基于模型预测控制的智能楼宇用能灵活性调控策略

提出一种基于模型预测控制的智能楼宇用能灵活性调控策略。首先,根据楼宇蓄热特性,构建考虑楼宇内部不同制热区域的智能楼宇能耗预测模型,并将楼宇系统作为灵活可控单元集成到配电网中;然后基于模型预测控制方法,通过楼宇内部暖通空调系统在温度舒适度范围内对室温进行优化调节,实现楼宇系统的能耗灵活管理,降低楼宇运行成本;最后,在冬季制热场景下,对不同暖通空调控制方法下的楼宇集群进行优化调度分析,并对比分析了楼宇集群优化调度对于配电网运行状态的影响。结果表明,所提方法在保证温度舒适度的前提下可充分发掘智能楼宇的需求响应潜力,降低楼宇运行成本,同时可有效解决由可再生能源出力预测数据误差而导致的楼宇日前调控方案与实际运行场景偏差较大的问题,在预测不确定性环境下具有较强的鲁棒性。     

考虑分布式电源与需求侧的主动配电网多级协调调度方法

主动配电网和智能配电网是未来配电网的主要发展方向。传统能源、分布式能源、储能及可控负荷等各类可调控资源的协调调度是主动配电网运行的关键。本文从供能和负荷控制角度对主动配电网协调优化调度问题进行研究,综合考虑不同特性的分布式电源、储能及可控负荷,建立各类可调控资源的调度模型,构建多时间尺度多目标优化的主动配电网协调调度系统。算例分析了系统对各类可调控资源的调度指导计划结果及调度后的配网运行效果,从而验证了所提调度方法及相关模型的可行性和有效性。     

考虑需求侧电价的配电网储能设备运行策略与容量的协调优化

光伏、储能和需求侧响应的协调运行可有效平抑负荷波动并提升配电网运行的经济性。为实现通过主动运行提升配电网资产利用率的目标,本文首先改进了主动配电网的运行策略,在电网正常状态下,考虑了用户舒适度以及用电经济性的双重需求,建立了基于启发式滑动数据窗滚动技术的价格型空调快速响应模型;在电网故障状态下,提出了考虑用户赔偿的激励型空调负荷响应模型,以及故障状态下存在互联的馈线组内广义需求侧资源协调调度的共享策略,以减少线路的冗余备用。其次,建立了基于以上运行策略的配电网主动运行收益模型,以及以配电网效益最大为目标的配电网需求侧电价、储能运行策略和容量配置的协同优化模型。最后,以改进的IEEE-33节点配电系统为算例进行了仿真。仿真结果验证了所提模型的有效性,并探讨了用户负荷需求侧资源参与程度对储能配置的影响以及共享机制对提升配电线路利用率的贡献,为主动配电网广义需求侧资源优化配置提供了参考。     

考虑分时电价差异性和基于主从博弈的智能楼宇集群能量共享方法

智能电网背景下,具备分布式光伏出力和自动需求响应要素的智能楼宇联合运行可以促进光伏发电的就地消纳,提高其用电经济性.因此,构建了以配有储能系统的智能楼宇集群运营商(smart building cluster operator,SBCO)为中心的能量交易框架,并提出一种考虑分时电价差异性和基于主从博弈的能量共享方法.首先,考虑到不同负荷类型楼宇用户存在分时电价差异性,且智能楼宇的实时需求响应会促进集群内部的能量共享,建立了SBCO的日前储能调度模型.其次,计及SBCO和楼宇用户具有不同逐利特性及用户的信息私密性和对用电舒适度要求,提出了一种基于主从博弈的实时需求响应模型以实现两方利益制约平衡和联合优化.最后,通过实际算例证实了所提方法可以较好地提升SBCO和智能楼宇的经济效益,且在促进分布式光伏就地消纳和优化智能楼宇集群净负荷特性方面具有优势.     

