基于空调负荷储能建模的负荷聚合与运行调度关键技术中文摘要

需求侧资源的合理挖掘和调度可以提高系统接纳间歇性新能源的能力，缓解供需不平衡，提高电力系统综合运营效率，实现资源优化配置。空调负荷所处建筑环境具有热存储能力，具备巨大的需求响应潜力，可以通过制定合理的控制策略纳入到电力系统调度中，但学术界的相关研究较为滞后。本项目将以空调负荷为主要研究对象，发掘空调-建筑物系统的储能特性，建立基于冷负荷计算的空调负荷储能模型，提出储能参数的计算方法；提出空调负荷聚合的运营模式和实施机制，考虑空调负荷参数的差异性和不确定性，建立空调负荷的多时空尺度动态聚合模型，形成便于系统调度的空调负荷综合储能模型；同时，分层次研究空调负荷综合储能模型的优化调度模型，将宏观的控制目标转移到微观的控制行为，并将系统控制目标作为综合储能模型参数优化的依据，最终形成跨区域空调群运行调度的总体理论框架。

需求侧资源的合理挖掘和调度可以提高系统接纳间歇性新能源的能力，缓解供需不平衡，提高电力系统综合运营效率，实现资源优化配置。空调负荷所处建筑环境具有热存储能力，具备巨大的需求响应潜力，可以通过制定合理的控制策略纳入到电力系统调度中。本项目以空调负荷为主要研究对象，发掘空调-建筑物系统的储能特性，建立基于冷负荷计算的空调负荷储能模型，提出储能参数的计算方法；提出空调负荷聚合的运营模式和实施机制，考虑空调负荷参数的差异性和不确定性，建立空调负荷的多时空尺度动态聚合模型，形成便于系统调度的空调负荷综合储能模型；同时，分层次研究空调负荷综合储能模型的优化调度模型，将宏观的控制目标转移到微观的控制行为，并将系统控制目标作为综合储能模型参数优化的依据，最终形成空调群运行调度的总体理论框架，为空调集群参与电网调度奠定了理论基础。主要研究成果包括：①针对空调系统运行特性复杂、运行过程存在电热转换过程等情况，结合空调系统的物理模型推导了空调温度时变方程，类比传统储能电池模型提出了空调系统的储能参数并建立了空调负荷的储能模型，实现了对空调系统基本运行特性、用户舒适度要求等的封装，对外显示出简单的模型接口，使系统调度者能像调度普通储能元件一样对空调系统进行运行调度。②综合考虑空调储能模型中参数分布的差异性、用户温度设定的主观性以及空调所处空间位置的差异性，建立了多时空尺度的空调负荷聚合模型，实现了对不同类型不同运行特性空调负荷的分区域协调整合，通过形成空调负荷聚合体减少了调度对象数目，大大降低了系统调度的求解及实施难度。③建立了基于综合储能的空调系统运行调度模型，并提出了针对每个空调储能单元的控制指令分解策略，通过宏观调度聚合模型和微观控制个体空调，实现对空调负荷的有效调度，利用建筑本身的惯性降低了系统峰值电力需求并减小了系统功率波动，为系统调峰调频提供了更多可选资源。 2100433B

电力柔性负荷调度基于用户自主响应的建模方法

从用户自主响应特性的角度，可将柔性负荷分为3类：①可转移负荷，即在一个调度周期内总用电量不变，但用电特性灵活，各时段用电量可灵活调节，如电动汽车换电站、冰蓄冷、储能以及工商业用户的部分负荷等；②可平移负荷，受生产流程约束，只能将用电曲线在不同时段间平移，如工业大用户；③可削减负荷，可根据需要对用电量进行一定削减，如空调、照明等。基于用户用电特性的方法能够计及各种因素对用户响应行为的影响，方便获取响应行为的时序特征，计及消费者心理和用户满意度。以响应电价为例，可转移负荷可概括为如下形式：用户响应电价模型多基于电力需求价格弹性矩阵，包括自弹性和互弹性，由于算法简单、直观，得到了广泛应用，但由于价格弹性系数多采用行业统计数据来求取，反映的是用户对电价变化响应的宏观表现，这在很大程度上限制了模型的准确性 。

