基于用户负荷需求的分布式电采暖设备运行优化算法的制作方法

1.本发明涉及电力系统技术领域，特别是一种基于用户负荷需求的分布式电采暖设备运行优化算法。


背景技术：

2.分布式电采暖是一种将电能转化为热能直接放热来满足供暖需求的零散采暖模式，以其较大的调节、控制与保证能力被用户所接受。近几年，北方地区越来越多的用户选择电采暖来代替传统的燃煤取暖，在助力能源革命的同时，也是发展绿色用能推动低碳减排的重要方式之一。随着大数据技术的成熟及用能需求的增加，越来越多的企业针对用能优化服务提出了多种业务模式及创新理念。
3.现有的电采暖控制系统中，采用适于人类生活和工作的环境温度作为唯一的温度设定值，导致一些对热量需求较低的区域无谓消耗了大量能源。事实上，建筑物的储热特性使分布式电采暖负荷具有时移特性，而电采暖负荷受建筑参数、室外环境、室内温度设定值等因素的影响，从而导致仅将生活和工作的环境温度作为唯一的温度设定值进行供暖无法实现舒适便捷供暖，会造成能源的浪费和舒适度的降低。因此，如何提供一种核实的分布式电采暖设备方法实现经济性和舒适性是目前所需要考虑的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种基于用户负荷需求的分布式电采暖设备运行优化算法，通过电采暖设备参数和出力特点构建采暖源模型，针对不同房间的使用特性及不同的热需求构建精细化温度目标函数，并结合分时电价曲线，求解各采暖设备的出力曲线，实现分布式电采暖的经济性和舒适性。
5.本发明的技术方案是：基于用户负荷需求的分布式电采暖设备运行优化算法，包括以下步骤：步骤一、输入当地分时电价曲线，待优化楼宇内的员工办公时间，室外温度曲线以及初始室内温度构建环境参数。
6.步骤二、针对房间i，输入该房间i的窗墙比、材料导热系数及比热，构建房间热特性函数，其中i为房间序号。
7.步骤三、输入电采暖设备运行参数，构建电采暖设备运行函数。
8.步骤四、依据房间使用特性，针对不同时间段设定不同目标温度，构建精细化目标温度函数。
9.步骤五、以运行电费最低为优化目标进行分布式电采暖设备出力的优化求解。
10.步骤六、针对每个房间逐步进行优化求解，输出电采暖设备出力曲线及房间室内温度曲线。
11.本发明进一步的技术方案是：所述构建房间热特性函数的计算步骤包括，< 1 > 依据房间参数，窗墙比、材料导热系数及比热，计算房间热阻及热容。
12.<2>构建房间热平衡方程，包括房间的得热函数及散热函数，其中，房间得热量为电采暖设备开启时产生的热量，房间散热量与室内外温差成比例，得到房间的散热量函数为：（1）其中，r
i
为房间i的热阻；p
ist
为房间i在t时刻的散热量；t
iint
为房间i在t时刻的室内温度；t
outt
房间i在t时刻的室外温度。
13.<3>建筑物的储热量函数与室内空气、墙体材料等综合蓄热特性相关，其计算公式为：（2）其中，p
ict
为房间i在t时刻的蓄热量；(dt
iint
)/dt为房间i的室内温度变化率（℃/s）；c
i
为房间i的热容（j/℃），房间热容为房间墙壁材料的厚度、密度与比热的乘积。
14.<4>根据房间i的能量守恒定律，在t时刻该房间的蓄热量等于房间的得热量与散热量之差，得到如下公式：（3）其中，p
ijt
为房间i在t时刻电采暖设备开启在j档位时产生的热量，其中j为电采暖设备开启的档位。
15.本发明再进一步的技术方案是：所述以运行电费最低为优化目标进行分布式电采暖设备出力的优化求解，具体为针对不同房间设置不同时间段的目标温度函数后，采用混合整数规划求解的各个房间的电采暖设备出力曲线。
16.本发明与现有技术相比具有如下特点：1、本发明通过考虑建筑物的热能特性，即房间的散热及传热特性来构建采暖优化模型，使得优化模型更加精确。
