本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化領(lǐng)域，特別涉及一種用戶能源中心耗能成本控制的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以能源互聯(lián)網(wǎng)為核心技術(shù)的第三次工業(yè)革命可以改變能源利用方式，促進(jìn)多種一次能源與電能及各類終端能源在由多個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)組成的復(fù)雜系統(tǒng)中深度融合，推動(dòng)社會(huì)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。在能源供應(yīng)側(cè)，天然氣網(wǎng)絡(luò)、電力系統(tǒng)等能源網(wǎng)絡(luò)都是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分；在能源需求側(cè)，信息技術(shù)的變革使得能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的能量管理更為靈活，能量管理系統(tǒng)除了能夠?qū)﹄娏θ嵝载?fù)荷進(jìn)行控制之外，還能夠在電、氣等多種能源形式之間選擇替代。

能源中心是一種將能源供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)連接在一起，描述多能源系統(tǒng)中能源供應(yīng)、負(fù)荷需求、網(wǎng)絡(luò)之間交換、模塊間耦合關(guān)系的輸入-輸出端口模型。在能源中心內(nèi)部，能源或者被負(fù)荷消耗，或者轉(zhuǎn)化為其它形式。在能源需求側(cè)，用戶耗能占有相當(dāng)大的比重；用戶通常從電力系統(tǒng)買電，從天然氣系統(tǒng)買氣，并通過一系列能源轉(zhuǎn)化裝置對電力或天然氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以滿足自身冷/熱需求和電需求?？刹捎媚茉粗行母拍顏砻枋鲇脩糁卸喾N能源輸入-輸出的耦合關(guān)系，即所謂的用戶能源中心(UEH)。

微型冷熱電聯(lián)產(chǎn)mCCHP是由mCHP拓展的一種分布式供能系統(tǒng)，通過增加制冷機(jī)模塊，能夠同時(shí)滿足單/多個(gè)用戶或小型辦公樓制冷/制熱和用電的需求。與以往熱能和電能分開供應(yīng)的方式相比，mCCHP在消耗能源的地方生產(chǎn)能源，可以避免遠(yuǎn)距離傳輸帶來的能量損耗，更加經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。mCCHP輸出的電力在被UEH使用后如有剩余，則可以出售給電網(wǎng)公司以獲得收益；當(dāng)mCCHP輸出的電力不夠滿足用戶負(fù)荷時(shí)，則需要從電網(wǎng)公司買電。到目前為止，尚無基于mCCHP并考慮制冷/制熱負(fù)荷等影響的UEH運(yùn)行優(yōu)化的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用戶能源中心耗能成本控制的方法及系統(tǒng)，在同時(shí)考慮冷/熱負(fù)荷和溫度舒適度的同時(shí)使得用戶能源中心從電網(wǎng)公司和天然氣公司購買的能源費(fèi)用之和最小。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用戶能源中心耗能成本控制的方法，包括：

根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息，建立電負(fù)荷的各類型設(shè)備及熱負(fù)荷的各類型設(shè)備的數(shù)學(xué)模型；

建立溫度舒適度計(jì)算模型，得到舒適溫度區(qū)間；

將所述舒適溫度區(qū)間作為約束條件，根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，確定耗能成本目標(biāo)函數(shù)；

計(jì)算耗能成本目標(biāo)函數(shù)在設(shè)定周期內(nèi)的最小值，實(shí)現(xiàn)對用戶能源中心耗能成本控制。

其中，根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息，建立電負(fù)荷的各類型設(shè)備及熱負(fù)荷的各類型設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，包括：

根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息及負(fù)荷特性，建立溫度控制型電負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，剛性負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，柔性負(fù)荷的數(shù)學(xué)模塊，電動(dòng)車輛負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，熱水負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，空氣制熱/制冷負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，電氣可轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型。

其中，建立溫度舒適度計(jì)算模型，得到舒適溫度區(qū)間，包括：

確定PMV指標(biāo)的范圍；

根據(jù)所述范圍，利用溫度舒適度計(jì)算模型確定舒適溫度區(qū)間；

其中，PMV指標(biāo)表示溫度最舒適狀態(tài)，x為溫度值。

其中，所述耗能成本目標(biāo)函數(shù)為

其中，和分別為時(shí)刻t的氣價(jià)和電價(jià)，為時(shí)刻t用戶消耗電網(wǎng)公司的電功率或出售給電網(wǎng)公司的電功率，f_t^CCHP為時(shí)刻t的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備mCCHP消耗天然氣的速率。

其中，計(jì)算耗能成本目標(biāo)函數(shù)在設(shè)定周期內(nèi)的最小值，包括：

將耗能成本目標(biāo)函數(shù)對時(shí)刻t的mCCHP輸出的電功率進(jìn)行求導(dǎo)得到其中，和分別為時(shí)刻t的氣價(jià)和電價(jià)，κ_gas為天然氣的熱值，η_e和η_h分別為mCCHP的電轉(zhuǎn)化效率和熱轉(zhuǎn)化效率；