电力柔性负荷调度基于电网优化调度的建模方法

对于可中断负荷，直接负荷控制和需求侧竞价等模式，一方面电网公司需要根据合同约定的激励费率或电力市场的出清价格对参与调度的柔性负荷（容量和电量）进行补偿，这涉及电网发用电统一优化决策的调度成本；另一方面电网公司需计及电网的安全性以及用户参与的满意度，因而通常在优化模型中将柔性负荷响应量作为决策变量，调度目标可为电网公司调度成本最小或调度收益最大、系统峰荷最小或峰谷差最小、用户负荷削减量最小或用户平均受控时间最小或用户满意度最大等，也有将上述多个目标综合起来进行多目标优化建模。

正常情况下，用户在接到电力公司经过优化计算得到的调节指令后，依据约定的控制周期和控制时序响应调度要求。值得注意的是，有些用户在响应电网调度削减用电量后还存在用电量反弹的现象 。

电力柔性负荷调度基于综合负荷整体响应的建模方法

电力系统分析计算常用综合负荷表示一定数量的各类用电设备及相关变配电设备的组合，可进行综合负荷的整体等效建模，主要描述其响应聚合后的外特性。有文献研究了以空调负荷为代表的大量热响应负荷聚合后的动态行为模型，计及室外、室内气温变化和设备参数的异质性，为计及负荷的综合响应特性提供了很好的思路。但从电网调度的角度，一方面要计及不同柔性负荷元件响应行为的多样性、不确定性甚至移动性，另一方面还需适当简化模型的复杂性，因而在综合负荷的整体响应建模方法方而还需进一步研究。

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面向有效恢复非完备区三维原貌问题，本项目研究了基于非完备区域几何特征测量数据完备特征建模的关键技术：对称特征非完备数据几何建模所需的高精度对称面存在获取困难，完好区的数据往往在缺损区找不到正确对应点，错误对应点对将影响最终迭代结果。针对对称面有效提取，结合点云数据几何特性，提出基于扩展高斯球与M估计融合的非完备数据对称特征提取策略。基于扩展高斯球的点云数据初始对齐，使原本无法定量解决的点云数据初始对应问题得到解决，基于M估计的ICP方法能有效去除迭代过程错误对应点对。面向对称特征局部变形问题，提出基于旋转不变量拉普拉斯算法的局部变形恢复策略。为编辑区域每个顶点估计一合适仿射变换矩阵，解决传统拉普拉斯算法不能很好处理旋转问题，线性系统快速求解提供速度优势。研究基于视觉图像特征相似性的非完备数据快速建模方法，根据二维图像特征点与三维形貌特征点对应关系构建缺损区3D模型；经过基于约束的非刚性对齐实现非完备数据有效恢复，并满足有关约束要求。针对颌面摘除手术与颌面赝复手术时间相隔较长导致口腔部软组织明显偏移，提出扭曲变形颌面缺损的几何建模赝复策略：基于旋转不变量的拉普拉斯算法的局部变形恢复；基于扩展高斯球与M估计融合的缺损数据对称面获取；非完备几何特征恢复；改进非完备重建特征初始边界条件，运用双伞形运算使得边界能够达到平滑切向过渡。对于自身无相似信息可利用的非完备数据，可利用特征相似性，获取自身以外与缺损区信息相符的数据源，实现相似特征三维重建；基于约束的非刚性模板模型映射技术，实现满足有关约束要求的非完备数据有效恢复，并可进行虚拟试戴评估，如中心对称面的差异检测以及赝复体与周围组织的贴合程度虚拟评价等。项目研究加深了对基于非完备几何信息的测量数据完备特征建模机理本质的理解，揭示先验知识对于完备特征建模的影响及相互关系，对医学颜面修复，文物保护，扫描数据质量提升均具有重要意义。 2100433B