本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)聚合優(yōu)化，具體而言，涉及一種基于外逼近閔可夫斯基和的大規(guī)模變頻空調(diào)精確聚合方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，在新能源高滲透率并網(wǎng)背景下，電網(wǎng)出現(xiàn)靈活性嚴(yán)重不足的現(xiàn)象，以溫控負(fù)荷(比如空調(diào)、熱泵等)、電動(dòng)汽車等為代表的需求側(cè)柔性資源可提供優(yōu)質(zhì)的彈性調(diào)節(jié)能力快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度靈活性需求不足提供了一種解決思路。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以變頻空調(diào)為主的建筑物溫控負(fù)荷(temperature?control?loads,tcls)占比超過(guò)50％，并呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，然而由于變頻空調(diào)大多規(guī)模小且分布較為分散、調(diào)節(jié)特性和物理參數(shù)各異且充滿高異質(zhì)性等特性，電網(wǎng)調(diào)度在機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度時(shí)對(duì)每個(gè)變頻空調(diào)進(jìn)行建模是不切實(shí)際的，因?yàn)樗鼤?huì)顯著增加變量和約束的數(shù)量，導(dǎo)致計(jì)算負(fù)擔(dān)增大和妥協(xié)的易處理性問(wèn)題。

2、目前，針對(duì)集群的調(diào)控方式可采用3種架構(gòu)：集中式架構(gòu)、分散式架構(gòu)和分布式架構(gòu)。集中式架構(gòu)由于其可控性和可預(yù)測(cè)性，常被用于控制設(shè)備參與需求響應(yīng)調(diào)度，但需調(diào)控大量設(shè)備，且要求所有設(shè)備將自己的參數(shù)和狀態(tài)信息傳遞給中央控制器，由于最終用戶的隱私保護(hù)或中央控制器計(jì)算負(fù)擔(dān)過(guò)重，對(duì)中央控制器的帶寬和存儲(chǔ)要求極高，無(wú)法進(jìn)行集中控制。為了降低計(jì)算負(fù)擔(dān)，有研究采用聚合模型對(duì)集群彈性調(diào)節(jié)可行域近似評(píng)估，如基于蒙特卡洛模擬的聚合模型、基于狀態(tài)序列的聚合模型、基于?？似绽士硕ɡ淼木酆夏Ｐ汀⒒趐opulation-bin的聚合模型以及基于馬爾可夫鏈的聚合模型等，分層協(xié)調(diào)高異質(zhì)的子集群。

3、基于此，亟需通過(guò)一定的聚合方法把廣域分布且高異質(zhì)的變頻空調(diào)聚合，形成可供電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)調(diào)控的集群外特性表征形式，以便于電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，從而提高電力系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題。

2、為此，本發(fā)明提供了一種基于外逼近閔可夫斯基和的大規(guī)模變頻空調(diào)精確聚合方法。

3、本發(fā)明提供的一種基于外逼近閔可夫斯基和的大規(guī)模變頻空調(diào)精確聚合方法，包括：

4、搭建單個(gè)變頻空調(diào)的物理模型，所述變頻空調(diào)的物理模型包括熱力學(xué)模型、電熱轉(zhuǎn)化模型和用戶舒適度模型；

5、根據(jù)所述變頻空調(diào)的物理模型建立等效虛擬電池模型，以刻畫(huà)變頻空調(diào)的運(yùn)行可行域；其中，以優(yōu)化的方法確定等效虛擬電池模型的充放電功率和能量邊界，以對(duì)變頻空調(diào)的可行域外特性進(jìn)行表征；

6、將所述等效虛擬電池模型以凸多胞體半平面形式進(jìn)行表征其運(yùn)行可行域，采用外逼近閔可夫斯基和方法對(duì)多個(gè)變頻空調(diào)等效虛擬電池模型的凸多胞體半平面形式進(jìn)行聚合，得到變頻空調(diào)集群的可行域；

