骤1确定的单体蓄热式电采暖出力，构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型，并计算单体蓄热式电采暖可调度功率；
步骤3、根据步骤2计算得出的单体蓄热式电采暖可调度功率，构建蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，并根据蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，计算蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力上下边界，并根据可调度潜力上下边界进行虚拟电厂日前调度；
所述步骤1的具体步骤包括：
(1)构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型为：
以平抑峰谷差为目标，用分时电价代表峰谷关联特性，目标函数如下所示：
min J
Figure FDA0003586027990000011
式中：Ct为t时刻实时电价；PCOP,t为t时刻电锅炉制热功率；T为调度周期；Δt为单位调度时间；
其约束条件如下：
Figure FDA0003586027990000012
式中：Qheat,t为房屋热负荷；
Figure FDA0003586027990000013
为蓄热设备蓄热效率；
Figure FDA0003586027990000014
为蓄热设备放热效率；σhl为蓄热设备热损耗率；
Figure FDA0003586027990000021
Figure FDA0003586027990000022
式中：
Figure FDA0003586027990000023
和
Figure FDA0003586027990000024
为热泵电功率的上下限，单位：kW；
Figure FDA0003586027990000025
和
Figure FDA0003586027990000026
分别表示热泵压缩机出力向上、向下爬坡速率极限；
Figure FDA0003586027990000027
Smin,i≤Si(t)≤Smax,i
Figure FDA0003586027990000028
Figure FDA0003586027990000029
式中，Si(t)为t时刻蓄热设备蓄热量，[Smin,i,Smax,i]为蓄热设备蓄热量上下限；
Figure FDA00035860279900000210
和
Figure FDA00035860279900000211
分别表示蓄热设备充/放热量；[0,Qch,max]，[0,Qdch,max]分别表示蓄热设备充/放热上下限；
在单体蓄热式电采暖日前优化调度模型中假设调度周期结束时蓄热设备蓄热量Si(T)等于其初始时蓄热量Si(1)，即：
Si(T)＝Si(1)
(2)求解在最大化平抑峰谷差目标下的电锅炉制热功率曲线，并根据电锅炉制热功率曲线获取电锅炉制热功率，用以在步骤2中评估单体蓄热式电采暖系统可调度潜力；
所述步骤2的具体步骤包括：
(1)构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型：
通过获取日前单体蓄热式电采暖系统出力，可得单体蓄热式电采暖系统蓄热设备有如下4种变化状态：
状态I：制热+放热：电锅炉开启，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量增加；
状态II：空闲：电锅炉关闭，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量不变；
状态III：制热：电锅炉开启，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量增加；
状态IV：放热：电锅炉关闭，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量减少；
综合状态I到IV，可得蓄热式电采暖参与需求响应时的可调度功率如下式所示：
Figure FDA0003586027990000031
Figure FDA0003586027990000032
式中：PCOP,i为电锅炉制热功率，Pi C(t)为电锅炉由关闭→开启，可调度潜力为正值，表示单体蓄热式电采暖系统出力上调，对应状态II,III转为状态I,IV；Pi D(t)为电锅炉由开启→关闭，响应能力为负值，表示单体蓄热式电采暖系统出力下调，对应状态I,IV转为状态II,III；[tstart,i,tend,i]为有需求响应激励时段，即tstart,i为需求响应开始时刻，tend,i为需求响应终了时刻；Tin,i(t)为t时刻室内温度，室内温度范围为
Figure FDA0003586027990000033
(2)计算单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长如下式所示：
Figure FDA0003586027990000034
Figure FDA0003586027990000035
式中：
Figure FDA0003586027990000036
为可调度潜力为正时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；
Figure FDA0003586027990000037
为可调度潜力为负时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；R和C为房屋热阻、热容；Ptank,i为蓄热设备放热功率；η为散热设备散热效率；
(3)考虑到电锅炉不能频繁启停，t时刻单体蓄热式电采暖系统可上调潜力
Figure FDA0003586027990000041
和可下调潜力
Figure FDA0003586027990000042
如下式所示：
Figure FDA0003586027990000043
Figure FDA0003586027990000044
(4)在此基础上，根据计算得出的单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长对蓄热式电采暖可调度功率进行约束，可得单体式蓄热式电采暖可调度功率如下式所示：
Figure FDA0003586027990000045
Figure FDA0003586027990000046
所述步骤3的蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型为：
蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力为单体蓄热式电采暖可调度潜力聚合而成，如下式所示：
Figure FDA0003586027990000047
Figure FDA0003586027990000048
式中：N为蓄热式电采暖系统台数。
2.一种蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估装置，其特征在于：包括以下模块：