當(dāng)時(shí),通過mCCHP燃燒天然氣的發(fā)電成本會(huì)使用戶能源管理系統(tǒng)成本降低；

當(dāng)時(shí),通過mCCHP燃燒天然氣發(fā)電會(huì)導(dǎo)致用戶能源管理系統(tǒng)成本增加。

其中，所述mCCHP的制冷方式的選取，包括：

在電價(jià)低于第一預(yù)定值的時(shí)段,調(diào)度電動(dòng)式制冷機(jī)制冷，且在電動(dòng)式制冷機(jī)制冷功率不足時(shí),方調(diào)度吸收式制冷機(jī)制冷；

在電價(jià)高于第二預(yù)定值的時(shí)段,調(diào)度吸收式制冷機(jī)制冷。

本發(fā)明還提供一種用戶能源中心耗能成本控制的系統(tǒng)，包括：

負(fù)荷建模模塊，用于根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息，建立電負(fù)荷的各類型設(shè)備及熱負(fù)荷的各類型設(shè)備的數(shù)學(xué)模型；

舒適溫度區(qū)間獲取模塊，用于建立溫度舒適度計(jì)算模型，得到舒適溫度區(qū)間；

目標(biāo)函數(shù)模塊，用于將所述舒適溫度區(qū)間作為約束條件，根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，確定耗能成本目標(biāo)函數(shù)；

成本控制模塊，用于計(jì)算耗能成本目標(biāo)函數(shù)在設(shè)定周期內(nèi)的最小值，實(shí)現(xiàn)對用戶能源中心耗能成本控制。

其中，所述舒適溫度區(qū)間獲取模塊包括：

PMV指標(biāo)單元，用于確定PMV指標(biāo)的范圍；

舒適溫度區(qū)間獲取單元，用于根據(jù)所述范圍，利用溫度舒適度計(jì)算模型確定舒適溫度區(qū)間；

其中，PMV指標(biāo)表示溫度最舒適狀態(tài)，x為溫度值。

其中，所述耗能成本目標(biāo)函數(shù)為

其中，和分別為時(shí)刻t的氣價(jià)和電價(jià)，為時(shí)刻t用戶消耗電網(wǎng)公司的電功率或出售給電網(wǎng)公司的電功率，f_t^CCHP為時(shí)刻t的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備mCCHP消耗天然氣的速率。

其中，所述成本控制模塊包括：

求導(dǎo)單元，用于將耗能成本目標(biāo)函數(shù)對時(shí)刻t的mCCHP輸出的電功率進(jìn)行求導(dǎo)得到其中，和分別為時(shí)刻t的氣價(jià)和電價(jià)，κ_gas為天然氣的熱值，η_e和η_h分別為mCCHP的電轉(zhuǎn)化效率和熱轉(zhuǎn)化效率；

成本控制單元，用于當(dāng)時(shí),通過mCCHP燃燒天然氣的發(fā)電成本會(huì)使用戶能源管理系統(tǒng)成本降低；當(dāng)時(shí),通過mCCHP燃燒天然氣發(fā)電會(huì)導(dǎo)致用戶能源管理系統(tǒng)成本增加。

本發(fā)明所提供的用戶能源中心耗能成本控制的方法，包括：根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息，建立電負(fù)荷的各類型設(shè)備及熱負(fù)荷的各類型設(shè)備的數(shù)學(xué)模型；建立溫度舒適度計(jì)算模型，得到舒適溫度區(qū)間；將所述舒適溫度區(qū)間作為約束條件，根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，確定耗能成本目標(biāo)函數(shù)；計(jì)算耗能成本目標(biāo)函數(shù)在設(shè)定周期內(nèi)的最小值，實(shí)現(xiàn)對用戶能源中心耗能成本控制；可見，該方法在同時(shí)考慮冷/熱負(fù)荷和溫度舒適度的同時(shí)使得用戶能源中心從電網(wǎng)公司和天然氣公司購買的能源費(fèi)用之和最小；本發(fā)明還通過了一種用戶能源中心耗能成本控制的系統(tǒng)，具有上述有益效果，在此不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的用戶能源中心耗能成本控制的方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的用戶能源中心架構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的冬季某典型日mCCHP輸出的熱功率曲線圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的空氣制冷功率曲線圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的夏季某典型日mCCHP輸出的熱功率曲線圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的用戶能源中心耗能成本控制的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種用戶能源中心耗能成本控制的方法及系統(tǒng)，在同時(shí)考慮冷/熱負(fù)荷和溫度舒適度的同時(shí)使得用戶能源中心從電網(wǎng)公司和天然氣公司購買的能源費(fèi)用之和最小。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的用戶能源中心耗能成本控制的方法的流程圖；該方法可以包括：

S100、根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息，建立電負(fù)荷的各類型設(shè)備及熱負(fù)荷的各類型設(shè)備的數(shù)學(xué)模型；

