多源扰动下建筑群微电网协同调度与控制的研究

Building groups are important carriers of green building, and the micro-grid in building groups is one of the most important subsystem of future smart grid. The accurate and real-time energy management can reduce building energy consumption, and increase the integration level of the renewable energy on the distribution side, and then optimize the energy structure on the primary　energy. However, there are multiple random disturbances and increasingly flexible controllable loads in the building groups micro-grid, and the existing simple energy management methods do not work well. In order to realize the efficient energy management of building groups micro-grid, this project aims to obtain the integrated model for the scheduling characteristics of the generation, the load controllable unit and the multiple random disturbances of the energy management systems. Further, the cooperative scheduling and control method based on the real-time energy management process is proposed. The main idea of the cooperation method is: firstly, the generation power and the load power of the central control system are coordinated scheduled, and then the integrated controlled model is obtained by using the singular system; finally, the schedule of the central control layer and the control of the local control layer are cooperatively optimized, and the effective energy management can be obtained for the building groups micro-grid. The expected results of this project can not only provide the theoretical foundation for the development of building groups micro-grid, but also provide empirical basis when the micro-grid is popularized.

建筑群是绿色建筑的重要载体，建筑群微电网是未来智能电网的重要子系统之一，对其精准实时的能量管理，不仅可减少建筑耗能，还可提升电网配电侧可再生能源的消纳水平，从而优化电网一次侧的能源配置。但由于建筑群微电网特有的多源随机扰动及日益增多的分散柔性可控负荷，若采用调度与控制简单耦合的现有微电网能量管理模式，难以实时高效管理能量。本项目拟建立集新型源、荷可控单元调度特性与多源随机扰动于一体的模型，提出一种基于实时能量管理过程的分层协同设计的调控策略：先对中央控制系统进行源、荷功率的最优协调调度，然后建立基于奇异等理论的一体化控制模型，通过对中央控制层调度与本地设备层控制的协同优化，实现对建筑群微电网的高效能量管理。项目预期成果不仅为我国长效发展建筑群微电网提供理论基础，更为微电网推广应用奠定应用依据。

建筑群微电网是建筑群供能的主要形式之一。目前，由于同时存在冷热电等多种负荷，建筑群微电网正逐渐由供能种类单一的供电系统向同时提供冷、热、电等多种能源的冷热电联供系统过渡。项目对多源随机扰动下冷热电联供型建筑群微电网的协同调度与控制问题进行了研究，通过多种能源间的协同调度与控制，降低建筑群用能成本，提高运行灵活性，促进可再生能源消纳。在此背景下，项目主要进行了以下几方面研究：1）采用机理建模与数据驱动建模相结合的方法，建立了电池机理模型，明确了电池充放电能量损耗、循环寿命消耗等关键参数与电池老化程度、荷电状态以及充放电速率等运行工况间的关系。以此为基础，建立了电池储能系统调度特性模型，明确了电池储能系统的损耗成本和运行约束。2）基于问卷调查数据，对车主用车行为的概率特性进行了建模，在此基础上，采用蒙特卡洛模拟技术对建筑群停车场总体充电负荷进行了模拟，给出充电负荷曲线集。采用K均值聚类技术对模拟所得的充电负荷曲线集进行聚类，给出了充电负荷概率场景集，为建筑群微电网运行分析与协同调度控制提供依据。3）基于实测数据，对建筑群微电网中负荷和分布式可再生能源电站发电出力预测误差的概率特性进行了拟合，并基于Copula理论对多源预测误差间的复杂关联特性进行了建模，明确了建筑群微电网协同调度与控制面临的多源随机扰动。4）在热网热特性建模的基础上，建立了冷热电联供型建筑群微电网的协同调度与控制模型，在考虑冷热电负荷平衡约束与设备运行约束的前提下，通过冷热电多种能源间的协同调度与设备灵活控制降低建筑群用能成本，提高系统运行效益。冷热电联供型建筑群微电网协同调度与控制中，热网可视作储热设备，可根据调度需要进行储、放热。项目研究成果不仅为我国长效发展建筑群微电网提供理论基础，更为微电网推广应用奠定应用依据。