建筑灵活性资源量化与聚合互动技术

研究背景

• 新型电力系统面临源荷失配问题，新能源占比提升导致电力系统灵活性资源短缺，停电风险增加。
• 我国风电与光伏装机容量逐年攀升，但新能源的强随机波动易导致电力电量缺口。
• 构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的重要途径，需解决电力系统灵活性不足问题。
• 建筑用能占全社会用电量的27%，其中温控负荷约占一半，是最具潜力的低成本灵活性可调资源之一。

面临挑战

1. 建筑互动灵活性精准量化难：建筑用能习惯差异、舒适约束及多变的外部激励信号，使得建筑灵活性响应潜力难以实时准确评估。
2. 建筑异质灵活性资源协同调控难：建筑中包含双向可控的电池储能和受环境与用户行为不确定性影响的建筑灵活性，传统控制方法难以最大化利用这些资源。
3. 海量异构建筑聚合互动难：海量建筑类型繁多，涉及多个耦合跨域因素和复杂约束，在“人”的不确定下的协调与互动复杂且易冲突。

研究框架

• 基于动态虚拟储能集群调控的建筑能源系统调控技术。
• 基于动态响应的建筑虚拟储能量化理论。
• 建筑异质灵活性资源协同调控方法。
• 海量异构建筑聚合互动技术。

学术贡献

1. 基于动态响应的建筑虚拟储能量化理论：
   • 提出建筑动态虚拟储能量化方法，量化建筑运行灵活调节能力，类比电储能外特性。
   • 提出类比实际储能参数的动态虚拟充放电功率、虚拟荷电状态、虚拟容量和虚拟爬坡率四类参数。
   • 考虑设备变工况的建筑动态虚拟储能量化方法，量化精度达97.26%。
2. 基于动态虚拟储能的建筑能源系统调控技术：
   • 提出融合优化调度与规则控制相结合的周-日-时三级建筑能源系统调控技术，满足用户多样化起居生活用能需求并降低运行成本。
   • 以典型建筑冬夏典型用能场景为例，冷热舒适度提升19.6%，实现100%可再生能源利用，降低运行成本22.4%。
   • 提出基于模型预测控制的建筑云-边协同滚动优化调度方法，利用建筑虚拟储能降低环境不确定性对用能成本的影响。
   • 以我国北方典型的工商业建筑为例，冬季和夏季分别减少了12.9%和11.7%的购电成本。
3. 建筑集群灵活性聚合与电网互动技术：
   • 提出虚拟电厂灵活性资源全景感知的智能传感布局方法，形成建筑集群虚拟电厂分层分群信息处理机制。
   • 提出建筑虚拟电厂日前-日内两阶段灵活性爬坡容量聚合与分配方法，在环境和用户不确定条件下聚合精度96.64%，冬季和夏季典型日峰值负荷削减率分别达26.8%和23.6%。
   • 提出基于相对鲁棒条件风险价值的建筑虚拟电厂组合容量优化方法，较传统鲁棒算法收益提升25.51%。

工程应用

• 零能耗建筑动态虚拟储能技术应用于天津大学R-CELLS零能耗建筑，实测可再生能源利用效率提升17.67%。
• 商业楼宇建筑虚拟储能控制技术应用于北京市延庆区环球新意百货，冬季用电能效提升28.4%，夏季用电能效提升12.3%。

下一步研究计划

• 围绕非理想通信下的通信时延和丢包对负荷侧灵活性资源调控能力可信量化与通信带宽-资源协同调控开展研究。