其中，各種負(fù)荷都可以歸屬為電負(fù)荷和熱負(fù)荷中，如用戶能源中心(User Energy Hub,UEH)可用多種能源輸入輸出和轉(zhuǎn)化的模型來描述。UEH的輸入為電能和天然氣，能源轉(zhuǎn)化設(shè)備為mCCHP，主要包含微型燃?xì)廨啓C(jī)、熱回收裝置、儲熱裝置、制冷機(jī)、儲水箱、換熱設(shè)備等六部分，如附圖2所示。當(dāng)用戶用電負(fù)荷超過mCCHP最大輸出電功率時(shí)，可從電網(wǎng)公司購買電力以滿足負(fù)荷需求；當(dāng)mCCHP所能提供的電力超過用戶用電負(fù)荷時(shí)，多余電力可以出售給電網(wǎng)公司并假設(shè)與買電價(jià)格相等。mCCHP產(chǎn)生的熱能可用于滿足熱水需求和制熱/制冷需求，多余部分可用儲熱裝置儲存起來；考慮到熱水儲水箱是最常用的熱水儲存裝置，可以將能源轉(zhuǎn)化設(shè)備即mCCHP歸為熱負(fù)荷中；針對用戶電負(fù)荷的不同特性，將其細(xì)分為溫度控制型電負(fù)荷、剛性電負(fù)荷、柔性電負(fù)荷和電動(dòng)車輛，并發(fā)展了多類型電負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。然后將能源中心熱負(fù)荷細(xì)分為熱水負(fù)荷、空氣制熱/制冷負(fù)荷和電氣可轉(zhuǎn)換負(fù)荷，并建立了多類型熱負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。這里建立的數(shù)學(xué)模型中要根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息，對各個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)限制或是對建立的數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)增加約束條件。例如電冰箱需要根據(jù)用戶的使用需求參數(shù)信息設(shè)置電冰箱中的溫度必須滿足一個(gè)什么樣的區(qū)間范圍等。

其中，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，根據(jù)負(fù)荷的一些特性將其歸為一類，用一個(gè)大的數(shù)學(xué)模型來概括他們；這樣可以減少數(shù)學(xué)模型的數(shù)量，在保證一定準(zhǔn)確性的情況下，減少計(jì)算量，節(jié)約時(shí)間；具體的，根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息及負(fù)荷特性，建立溫度控制型電負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，剛性負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，柔性負(fù)荷的數(shù)學(xué)模塊，電動(dòng)車輛負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，熱水負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，空氣制熱/制冷負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，電氣可轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型。

即首先建立了基于mCCHP的UEH，并分別對UEH的電負(fù)荷和熱負(fù)荷進(jìn)行建模。將電負(fù)荷分為溫度控制型電負(fù)荷、不具備需求側(cè)響應(yīng)能力的剛性電負(fù)荷、具備需求側(cè)響應(yīng)能力的柔性電負(fù)荷、電動(dòng)車輛(Electric Vehicle,EV)負(fù)荷；將熱負(fù)荷分為熱水、空氣制冷/制熱負(fù)荷和電氣可轉(zhuǎn)換負(fù)荷，并建立了多類型電力及熱負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。

下面列舉每種負(fù)荷的具體數(shù)學(xué)模型以供參考：

用戶能源中心模型：

1)用戶能源中心電負(fù)荷模型

用戶能源中心負(fù)荷主要包含電負(fù)荷和冷/熱負(fù)荷。一般而言，冷/熱負(fù)荷需求和電負(fù)荷中的柔性負(fù)荷在用電時(shí)間方面是靈活的、可以進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。UEH一般包含多種用電設(shè)備，需要對這些用電設(shè)備的用電特性進(jìn)行仔細(xì)分析和模擬，以便采取合適的調(diào)度策略。

為了方便描述可以不用實(shí)時(shí)獲取各種狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值，且各種狀態(tài)參數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)也會(huì)維持一個(gè)穩(wěn)定；因此可以將一天分為96個(gè)時(shí)段，即每個(gè)時(shí)段15分鐘。不過，所提出的方法具有一般性，適用于其它時(shí)段劃分方法。在每個(gè)時(shí)段中，假定各種狀態(tài)參數(shù)保持不變。這樣，對于瞬時(shí)量就可以用某個(gè)時(shí)段中的某個(gè)時(shí)刻的量來描述，例如"時(shí)刻t"描述"時(shí)段t"中任意時(shí)刻。

1、溫度控制型電負(fù)荷

電冰箱是用戶最常用的電器,對電冰箱的控制主要基于其內(nèi)部溫度，故為溫度控制型電負(fù)荷。電冰箱通常包含四部分：壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器。電冰箱的用電特性可用下面的數(shù)學(xué)模型描述：