基于一致性算法的主动配电网源-荷-储分布式协调优化调度

针对可再生能源高渗透率的主动配电网调度运行存在的网络拓扑多变、通信及计算量大等问题,建立了基于多智能体的配电网源-荷-储完全分布式模型。为增强负荷参与调度的意愿,对系统内柔性负荷进行分级优化建模,改变柔性负荷边际效用。通过设置节点负荷比重改进一致性算法,应用算法对各智能体的边际成本提取变量。通过一致性协调优化的方式实现源-荷-储的协调运行,提高配电网的运行经济性。算例仿真与分析验证了该模型的有效性。     

考虑电动汽车集群时空能量可调控特性的交直流混合配电网紧急优化调度

针对交直流混合配电网存在强随机性分布式电源接入、电力电子变流器的过载能力受限的特点,提出了考虑电动汽车(EV)集群时空能量可调控特性的交直流混合配电网紧急优化调度方法。基于负荷在紧急状态下的响应特性差异建立紧急响应负荷模型,基于紧急优化调度的实际需要和EV集群中各单元的荷电状态、并离网状态差异性特点建立EV聚合商紧急调控模型;综合考虑调度单元的经济性与系统可靠性,建立紧急优化调度模型;基于改进的IEEE 33节点交直流混合配电网构建2种故障场景,基于最差净负荷功率曲线进行优化求解,并将EV集群与容量相当的传统储能的紧急优化调度结果进行对比,结果验证了所提方法的灵活性、有效性及经济优越性。     

计及电动汽车和冷负荷响应的多楼宇联合优化调度研究

楼宇多呈现集群特性,通过楼宇间的功率交互和能源设备的优化出力,能进一步提高能源利用效率、减少环境污染.首先构建典型能源互联型楼宇,提出多楼宇联合运行结构.然后重点讨论室内冷负荷需求模型和电动汽车模型,通过适宜温度限制和温度惩罚函数对楼宇室温进行优化,以整体楼宇群的总运行成本为优化目标,提出考虑楼间功率交互的多楼宇联合优化调度模型.为增强说服力,增加各楼宇独立运行时的仿真,通过算例对比2种运行方式的经济成本,分析了电动汽车和冷负荷需求对系统运行的影响.结果表明考虑电动汽车和冷负荷需求会影响楼内微源的出力和经济性,进一步提高可再生能源的利用率,在一定程度上降低系统运行成本.     

计及需求侧响应的主动配电网多时间尺度优化调度

考虑分布式电源出力的波动性、负荷预测的误差以及各类调度资源的运行特性在时间尺度上存在差异等问题，提出一种在需求侧响应机制下主动配电网的多时间尺度优化调度模型。首先，负荷参与需求侧响应的形式分为价格型和激励型两类，分别对这两种需求侧响应的形式进行建模分析。其次，建立基于模型预测控制的主动配电网多时间尺度调度框架，根据模型预测控制方法分别建立日前调度、日内滚动和实时反馈三个阶段的配电网优化调度模型。考虑到配电网调度过程中的有功无功耦合特性，通过控制无功调度资源使得配电网各节点电压控制在允许范围。最后，通过对改进的31节点算例进行仿真，验证了所提模型可以有效地降低预测产生的误差并提高主动配电网运行的经济性和安全性。     

集群空调负荷双层动态优化调度决策方法

为了解决常规空调调度中切除负荷带来的电网运行稳定问题,在集群空调的调度中考虑空间上的优化组合,提出一种考虑网损和调度偏差最小的自上而下双层优化动态调度决策方法。在空调的聚类建模中,研究空调参数和运行状态的差异性,分析并验证聚类中的误差约束值和分组数对调度准确性的影响;在双层优化调度中,通过最优潮流计算合理地分配空间上调度的容量,有效减小网损与电压越限的可能性;结合动态调度,提高调度的准确性,保证用户的舒适性。IEEE 33节点配电网算例结果验证了所提算法的可行性和准确性。     

计及空调负荷等多类型需求侧资源的虚拟电厂优化运行策略

针对楼宇空调与其他类型需求侧资源的虚拟电厂内部协调优化问题,在对楼宇空调建模分析基础上,比较了楼宇空调启停控制和连续调节方式下用电量和室内温度变化特点,确定了适合于楼宇空调与虚拟电厂内部其他需求侧资源协调运行调节方式。进一步地,考虑楼宇用户舒适度分档和需求响应补偿价格,以区域供能成本最低为目标函数,建立了计及空调负荷的多类型需求响应资源的虚拟电厂协调优化模型,采用线性化方法处理非线性函数,将其转化为混合整数线性规划模型。算例表明:考虑用户舒适度的楼宇空调与虚拟电厂聚合的其他类型需求侧资源协调供能模式可有效的减少区域弃电量,同时降低楼宇本身耗电量,使得楼宇用户获取补偿收益。     

