基于多目标优化的分布式电采暖控制策略研究

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分布式电采暖集群作为“煤改电”的有效途径,可提高风电出力的消纳情况、减少“弃风”问题。本文在构建分布式电采暖负荷模型的基础上,以提高分布式电采暖集群负荷响应能力、提升用户采暖舒适度与经济性为目标,制定分布式电采暖集群控制策略,主要研究内容为:首先,以分布式电采暖设备为研究对象,根据建筑传热学原理分析含电采暖房间的室内外热平衡及传热过程,参照R-C电路模型构建分布式参数热力学模型,运用集总参数法将该模型转换为集总参数热力学模型,并将其进一步简化为二阶热力学模型。通过实地实验采集设备运行数据,据此进行热力学模型参数拟合。在此基础上,对分布式电采暖设备的运行机理进行分析,并对比不同控制方式下电采暖设备的运行特性。其次,研究传统人体热舒适度模型的影响因素,在此基础上构建简化人体热舒适度模型。以采暖舒适度、经济性为目标,全局温度死区为约束,建立电采暖变温限多目标优化模型,采用多目标粒子群算法求解电采暖变温限多目标优化模型,确定最优温度区间,通过改变分布式电采暖设备温度区间设定值的方式,实现分布式电采暖设备变温限控制。然后,以分布式电采暖集群为研究对象,采用变功率级控制方式,构建采暖集群舒适性、经济性与设备公平性目标,建立分布式电采暖设备最优功率级、基准功率与档位差值确定方法,通过改进多目标粒子群算法进行求解,实现分布式电采暖集群变功率级控制。最后,在建立分布式电采暖设备集群控制架构的基础上,采用变功率级控制和直接开关控制的混合控制方式,制定分布式电采暖设备集群混合控制策略,通过仿真分析分布式电采暖集群混合控制策略下的风电出力消纳、电采暖设备启停与室内温度变化情况,验证分布式电采暖集群混合控制策略的有效性。所提策略在实现新能源精准消纳、提高负荷柔性的基础上保证用户采暖舒适度,为电采暖集群新能源消纳控制策略提供新的可行性方法。研究工作有助于改进负荷聚合商模式下分布式电采暖设备的控制策略,在保证采暖用户采暖舒适性、经济性的同时,提高新能源消纳水平与电采暖负荷柔性,加快推进能源供给清洁化低碳化、能源消费电气化,对实现“双碳”目标具有重要意义。
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