单体蓄热式电采暖出力计算模块，获取需求响应激励时段及补贴价格，根据历史数据获取用户热负荷数据，根据设备参数获取蓄热式电采暖设备型号参数，构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型，确定单体蓄热式电采暖出力；
单体蓄热式电采暖可调度功率计算模块，根据单体蓄热式电采暖出力计算模块确定的单体蓄热式电采暖出力，构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型，并计算单体蓄热式电采暖可调度功率；
蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型模块，根据单体蓄热式电采暖可调度功率计算模块计算得出的单体蓄热式电采暖可调度功率，构建蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，并根据蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型，计算蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力上下边界，并根据可调度潜力上下边界进行虚拟电厂日前调度；
所述单体蓄热式电采暖出力计算模块用于：
(1)构建单体蓄热式电采暖日前优化调度模型为：
以平抑峰谷差为目标，用分时电价代表峰谷关联特性，目标函数如下所示：
min J
Figure FDA0003586027990000051
式中：Ct为t时刻实时电价；PCOP,i为电锅炉制热功率；T为调度周期；Δt为单位调度时间；
其约束条件如下：
Figure FDA0003586027990000052
式中：Qheat,t为房屋热负荷；
Figure FDA0003586027990000053
为蓄热设备蓄热效率；
Figure FDA0003586027990000054
为蓄热设备放热效率；σhl为蓄热设备热损耗率；
Figure FDA0003586027990000055
Figure FDA0003586027990000056
式中：
Figure FDA0003586027990000057
和
Figure FDA0003586027990000058
为热泵电功率上下限，kW；
Figure FDA0003586027990000059
和
Figure FDA00035860279900000510
分别表示热泵压缩机出力向上、向下爬坡速率极限；
Figure FDA0003586027990000061
Smin,i≤Si(t)≤Smax,i
Figure FDA0003586027990000062
Figure FDA0003586027990000063
式中，Si(t)为t时刻蓄热设备蓄热量，[Smin,i,Smax,i]为蓄热设备蓄热量上下限；[0,Qch ,max]，[0,Qdch,max]分别表示蓄热设备充/放热约束；
在单体蓄热式电采暖日前优化调度模型中假设调度周期结束时蓄热设备蓄热量Si(T)等于其初始时蓄热量Si(1)，即：
Si(T)＝Si(1)
(2)求解在最大化平抑峰谷差目标下的电锅炉制热功率曲线，并根据电锅炉制热功率曲线获取电锅炉制热功率，用以在所述单体蓄热式电采暖可调度功率计算模块中评估单体蓄热式电采暖系统可调度潜力；
所述单体蓄热式电采暖可调度功率计算模块用于：
(1)构建单体蓄热式电采暖系统可调度潜力评估模型：
通过获取日前单体蓄热式电采暖系统出力，可得单体蓄热式电采暖系统蓄热设备有如下4种变化状态：
状态I：制热+放热：电锅炉开启，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量增加；
状态II：空闲：电锅炉关闭，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量不变；
状态III：制热：电锅炉开启，热网循环水泵关闭，蓄热设备蓄热量增加；
状态IV：放热：电锅炉关闭，热网循环水泵开启，满足房屋热负荷，蓄热设备蓄热量减少；
综合状态I到IV，可得蓄热式电采暖参与需求响应时的可调度功率如下式所示：
Figure FDA0003586027990000071
Figure FDA0003586027990000072
式中：PCOP,i为电锅炉制热功率，Pi C(t)为电锅炉由关闭→开启，可调度潜力为正值，表示单体蓄热式电采暖系统出力上调，对应状态II,III转为状态I,IV；Pi D(t)为电锅炉由开启→关闭，响应能力为负值，表示单体蓄热式电采暖系统出力下调，对应状态I,IV转为状态II,III；[tstart,i,tend,i]为有需求响应激励时段，即tstart,i为需求响应开始时刻，tend,i为需求响应终了时刻；Tin,i(t)为t时刻室内温度，室内温度范围为
Figure FDA0003586027990000073
(2)计算单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长如下式所示：
Figure FDA0003586027990000074
Figure FDA0003586027990000075
式中：
Figure FDA0003586027990000076
为可调度潜力为正时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；
Figure FDA0003586027990000077
为可调度潜力为负时，单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长；R和C为房屋热阻、热容；Ptank,i为蓄热设备放热功率；η为散热设备散热效率；
(3)考虑到电锅炉不能频繁启停，t时刻单体蓄热式电采暖系统可上调潜力
Figure FDA0003586027990000078
和可下调潜力
Figure FDA0003586027990000079
如下式所示：
Figure FDA0003586027990000081
Figure FDA0003586027990000082
(4)在此基础上，根据计算得出的单体蓄热式电采暖系统蓄热设备参与需求响应可持续时长对蓄热式电采暖可调度功率进行约束，可得单体式蓄热式电采暖可调度功率如下式所示：
Figure FDA0003586027990000083
Figure FDA0003586027990000084
所述蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估模型模块用于：
蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力为单体蓄热式电采暖可调度潜力聚合而成，如下式所示：
Figure FDA0003586027990000085
Figure FDA0003586027990000086
式中：N为蓄热式电采暖系统台数。
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