基于模型预测控制的分散式空调两阶段优化调度

近年来，空调负荷急剧增长，如何保证电网的安全、稳定运行是当前亟须解决的重要难题。针对含分散式空调的楼宇微网，提出一种基于模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）两阶段优化调度策略。日前阶段，考虑楼宇微网设备间电能的互济互补能力，以系统运行经济性、环保性以及设备损耗作为综合成本目标，兼顾自身利益的同时最大限度地消纳可再生能源。在日内阶段，基于MPC方法建立融合分散式空调的楼宇微网预测模型，并反复滚动优化，以解决可再生能源出力、负荷预测精度随时间尺度增加而下降的问题。通过算例分析得出：分散式空调两阶段优化调度方法能够有效解决预测误差较大的问题，在平滑联络线的同时使系统鲁棒性得以提升。     

能量-备用多品种电力交易下空调负荷聚合商竞价策略

双侧电力市场的开放为公共楼宇暖通空调负荷作为需求侧资源参与电力市场提供了新的机遇。为了挖掘用电高峰时段空调负荷的调控潜力,根据暖通空调的运行原理,基于能量守恒定律、热力学原理、质量守恒原理等,建立了公共楼宇暖通空调的物理模型,提出了暖通空调的柔性控制策略。考虑空调用户在负荷聚合商的统一协调下参与能量和备用市场,构建了能量-备用多品种电力交易下负荷聚合商的双层竞价模型,其中上层为负荷聚合商竞价模型,下层为电力市场出清模型,并基于KKT条件及对偶理论将双层优化问题转化为带平衡约束的单层优化模型,实现模型的高效求解。算例分析结果验证了所提竞价模型的有效性。     

计及温度不确定性的配电网广义储能分层调控策略

为发挥空调负荷的调控潜力,该文将变频空调视为广义储能,提出一种计及温度不确定性的配电网广义储能分层调控策略。首先,建立变频空调广义储能模型,基于广义储能特征参数,将广义储能聚合为多个集群。在此基础上,构建广义储能集群分层调控框架,将广义储能调控分为广义储能集群调控与广义储能群内调控两层。在广义储能集群调控层面,提出配电网广义储能集群分布鲁棒优化调控策略,避免了室外温度不确定性影响用户舒适度;在广义储能群内调控层面,提出了广义储能集群群内功率分配策略,实现广义储能等效荷电状态变化的一致性。最后,基于改进的IEEE 33节点系统开展算例仿真,仿真结果表明所提的调控策略在保障用户舒适度和调控公平性的前提下降低了配电网的运行成本,提高了可再生能源的消纳水平。     

以最小削减及最少启停为特征的空调负荷双层优化调度策略

为了维持电网稳定运行、节约调度成本、改善用户的舒适度,在空调负荷的优化调度中提出了以最小削减及最少启停为特征的双层调度策略。沿着负荷最优削减方向,以最小空调削减量为目标,实现空调削减在空间上的优化组合;对于各调控节点下的多台空调,以空调启停数量最少为目标,通过安全开关和调温控制策略的优化组合,满足调控精度的要求。所提双层优化策略在保证电网稳定的同时,有效地降低了空调的削减量,并且在保证调控精度的同时,最大限度地保证了用户的舒适度,降低了调度成本。IEEE 33节点配电网算例的仿真结果验证了所提调度策略的可行性和准确性。     

基于模型预测控制的主动配电网多时间尺度有功无功协调调度

随着大量可再生能源的接入,主动配电网在如何应对分布式电源出力不确定性以及负荷波动方面面临极大挑战,同时也对运行过程的经济性和安全性提出了更高要求。为解决上述问题,提出基于模型预测控制的主动配电网多时间尺度有功无功协调调度方法。基于模型预测控制实现主动配电网日前调度,日内滚动调度以及实时反馈校正,减少可再生能源间歇性以及负荷预测误差对配电网运行的影响。同时考虑配电网有功无功耦合特性,通过有功无功协调优化来降低网络损耗,减少无功设备频繁动作所产生的操作成本,在保证主动配电网安全运行的同时进一步实现运行效益最大化。通过仿真分析计算,证明了所提方法的可行性和有效性。     