7、對(duì)外逼近閔可夫斯基和方法聚合產(chǎn)生的冗余約束問(wèn)題，基于線性規(guī)劃的輔助優(yōu)化方法，尋找聚合后可行域的最優(yōu)切平面，對(duì)不屬于可行域的約束進(jìn)行辨識(shí)和刪除，獲取變頻空調(diào)集群的彈性可行域表征形式。

8、根據(jù)本發(fā)明上述技術(shù)方案的基于外逼近閔可夫斯基和的大規(guī)模變頻空調(diào)精確聚合方法，還可以具有以下附加技術(shù)特征：

9、在上述技術(shù)方案中，所述熱力學(xué)模型的搭建方法包括：

10、采用一階阻容電路模擬的等效熱參數(shù)模型模擬變頻空調(diào)制冷功率變化的過(guò)程，從而刻畫(huà)室內(nèi)溫度的動(dòng)態(tài)變化情況，在制冷模式下變頻空調(diào)功率與室內(nèi)溫度變化的熱力學(xué)模型包括：

11、

12、其中，c表示建筑物的等效熱容；tin表示建筑物的室內(nèi)溫度；t表示時(shí)間的索引；δt表示時(shí)間步長(zhǎng)；tout表示建筑物的室外溫度；r表示建筑物的等效熱阻；q′表示建筑物內(nèi)部每隔一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)產(chǎn)生的熱量增量；qiac(t)表示變頻空調(diào)在t時(shí)刻的制冷功率；

13、其中，所述建筑物的室內(nèi)溫度受用戶舒適度限制，包括：

14、

15、其中，表示用戶可接受的室內(nèi)溫度上限；表示用戶可接受的室內(nèi)溫度下限。

16、在上述技術(shù)方案中，所述電熱轉(zhuǎn)化模型的搭建方法包括：

17、根據(jù)變頻空調(diào)壓縮機(jī)性能系數(shù)的運(yùn)行特性曲線模擬變頻空調(diào)制冷功率與用電功率之間的關(guān)系，所述電熱轉(zhuǎn)化模型包括：

18、

19、其中，f表示變頻空調(diào)運(yùn)行頻率；kq、μq、kp和μp均為制冷功率與用電功率之間的性能系數(shù)；piac(t)表示變頻空調(diào)的用電功率。

20、4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于外逼近閔可夫斯基和的大規(guī)模變頻空調(diào)精確聚合方法，其特征在于，所述用戶舒適度模型的搭建方法包括：

21、根據(jù)室內(nèi)溫度偏離最佳溫度越多，體感惡化越快，采用二次函數(shù)對(duì)用戶舒適度進(jìn)行建模，則所述用戶舒適度模型包括：

22、

23、其中，comfort(t)表示用戶舒適度；表示最佳溫度。

24、在上述技術(shù)方案中，所述根據(jù)所述變頻空調(diào)的物理模型建立等效虛擬電池模型，包括：

25、虛擬電池具備充放電功率和荷電狀態(tài)屬性，其中充放電功率用pvb(t)表示，pvb(t)>0表示虛擬電池充電，pvb(t)<0表示虛擬電池放電；由于電池的工作限制，pvb(t)受到一定約束限制，包括：

26、

27、其中，為虛擬電池充放電功率的上限；為虛擬電池充放電功率的下限；

28、虛擬電池的荷電狀態(tài)用evb(t)表示，用以描述虛擬電池的能量存儲(chǔ)水平；虛擬電池的荷電狀態(tài)受充放電功率所控制，包括：

29、evb(t+1)＝α·evb(t)+η·pvb(t)