其中，為時(shí)刻t冰箱內(nèi)部溫度，和分別為冰箱內(nèi)部溫度的下限和上限；為時(shí)刻t冰箱制冷功能的啟停狀態(tài)，當(dāng)時(shí)，冰箱制冷功能開啟/關(guān)閉；α_FR為冰箱在制冷功能開啟狀態(tài)下的制冷系數(shù)；γ_FR為冰箱在制冷功能關(guān)閉狀態(tài)下的回溫系數(shù)，即由于冰箱內(nèi)部和外部溫度不同而發(fā)生能量交換所導(dǎo)致冰箱內(nèi)部溫度的回升量。

可以根據(jù)熱力學(xué)求解γ_FR，但是由于冰箱內(nèi)部一般存有熱力學(xué)系數(shù)不同的食物，因此直接根據(jù)熱力學(xué)求解γ_FR十分困難。因此，優(yōu)選的，采用實(shí)驗(yàn)方法得到了在給定條件下額定功率為500W的冰箱的回溫系數(shù)γ_FR＝1.215℃/15min，制冷系數(shù)α_FR＝5.49℃/15min。其他溫度控制型電負(fù)荷可以根據(jù)電冰箱的建模過程建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，或者獲取這類電負(fù)荷的共同的溫度區(qū)間及相似的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行建模。

2、剛性電負(fù)荷

一般而言，滿足人們基本日常生活需求、一旦用電時(shí)間被調(diào)整就會(huì)嚴(yán)重影響用戶舒適性的設(shè)備屬于剛性負(fù)荷，其工作時(shí)間和用電負(fù)荷基本不受電價(jià)影響，例如基本照明、電冰箱、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等。此類負(fù)荷是最基本的剛性需求，用戶一般不會(huì)為了節(jié)省電費(fèi)而調(diào)整用電時(shí)間，故不參與負(fù)荷控制過程，在總用電需求中為基本負(fù)荷。因此，需要根據(jù)用戶使用需求參數(shù)信息確定用戶屬于剛性電負(fù)荷的設(shè)備。

3、柔性電負(fù)荷

柔性電負(fù)荷是對電價(jià)敏感的可轉(zhuǎn)移負(fù)荷。在一定范圍內(nèi)，柔性負(fù)荷的工作時(shí)間是可調(diào)節(jié)的；在滿足設(shè)備用電約束的前提下，可合理規(guī)劃柔性負(fù)荷用電時(shí)段。用戶中柔性電負(fù)荷一般包括洗碗機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)這類負(fù)荷。柔性負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型可描述如下：

其中，E_i和L_i分別為柔性負(fù)荷i可調(diào)度時(shí)段的起始時(shí)刻和最終時(shí)刻；M_i為柔性負(fù)荷i的最小運(yùn)行時(shí)間；u_i(t)分別為時(shí)段t柔性負(fù)荷i的啟停狀態(tài)，u_i(t)＝1/0時(shí)，柔性負(fù)荷i啟動(dòng)/停止運(yùn)行。

4、電動(dòng)車輛負(fù)荷

對電動(dòng)車輛充放電進(jìn)行調(diào)度時(shí)要考慮車主的用車約束，并需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充到用戶期望的荷電狀態(tài)(State Of Charge,SOC)。定義EV在家時(shí)段為可調(diào)度時(shí)段，設(shè)用戶在g時(shí)刻開車出門，c時(shí)刻回家，則不可調(diào)度時(shí)段為[g,c]，可調(diào)度時(shí)間為下面描述EV的負(fù)荷模型。

EV電量方程：

其中，ε_t為EV在時(shí)刻t的SOC；η_ch和η_dch分別為EV的充電和放電效率；V_EV為EV的電池容量；ΔT為單位時(shí)段長度，本文中取為15min；和分別為EV的額定充電和放電功率。

EV電池約束可描述為：S_min≤ε_t≤S_max

其中，S_max和S_min分別為EV電量的上限和下限。

不可調(diào)度時(shí)段約束：

其中，g和c分別為EV的離網(wǎng)時(shí)刻和并網(wǎng)時(shí)刻。

EV離網(wǎng)時(shí)刻電量約束：ε_c≥S_des

其中，ε_c為EV在離網(wǎng)時(shí)刻c的SOC；S_des為在離網(wǎng)時(shí)刻用戶期望的最小SOC。

2)用戶能源中心熱負(fù)荷模型

1、熱水負(fù)荷

mCCHP通過燃燒天然氣/煤氣加熱儲水箱中的水，并使水溫保持在給定范圍，以保證隨時(shí)都有熱水供應(yīng)。假設(shè)當(dāng)一定量的熱水被消耗后，會(huì)立即有等量冷水注入；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可得到水溫的計(jì)算公式：

其中，和分別為時(shí)刻t儲水箱內(nèi)的水溫和注入冷水的體積(即熱水負(fù)荷)；為mCCHP在時(shí)刻t提供給儲水箱的熱功率；ρ_w和C_w分別為水的密度和比熱容(即單位質(zhì)量物體改變單位溫度時(shí)吸收或放出的熱量)；V_w為儲水箱的體積；θ_cw為儲水箱注入冷水的水溫。式中等式右邊第一項(xiàng)為注入冷水后水箱的平衡溫度，第二項(xiàng)為mCCHP給儲水箱提供熱量后引起的水溫變化。