17.2、本发明通过考虑不同房间的使用特性及不同的热需求，并结合员工的上班休息时间，构建精细化目标温度函数，使得温度控制趋于人性化。
18.3、本发明通过结合当地峰谷平分时电价曲线，通过混合整数规划进行分布式电采暖设备最优运行策略的求解，从而实现系统的经济性运行。
19.以下结合具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
20.图1为分布式电采暖设备运行优化算法流程图。
具体实施方式
21.实施例，如图1所示，基于用户负荷需求的分布式电采暖设备运行优化算法，以山东某一办公楼为例，包括如下步骤：
步骤一、输入当地分时电价曲线，待优化楼宇内的员工办公时间，室外温度曲线以及初始室内温度构建环境参数。
22.其中，该办公楼的分时电价如下表所示。
23.该办公楼内员工的办公时间为08：30～17：30。室外温度曲线根据当天天气预报情况进行计算，初始室内温度以房间内温度计所测量的温度为准。
24.步骤二、针对房间i，输入该房间i的窗墙比、材料导热系数及比热，构建房间热特性函数，其中i为房间序号。
25.具体的步骤为：<1>依据房间参数，窗墙比、材料导热系数及比热，计算房间热阻及热容。
26.<2>构建房间热平衡方程，包括房间的得热函数及散热函数，其中，房间得热量为电采暖设备开启时产生的热量，房间散热量与室内外温差成比例，得到房间的散热量函数为：（1）其中，r
i
为房间i的热阻；p
ist
为房间i在t时刻的散热量；t
iint
为房间i在t时刻的室内温度；t
outt
房间i在t时刻的室外温度。
27.<3>建筑物的储热量函数与室内空气、墙体材料等综合蓄热特性相关，其计算公式为：（2）其中，p
ict
为房间i在t时刻的蓄热量；(dt
iint
)/dt为房间i的室内温度变化率（℃/s）；c
i
为房间i的热容（j/℃），房间热容为房间墙壁材料的厚度、密度与比热的乘积。
28.<4>根据房间i的能量守恒定律，在t时刻该房间的蓄热量等于房间的得热量与散热量之差，得到如下公式：
（3）其中，p
ijt
为房间i在t时刻电采暖设备开启在j档位时产生的热量，其中j为电采暖设备开启的档位。
29.步骤三、输入电采暖设备运行参数，构建电采暖设备运行函数。
30.根据每个房间所采用的电采暖设备及运行特性的不同构建相应的出力函数。例如不同房间内安装的电采暖设备可能时格力、海尔或是其他品牌，以及相同电采暖设备根据使用年限的不同其运行函数相应地需要进行一定的调整，例如根据品牌的不同设置相应的折旧率，其运行函数也需要相应的进行调整。
31.步骤四、依据房间使用特性，针对不同时间段设定不同目标温度，构建精细化目标温度函数。
32.具体为：考虑建筑物内不同房间的使用特性以及使用过程中对舒适程度的不同需求，针对不同时间段以及不同房间分别设定目标温度。对于放置大型设备或者放置设备多的房间，由于其散热量大，需要将其目标温度设置的较低；对于正常办公室的房间，按照正常上班时间内或非正常上班时间分别设置不同的目标温度。且能够根据会议室的具体会议要求来进行目标温度的设置。
33.步骤五、以运行电费最低为优化目标进行分布式电采暖设备出力的优化求解。
34.具体为：针对不同房间设置不同时间段的目标温度函数后，采用混合整数规划求解得到各个房间的电采暖设备出力曲线。
35.步骤六、针对每个房间逐步进行优化求解，输出每个房间的电采暖设备出力曲线及房间室内温度曲线。
36.通过本基于用户负荷需求的分布式电采暖设备运行优化算法得出的电采暖设备出力曲线，与现有的将生活和工作的环境温度作为唯一的温度设定值进行供暖相比，不仅提高了办公楼内员工的舒适程度，且该办公楼每天节省了约20%的用电成本，实现了系统运行的经济性。