30、其中，α為虛擬電池充放電功率引起的能量耗散系數(shù)；η為虛擬電池充放電效率；

31、虛擬電池的荷電狀態(tài)會(huì)受到容量約束限制，包括：

32、

33、其中，為虛擬電池荷電狀態(tài)的上限；為虛擬電池荷電狀態(tài)的下限；

34、室內(nèi)溫度的上升和下降等效為虛擬電池的放電和充電過(guò)程，即增加制冷功率使得虛擬電池充電，減少制冷功率使得虛擬電池放電；

35、當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到用戶可接受溫度下限時(shí)，表示當(dāng)前室內(nèi)的制冷量能夠維持用戶舒適度所需的能量峰值，等效為虛擬電池的電量充滿；當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到用戶可接受溫度上限時(shí)，表示當(dāng)前室內(nèi)所儲(chǔ)存的制冷量難以維持用戶舒適度的閾值，等效為虛擬電池的電量已經(jīng)耗盡；

36、以用戶舒適度模型中在t時(shí)刻的室內(nèi)溫度為優(yōu)化目標(biāo)，約束條件包括熱力學(xué)模型和電熱轉(zhuǎn)化模型，刻畫(huà)室內(nèi)溫度處于用戶舒適度上限和下限時(shí)空調(diào)負(fù)荷用電功率的上下限，包括：

37、

38、其中，表示用戶舒適度上限時(shí)空調(diào)負(fù)荷用電功率上限；表示用戶舒適度下限時(shí)空調(diào)負(fù)荷用電功率下限；

39、以整個(gè)可控時(shí)段的平均功率刻畫(huà)虛擬電池的能量上下限，包括：

40、

41、其中，表示空調(diào)負(fù)荷等效為虛擬電池的能量上限；表示空調(diào)負(fù)荷等效為虛擬電池的能量下限；α表示虛擬電池充放電功率引起的能量耗散系數(shù)；表示等效虛擬電池模型的基準(zhǔn)功率；n表示可控時(shí)段內(nèi)時(shí)間索引的數(shù)量；

42、所述等效虛擬電池模型，包括：

43、

44、其中，表示第i個(gè)變頻空調(diào)的等效虛擬電池模型在時(shí)刻t處的功率表示第i個(gè)變頻空調(diào)的等效虛擬電池模型在時(shí)刻t處的能量；表示第i個(gè)變頻空調(diào)的等效虛擬電池模型在時(shí)刻t處的功率上限；和表示第i個(gè)變頻空調(diào)的等效虛擬電池模型在時(shí)刻t處的功率下限；η表示虛擬電池充放電效率。

45、在上述技術(shù)方案中，所述虛擬電池充放電功率引起的能量耗散系數(shù)計(jì)算方法包括：

46、

47、所述虛擬電池充放電效率的計(jì)算方法包括：

48、

49、在上述技術(shù)方案中，所述將所述等效虛擬電池模型以凸多胞體半平面形式進(jìn)行表征其運(yùn)行可行域，包括：

50、利用所述等效虛擬電池模型描述變頻空調(diào)彈性調(diào)節(jié)可行域的運(yùn)行約束，其中，所述等效虛擬電池模型為關(guān)于功率的線性約束；

51、將所述等效虛擬電池模型歸納為線性不等式，通過(guò)凸多胞體半平面的形式進(jìn)行表征其運(yùn)行可行域，包括：

52、

53、

54、其中，zi表示第i個(gè)變頻空調(diào)的彈性可行域；pi表示第i個(gè)變頻空調(diào)的運(yùn)行功率；ai表示第i個(gè)變頻空調(diào)的等效虛擬電池模型彈性可行域的不等式系數(shù)矩陣；bi表示第i個(gè)變頻空調(diào)的等效虛擬電池模型彈性可行域的列向量；表示等效虛擬電池模型的功率約束，表示等效虛擬電池模型的電量約束；e表示單位矩陣，表示與能量耗散系數(shù)α相關(guān)的資源系數(shù)矩陣；表示第i個(gè)等效虛擬電池模型功率可行域的列向量；表示第i個(gè)虛擬電池模型能量可行域的列向量；n表示變頻空調(diào)數(shù)量。

55、在上述技術(shù)方案中，所述采用外逼近閔可夫斯基和方法對(duì)多個(gè)變頻空調(diào)等效虛擬電池模型的凸多胞體半平面形式進(jìn)行聚合，得到變頻空調(diào)集群的可行域，包括：