儲水箱內(nèi)水溫需保持在一定范圍內(nèi)：

2、空氣制熱/制冷負(fù)荷

應(yīng)該按照用戶舒適度對室內(nèi)溫度進(jìn)行控制。單位時(shí)間內(nèi)室內(nèi)空氣從室外吸收的熱量為：

其中，和分別為時(shí)刻t室外和室內(nèi)的溫度；q_t為在時(shí)段t內(nèi)室內(nèi)從室外吸收的熱量；R為建筑材料的熱阻。在供暖時(shí)，室內(nèi)溫度通常高于室外，此時(shí)q_t為負(fù)值；在制冷時(shí)，室內(nèi)溫度通常低于室外溫度，此時(shí)q_t為正值。

在供暖時(shí)，為使室內(nèi)溫度保持在給定范圍，mCCHP向室內(nèi)空氣提供的熱量為此時(shí)室內(nèi)空氣溫度的變化為：

其中，C_air為空氣的比熱容，為mCCHP提供的空氣制熱功率。

對上式做離散化處理后可得：

在制冷時(shí)，制冷機(jī)從室內(nèi)吸收的熱量為此時(shí)室內(nèi)空氣溫度的變化為：

其中，為制冷機(jī)的制冷功率。電動(dòng)式制冷機(jī)的制冷功能由電能驅(qū)動(dòng)，而吸收式制冷機(jī)的制冷功能則由mCCHP輸出的熱能驅(qū)動(dòng)。

得到時(shí)刻t+1的室內(nèi)溫度：

其中，制冷和制熱功能不能同時(shí)開啟，即需滿足

3、電氣可轉(zhuǎn)換負(fù)荷的建模

mCCHP集成了發(fā)電、制熱、制冷等功能,其輸出的電功率和熱功率滿足：

其中，和f_t^CCHP分別為時(shí)刻t的mCCHP輸出的電功率、熱功率和消耗天然氣的速率；η_e和η_h分別為mCCHP的電轉(zhuǎn)化效率和熱轉(zhuǎn)化效率；κ_gas為天然氣的熱值。

S110、建立溫度舒適度計(jì)算模型，得到舒適溫度區(qū)間；

其中，S100和S110并沒有先后關(guān)系，這兩個(gè)步驟都需要完成，且舒適溫度區(qū)間還會(huì)影響空氣制冷/制熱負(fù)荷的溫度范圍，要滿足使得用戶所處范圍內(nèi)的溫度在舒適溫度區(qū)間內(nèi)，這個(gè)舒適溫度區(qū)間會(huì)影響空氣制冷/制熱負(fù)荷的工作狀態(tài)參數(shù)。

用戶能源管理系統(tǒng)在追求用能成本最經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，還要提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。影響人體舒適度的外部因素包括環(huán)境溫度、相對濕度、空氣流速、平均輻射溫度，內(nèi)部因素則包括個(gè)人運(yùn)動(dòng)程度、衣著厚度及年齡、性別、體質(zhì)強(qiáng)弱等。在眾多外部因素和內(nèi)部因素中，人對環(huán)境最直觀的感受是溫度，因此本文著重考慮溫度對用戶舒適感的影響。引入溫度舒適度的概念來描述人體對外部環(huán)境溫度的滿意程度。

為量化溫度對人體舒適度的影響，F(xiàn)ANGER P O提出利用Fanger熱舒適度方程進(jìn)行分析，并制定PMV(Predicted Mean Vote scale)指標(biāo)對溫度舒適度進(jìn)行近似估算，PMV＝0表示室內(nèi)溫度為最舒適狀態(tài)。

基于舒適度的室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究考察了在其它因素處于舒適水平時(shí),不同溫度下的PMV取值，得到了PMV與溫度的關(guān)系：

在其它因素處于舒適水平時(shí)，溫度在26℃時(shí)PMV值最小，即舒適度最高。這里可以有用戶定義PMV指標(biāo)的范圍；例如ISO7730給定PMV的取值應(yīng)該在-0.5和0.5之間，由PMV與溫度的關(guān)系方程可知，相應(yīng)的室內(nèi)溫度在24.8℃和27.3℃之間。

S120、將所述舒適溫度區(qū)間作為約束條件，根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，確定耗能成本目標(biāo)函數(shù)；

S130、計(jì)算耗能成本目標(biāo)函數(shù)在設(shè)定周期內(nèi)的最小值，實(shí)現(xiàn)對用戶能源中心耗能成本控制。

其中，能源管理系統(tǒng)以用戶能源中心從電網(wǎng)公司和天然氣公司購買的能源費(fèi)用之和最小為目標(biāo)：

其中，T為設(shè)定周期。該目標(biāo)函數(shù)中考慮了將多余電力賣給電網(wǎng)公司的收益,因?yàn)闉闀r(shí)刻t用戶消耗電網(wǎng)公司的電功率(正值)或出售給電網(wǎng)公司的電功率(負(fù)值)。

