建筑灵活性资源量化与聚合互动技术

报告人：张嘉睿天津大学国家储能技术产教融合创新平台 灵活性资源短缺：新型电力系统的“新病症” 口构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”自标的重要途径挑战，电力系统面临严重的源荷失配问题，停电风险持续增加。 研究背景 灵活性爬坡容量：解决电力系统灵活性不足的“新药” 口电力系统保留一定向上或向下的可调节功率，应对净负荷陡升陡降问题确保在未来一段时间内的供需平衡能力。 口发电侧资源已得到较为充分利用，函须在负荷侧挖掘更多灵活调节资源。 建筑灵活性：支撑新型电力系统的关键可调资源 口建筑量大面广，占全球最终能源使用量的30%以上，是最具潜力的低成本灵活性可调资源之一 口我国建筑用能已达2.5万亿kWh，占全社会用电量的27%，其中温控负荷电采暖、空调、热泵等）约占建筑用电量的一半。 一、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。传统的静态方法常导致评估失准，迫切需要多约束下的灵活性响应潜力的动态量化方法 建筑非线性且多变量耦合复杂系统，动态调节能力难以评估。 二、建筑异质灵活性资源协同调控难 建筑中既包含双向完全可控的电池储能，，又包含受环境与用户行为不确定性影响的建筑灵活性，传统控制方法下难以最大化利用这些资源满足建筑多样化需求，调控效果“1+1<<2”，驱须通过不同资源耦合释放调控潜力。 三、 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。若忽略因人带来的不确定的影响，聚合互动结果可能过于理想化，驱须通过智能协同机制来实现高效可信的聚合互动。 当前建筑可调控手段有限，加之用户行为扰动，难以实现精准调控 研究框架 研究框架 基于动态响应的建筑虚拟储能量化理论 提出了建筑动态虚拟储能量化方法，可在居住者时变热舒适度范围内对建筑运行灵活调节能力（容量、功率等）进行量化，从而对外表现出类似电储能的外特性，用于量化建筑互动灵活性 SOC容量充放电功率爬坡率 类比 学术贡献一 基于动态响应的建筑虚拟储能量化理论 提出了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，实现建筑灵活性调节能力统一建模与量化评估。 基于动态响应的建筑虚拟储能量化理论 提出了考虑设备变工况的建筑动态虚拟储能量化方法，考虑日前阶段气温、光照等预测偏差对建筑虚拟储能量化的影响，通过闭环滚动修正，量化精度达97.26%。 研究框架 基于动态虚拟储能的建筑能源系统调控技术 提出了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，利用建筑动态虚拟储能和电池储能保障用户多样化起居生活用能需求同时降低运行成本 基于动态虚拟储能的建筑能源系统调控技术 以典型建筑冬夏典型用能场景为例，所提方法满足用户在并网、离网及故障备用等多种运行场景下用能需求，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%。 学术贡献二 基于动态虚拟储能的建筑能源系统调控技术 提出了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，实现对环境参数的闭环预测和对建筑能源系统的闭环控制。 第17页 基于动态虚拟储能的建筑能源系统调控技术 以我国北方典型的工商业建筑为例开展方法验证，在不影响正常用能前提下利用虚拟储能降低环境不确定性对电网购电量的影响，冬季和夏季分别减少了12.9%和11.7%的购电成本。 研究框架 3 学术贡献三 建筑集群灵活性聚合与电网互动技术 提出了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，兼顾海量用户数据隐私性和安全性 学术贡献三 建筑集群灵活性聚合与电网互动技术 提出了建筑虚拟电厂日前-日内两阶段灵活性爬坡容量聚合与分配方法，针对建筑集群参与电网调控提供灵活性爬坡容量，兼顾环境和用户参与不确定性的影响。 学术贡献三 建筑集群灵活性聚合与电网互动技术 以天津南开建筑群聚合的虚拟电厂参与电网调控为例，在环境和用户不确定条件下聚合精度96.64%，在冬季和夏季典型日峰值负荷削减率分别达26.8%和23.6% 学术贡献三 建筑集群灵活性聚合与电网互动技术 提出了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考虑海量建筑集群组成虚拟电厂参与电力市场获取收益，在无需用户精准参与信息下优化聚合参与不同电力市场交易，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。该建筑在第三届中国国际太阳能十项全能竞赛中，与国内外30余所高校同台竞技并荣获团体第一，在建筑能源相关测试中均满分，实测可再生能源利用效率提升17.67%。 第24页 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。在保证建筑热舒适度的前提下，减少用电量和配网用电，降低整体运行成本，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 现有研究基于理想通信假设，默认灵活性资源状态可被实时感知调控指令可同步到达、灵活性资源可按期响应，下一步将围绕如何揭示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 谢谢各位专家！