56、將所有異質(zhì)性超過(guò)設(shè)定閾值的變頻空調(diào)的等效虛擬電池模型的彈性調(diào)節(jié)可行域進(jìn)行聚合形成集群的彈性調(diào)節(jié)可行域，利用集群的彈性調(diào)節(jié)可行域表征變頻空調(diào)集群響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度時(shí)可調(diào)節(jié)的功率范圍，包括：

57、

58、其中，ztotal表示集群的彈性調(diào)節(jié)可行域，m表示異質(zhì)性超過(guò)設(shè)定閾值的變頻空調(diào)；pm表示聚合后變頻空調(diào)集群的運(yùn)行功率；am表示聚合后變頻空調(diào)集群的彈性可行域的不等式系數(shù)矩陣；bm表示聚合后變頻空調(diào)集群的彈性可行域的列向量；表示閔可夫斯基求和符號(hào)；表示m個(gè)資源系數(shù)矩陣組成的列矩陣；表示待定參數(shù)，需要盡可能的保證不等式的成立。

59、在上述技術(shù)方案中，所述對(duì)外逼近閔可夫斯基和方法聚合產(chǎn)生的冗余約束問(wèn)題，基于線性規(guī)劃的輔助優(yōu)化方法，尋找聚合后可行域的最優(yōu)切平面，對(duì)不屬于可行域的約束進(jìn)行辨識(shí)和刪除，獲取變頻空調(diào)集群的彈性可行域表征形式，包括：

60、通過(guò)給出辨識(shí)冗余約束的充分必要條件，比較一系列線性規(guī)劃的最優(yōu)解來(lái)判斷約束是否冗余；

61、對(duì)不屬于可行域的約束進(jìn)行辨識(shí)和刪除，獲取的變頻空調(diào)集群的彈性可行域表征形式為：

62、

63、其中，表示變頻空調(diào)集群在時(shí)刻t處的功率；表示變頻空調(diào)集群在時(shí)刻t處的能量；表示變頻空調(diào)集群在時(shí)刻t處的功率上限；表示變頻空調(diào)集群在時(shí)刻t處的功率下限；表示變頻空調(diào)集群在時(shí)刻t處的能量上限；表示變頻空調(diào)集群在時(shí)刻t處的能量下限。

64、在上述技術(shù)方案中，所述通過(guò)給出辨識(shí)冗余約束的充分必要條件，比較一系列線性規(guī)劃的最優(yōu)解來(lái)判斷約束是否冗余，包括：

65、設(shè)約束充分必要條件為ax<b，選取其中的第k行約束，分別求解添加該約束前后的線性規(guī)劃問(wèn)題以進(jìn)行檢測(cè)，包括：

66、

67、......

68、其中，i表示約束a·x≤b已檢測(cè)的非冗余約束集合，j表示約束的編號(hào)；表示在集合i中不包含第k行約束；若和相等，則第k行約束冗余，若不相等則不冗余；s.t.表示約束條件；lp表示線性規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)。

69、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)特征，本發(fā)明的有益效果是：

70、本發(fā)明以變頻空調(diào)彈性可行域聚合問(wèn)題作為研究對(duì)象，提出了一種基于外逼近閔可夫斯基和的大規(guī)模變頻空調(diào)精確聚合方法，能夠有效降低電網(wǎng)調(diào)度計(jì)算負(fù)擔(dān)并兼容最終用戶的隱私保護(hù)問(wèn)題。以便于電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，從而提高電力系統(tǒng)的靈活性和可靠性。具體地，本發(fā)明通過(guò)對(duì)變頻空調(diào)聚合本質(zhì)問(wèn)題難點(diǎn)分析和外逼近閔可夫斯基和技術(shù)分析，引入虛擬電池等效模型可有效表征變頻空調(diào)外特性，降低了大規(guī)模高異質(zhì)性變頻空調(diào)彈性調(diào)節(jié)可行域刻畫(huà)的復(fù)雜性。

71、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述部分中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。