其約束條件可以包括：電負(fù)荷平衡約束，mCCHP運(yùn)行約束，需要控制室內(nèi)溫度保持在舒適溫度區(qū)間，mCCHP的熱功率和電功率的上下限值約束。

其中，電負(fù)荷平衡約束：

其中，和分別為時(shí)刻t EV的充電功率和放電功率；d_t為時(shí)刻t柔性電負(fù)荷和剛性電負(fù)荷功率之和。

mCCHP運(yùn)行約束：

在空氣制熱時(shí),mCCHP為儲水箱提供的熱功率和為空氣制熱提供的熱功率滿足下述關(guān)系：

在空氣制冷時(shí),制冷機(jī)內(nèi)部熱功率平衡和mCCHP內(nèi)部熱功率平衡約束可分別描述為：

其中，和分別為電動(dòng)式制冷機(jī)和吸收式制冷機(jī)輸出的制冷功率。

需要控制室內(nèi)溫度保持在舒適溫度區(qū)間：

其中，和分別為室內(nèi)舒適溫度區(qū)間的上限和下限。

mCCHP的熱功率和電功率的上下限值約束分別如下式所示：

其中，和分別為mCCHP輸出熱功率的最大值和最小值；和分別為mCCHP輸出電功率的最大值和最小值。

其中，建立了UEH運(yùn)行優(yōu)化的整數(shù)線性規(guī)劃模型；UEH中的部分負(fù)荷可視為電氣可轉(zhuǎn)化負(fù)荷，因?yàn)橛脩裟茉垂芾硐到y(tǒng)可以選擇通過mCCHP燃燒天然氣發(fā)電還是從電網(wǎng)公司買電。在設(shè)定周期T中各時(shí)段t內(nèi)的用戶耗能成本為：

其中，和分別為時(shí)刻t的氣價(jià)和電價(jià)；為時(shí)刻t用戶消耗電網(wǎng)公司的電功率(正值)或出售給電網(wǎng)公司的電功率(負(fù)值)；e_t為時(shí)刻t的用戶電力總負(fù)荷；上式中等號右邊第一項(xiàng)和第二項(xiàng)分別為用戶購買天然氣和電能的成本。

對求導(dǎo)可得：

其中，等號右邊第一項(xiàng)和第二項(xiàng)分別為mCCHP的單位發(fā)電成本和從電網(wǎng)公司購買單位電量的成本。

當(dāng)時(shí)，通過mCCHP燃燒天然氣的發(fā)電成本會(huì)使用戶能源管理系統(tǒng)成本降低；換言之，mCCHP燃燒天然氣發(fā)電的成本低于從電網(wǎng)公司購買等量電量的成本，此時(shí)用戶能源管理系統(tǒng)可調(diào)度mCCHP多輸出電力以滿足負(fù)荷需求，并將多余電力賣給電網(wǎng)公司以獲取收益。此時(shí)可將UEH視為氣負(fù)荷。

當(dāng)時(shí)，通過mCCHP燃燒天然氣發(fā)電會(huì)導(dǎo)致用戶能源管理系統(tǒng)成本增加；換言之，mCCHP燃燒天然氣發(fā)電的成本高于從電網(wǎng)公司購買等量電能的成本，此時(shí)用戶能源管理系統(tǒng)調(diào)度mCCHP少輸出電力，不足電力從電網(wǎng)公司購買。此時(shí)可將UEH視為電-氣負(fù)荷。設(shè)定周期內(nèi)的最小值即設(shè)定周期內(nèi)每個(gè)時(shí)段t內(nèi)的最小值之和。

可選的，mCCHP一般可采用電動(dòng)式壓縮機(jī)制冷或吸收式制冷兩種方式。因此，所述mCCHP的制冷方式的選取，包括：

在電價(jià)低于第一預(yù)定值的時(shí)段,調(diào)度電動(dòng)式制冷機(jī)制冷，且在電動(dòng)式制冷機(jī)制冷功率不足時(shí),方調(diào)度吸收式制冷機(jī)制冷；

在電價(jià)高于第二預(yù)定值的時(shí)段,調(diào)度吸收式制冷機(jī)制冷。電動(dòng)式壓縮機(jī)制冷通過電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)制冷，制冷系數(shù)較高。吸收式制冷機(jī)采用溴化鋰溶劑，利用熱能驅(qū)動(dòng)，制冷效率略低。對于單位時(shí)間內(nèi)給定的制冷功率ΔQ，吸收式制冷機(jī)的成本c_AC和電動(dòng)式制冷機(jī)的成本c_EC可分別由下式求得:

式中：Z_EC和Z_AC分別為電動(dòng)式制冷機(jī)和吸收式制冷機(jī)的制冷系數(shù)(Coefficient of Performance)。