考虑用户缴费满意度与用电舒适度的用电优化策略

随着智能家电的广泛应用以及负荷监测技术的发展,家庭可控负荷的优化调度已经成为虚拟电厂技术的重要研究内容。考虑家庭用户用电经济性和舒适度,提出一种综合考虑家庭用户电力负荷关联度和用电舒适度与缴纳电费满意度的多目标用电模型。根据用户的负荷特性,建立刚性负荷和柔性负荷的数学模型及其约束条件。引入负荷使用关联矩阵调整负荷运行时段参数,建立考虑用户用电舒适度与电费支出满意度的多目标用电模型,采用遗传算法对模型进行求解。算例分析结果表明所建立的优化策略能有效满足用户用电舒适度,实现用电经济性,为虚拟电厂中可控负荷的优化调度提供帮助。     

公共建筑HVAC系统优化调度研究

“双碳”目标使得智能电网中新能源渗透率快速增长，同时也要求智能电网中的公共建筑具备需求响应能力，而暖通空调（heating，ventilation and air conditioning，HVAC）系统能耗在公共建筑总能耗中的占比不容小觑。为了降低公共建筑能耗，同时达到“供随需动”的效果，首先针对公共建筑，对其能源系统、建筑热平衡和HVAC系统进行建模，在此基础上提出一种两阶段调度方案。日前调度阶段以最小建筑耗电成本为目标，同时保持建筑内的热舒适度，控制HVAC系统以得到最佳日前调度计划；在实时调度阶段以减少公共建筑正常运营期间的碳排放量为目标，配合完成优化调度方案。通过对实际公共建筑的仿真验证了新型优化调度方案的有效性和经济性。     

分时电价下计及用户用电满意度的家庭负荷优化策略

分时电价是实施需求侧管理、鼓励用户改变用电方式的一种重要经济手段。居民用户是需求侧的一部分,对其用电负荷进行优化具有重要意义。首先,对家庭基本可调度负荷、空调系统以及电动汽车的运行特性进行建模;其次,建立包含环境舒适度和用电方式舒适度的用电满意度模型,对考虑用户环境舒适度的空调系统运行策略进行分析,构建不考虑电动汽车充电的基本可调度负荷多目标优化模型;最后,构建考虑负荷曲线峰谷差的电动汽车充电模型,并采用遗传算法求解模型。在分时电价条件下对优化前后的用电费用和负荷曲线进行对比分析,结果表明所提优化策略能够在保证用户用电满意度的前提下降低用电费用,并达到削峰填谷的目的。     

基于能耗模拟的精密空调温湿度协同优化控制

精密空调应用广泛,但在精密空调应用场所,空调系统能耗占场所总能耗的很大比例。为优化精密空调运行及节约能耗,建立基于能耗模拟的精密空调温湿度协同控制优化运行模型。采用热平衡理论,结合场所室内设备的散热功率及室外温度变化,建立室内温度设定值与空调负荷的热平衡方程;进一步考虑室内外相对湿度的差异,建立空调加湿与除湿的能耗平衡模型;并以空调运行的经济性和稳定性为目标,建立精密空调温湿度协同控制优化运行模型。采用理想点法和遗传算法对模型求解,实现兼顾稳定及经济性的空调运行方式的优化控制,最后通过算例分析证明模型的正确性和有效性。     

主动配电网能量管理与分布式资源集群控制

大量分布式资源并网运行的主动配电网,若采用传统集中式的调控决策体系,面临控制敏捷性、系统可靠性、海量通信和信息隐私等问题。文中设计了"集群自律-群间协调-输配协同"的主动配电网能量管理与运行调控的体系结构,并开发了相应的系统。然后,重点介绍了这种集群控制、多级协调的调控体系特点和关键技术:①主动配电网网络分析技术;②分布式集群调控技术;③考虑不确定性的配电网有功和无功协调优化技术;④输配电网分布式协调调度技术。最后,简要介绍了该系统在高比例分布式可再生能源配电网的应用效果,并对后续的研究方向进行了展望。