在電價(jià)較低時(shí)段，由于電動(dòng)式制冷機(jī)具有較高的制冷系數(shù)，其制冷成本c_EC低于吸收式制冷機(jī)的成本c_AC，用戶能源管理系統(tǒng)優(yōu)先調(diào)度電動(dòng)式制冷機(jī)制冷；在電動(dòng)式制冷機(jī)制冷功率不足時(shí)，方調(diào)度吸收式制冷機(jī)制冷。在電價(jià)較高時(shí)段，c_EC則可能高于c_AC，用戶能源管理系統(tǒng)優(yōu)先調(diào)度吸收式制冷機(jī)。因此，UEH的制冷負(fù)荷可視為一類電氣可轉(zhuǎn)化負(fù)荷。

以微型冷熱電聯(lián)產(chǎn)作為能源轉(zhuǎn)化裝置的用戶能源中心數(shù)學(xué)模型,首先針對用戶電負(fù)荷的不同特性，將其細(xì)分為溫度控制型電負(fù)荷、剛性電負(fù)荷、柔性電負(fù)荷和電動(dòng)車輛，并發(fā)展了多類型電負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。然后將能源中心熱負(fù)荷細(xì)分為熱水負(fù)荷、空氣制熱/制冷負(fù)荷和電氣可轉(zhuǎn)換負(fù)荷，并建立了多類型熱負(fù)荷模型。之后，引入溫度舒適度概念并用于指導(dǎo)用戶能源中心的溫度控制。

下面對某用戶在冬季和夏季的典型日進(jìn)行分析,以說明該方法的基本特征。儲水箱加熱功率、空氣制熱功率及mCCHP輸出熱功率如圖3所示。其中粗線表示電價(jià)，左邊從上到下分別為mCCHP輸出熱功率，空氣制熱功率，儲水箱加熱功率。

由圖2可看出，mCCHP輸出的熱功率與分時(shí)電價(jià)密切相關(guān)。由分析可知,UEH可視為部分電氣可轉(zhuǎn)換負(fù)荷。在t∈[1,28]時(shí)段和t∈[93,96]時(shí)段電價(jià)均為0.282元/kWh，在t∈[29,34]時(shí)段和t∈[48,72]時(shí)段電價(jià)均為0.707元/kWh，mCCHP燃燒天然氣發(fā)電會(huì)導(dǎo)致用戶能源管理系統(tǒng)成本增加；因?yàn)樵谠摃r(shí)段mCCHP燃燒天然氣的發(fā)電成本高于從電網(wǎng)公司購買等量電能的成本，此時(shí)用戶能源管理系統(tǒng)控制mCCHP盡可能少輸出電能(相應(yīng)少輸出熱能),不足的電能從電網(wǎng)公司購買。因此，在這些時(shí)段,mCCHP輸出的空氣制熱溫度和儲水箱加熱功率都僅使室內(nèi)溫度和熱水溫度維持在最低水平或者不升高。mCCHP沒有滿功率輸出，因?yàn)樯呤覂?nèi)溫度和熱水溫度意味著需要輸出更多的熱能，也意味著需要輸出更多的電能，而在該時(shí)段，輸出更多的電能并不經(jīng)濟(jì)。在t∈[35,42]時(shí)段、t∈[73,76]時(shí)段和t∈[85,92]時(shí)段電價(jià)均為1.131元/kWh，在t∈[43,47]時(shí)段和t∈[77,84]時(shí)段電價(jià)均為1.202元/kWh，mCCHP燃燒天然氣發(fā)電會(huì)降低用戶能源管理系統(tǒng)成本；因?yàn)樵谠摃r(shí)段通過mCCHP燃燒天然氣的發(fā)電成本低于從電網(wǎng)公司購買等量電能的成本，用戶能源管理系統(tǒng)調(diào)度mCCHP多輸出電能，同時(shí)也輸出了較多熱能，室內(nèi)溫度和熱水溫度都升高到最高允許溫度，超出電負(fù)荷需求的部分出售給電網(wǎng)公司以獲取收益。在峰(尖峰)時(shí)電價(jià)結(jié)束時(shí)刻，室內(nèi)溫度和熱水溫度都會(huì)達(dá)到較高水平，實(shí)現(xiàn)了儲能效果，減少在谷/平時(shí)段內(nèi)輸出滿足電負(fù)荷需求以外的電功率。

空氣制冷功率及mCCHP輸出熱功率如圖4和圖5所示。圖4中粗線代表電價(jià)，左邊從上到下分別為空氣制冷功率，電動(dòng)式制冷機(jī)功率，吸收式制冷機(jī)功率。

夏季室內(nèi)空氣制冷負(fù)荷可視為電氣可轉(zhuǎn)化負(fù)荷?？諝庵评涔β视蓛刹糠纸M成，分別由吸收式制冷機(jī)和電動(dòng)式制冷機(jī)提供。在t∈[1,28]時(shí)段和t∈[93,96]時(shí)段電價(jià)均為0.282元/kWh，在t∈[29,34]時(shí)段和t∈[48,72]時(shí)段電價(jià)均為0.707元/kWh，電動(dòng)式制冷機(jī)制冷的成本低于吸收式制冷機(jī)，用戶能源管理系統(tǒng)優(yōu)先選擇前者；在t∈[35,42]時(shí)段、t∈[73,76]時(shí)段和t∈[85,92]時(shí)段電價(jià)均為1.131元/kWh，雖然電動(dòng)式制冷機(jī)的制冷成本低于吸收式制冷機(jī)，但mCCHP的發(fā)電成本低于從電網(wǎng)公司買電成本，在該電價(jià)時(shí)段內(nèi)，電動(dòng)式制冷機(jī)和吸收式制冷機(jī)根據(jù)UEH負(fù)荷需求協(xié)調(diào)制冷；在t∈[43,47]時(shí)段和t∈[77,84]時(shí)段電價(jià)均為1.202元/kWh，電動(dòng)式制冷機(jī)制冷的成本高于吸收式制冷機(jī)，用戶能源管理系統(tǒng)優(yōu)先選擇后者制冷。

與熱水負(fù)荷因素相關(guān)的熱水儲能效果分析：由圖5，粗線為電價(jià)，細(xì)線代表熱功率；在t∈[1,28]時(shí)段，電價(jià)為0.282元/kWh,mCCHP的發(fā)電成本高于從電網(wǎng)公司的買電成本，因此用戶能源管理系統(tǒng)調(diào)度mCCHP少出力，mCCHP維持在最小出力；在t∈[1,7]時(shí)段，熱水溫度保持在最低允許溫度65℃；在t∈[8,21]時(shí)段，溫度不斷上升直到達(dá)到最大允許溫度，這是由于在t＝21時(shí)刻，熱水負(fù)荷增大，只有在上一時(shí)段儲存一定能量才能保證在該時(shí)段不增加mCCHP出力的情況下，維持水溫在給定范圍內(nèi)；在t∈[22,28]時(shí)段，熱水釋放能量,溫度不斷下降直到最低允許溫度。由此可見,該方法能同時(shí)考慮冷/熱負(fù)荷和溫度舒適度,能夠?yàn)橛脩裟茉粗行膬?yōu)化運(yùn)行提供參考。

下面對本發(fā)明實(shí)施例提供的用戶能源中心耗能成本控制的系統(tǒng)進(jìn)行介紹，下文描述的用戶能源中心耗能成本控制的系統(tǒng)與上文描述的用戶能源中心耗能成本控制的方法可相互對應(yīng)參照。

請參考圖6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的用戶能源中心耗能成本控制的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；該系統(tǒng)可以包括：

負(fù)荷建模模塊100，用于根據(jù)用戶對各負(fù)荷的使用需求參數(shù)信息，建立電負(fù)荷的各類型設(shè)備及熱負(fù)荷的各類型設(shè)備的數(shù)學(xué)模型；

舒適溫度區(qū)間獲取模塊200，用于建立溫度舒適度計(jì)算模型，得到舒適溫度區(qū)間；

目標(biāo)函數(shù)模塊300，用于將所述舒適溫度區(qū)間作為約束條件，根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，確定耗能成本目標(biāo)函數(shù)；

成本控制模塊400，用于計(jì)算耗能成本目標(biāo)函數(shù)在設(shè)定周期內(nèi)的最小值，實(shí)現(xiàn)對用戶能源中心耗能成本控制。

可選的，所述舒適溫度區(qū)間獲取模塊200包括：

PMV指標(biāo)單元，用于確定PMV指標(biāo)的范圍；

舒適溫度區(qū)間獲取單元，用于根據(jù)所述范圍，利用溫度舒適度計(jì)算模型確定舒適溫度區(qū)間；

其中，PMV指標(biāo)表示溫度最舒適狀態(tài)，x為溫度值。

可選的，所述耗能成本目標(biāo)函數(shù)為

其中，和分別為時(shí)刻t的氣價(jià)和電價(jià)，為時(shí)刻t用戶消耗電網(wǎng)公司的電功率或出售給電網(wǎng)公司的電功率，f_t^CCHP為時(shí)刻t的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備mCCHP消耗天然氣的速率。

可選的，成本控制模塊400包括：

求導(dǎo)單元，用于將耗能成本目標(biāo)函數(shù)對時(shí)刻t的mCCHP輸出的電功率進(jìn)行求導(dǎo)得到其中，和分別為時(shí)刻t的氣價(jià)和電價(jià)，κ_gas為天然氣的熱值，η_e和η_h分別為mCCHP的電轉(zhuǎn)化效率和熱轉(zhuǎn)化效率；

成本控制單元，用于當(dāng)時(shí),通過mCCHP燃燒天然氣的發(fā)電成本會(huì)使用戶能源管理系統(tǒng)成本降低；當(dāng)時(shí),通過mCCHP燃燒天然氣發(fā)電會(huì)導(dǎo)致用戶能源管理系統(tǒng)成本增加。

說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。

以上對本發(fā)明所提供的用戶能源中心耗能成本控制的方法及系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。