(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221086240 0.8 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市江宁区东 南大 学路2号 (72)发明人 李益国　郭振宇　张俊礼　 (74)专利代理 机构 北京德崇智捷知识产权代理 有限公司 1 1467 专利代理师 郝雅洁 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 17/11(2006.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于多变量预测控制的综合能源系统双层 优化运行方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于多变量预测控制的综 合能源系统双层优化运行方法， 包括： 动态调度 层采样系统的最新运行数据， 基于可用于描述系 统设备的供热环节的设备的动态特性模型， 根据 日内最新可再生能源与 负荷需求的预测数据， 以 最小化经济成本和动态供需偏差指标的最小化 为优化目标， 以功率平衡约束和设备特性约束为 约束， 进行日内滚动调度， 提供下一个调度时段 内各设备的功率调度指令； 实时控制层以燃气内 燃机及其余热回收设备和热泵的热电耦合环节 为控制对象， 基于多变量预测控制方法， 对动态 调度层下发的功率调度指令进行实时修正， 使用 修正后的功率调度指令作用于系统， 能够减少预 测偏差带来的扰动影响， 提高了系统供能准确性 和运行稳定性。 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 CN 115271194 A 2022.11.01 CN 115271194 A 1.一种基于多变量预测控制的综合能源系统双层优化运行方法， 其特征在于， 基于动 态调度层和实时控制层进行运行优化， 包括： 所述动态调度层采样系统 的最新运行数据， 基于可用于描述系统设备的供热环节的设 备的动态特性模型， 根据日内最新可再生能源与负荷需求的预测数据， 以最小化经济成本 和动态供需偏差指标 的最小化为优化 目标， 以功率平衡约束和设备特性约束为约束， 进行 日内滚动调度， 提供 下一个调度时段内各设备的功率调度指令； 所述实时控制层以燃气内燃机及其余热回收设备和热泵的热电耦合环节为控制对象， 基于多变量预测控制方法， 对所述动态调度层下发的所述功率调度指令进行实时修正， 使 用修正后的功率调度指令作用于系统。 2.根据权利要求1所述的基于多变量预测控制的综合能源系统双层优化运行方法， 其 特征在于， 所述的动态特性模型可用于描述燃气 内燃机或热泵的供热环节， 表示为状态空 间的形式为： 式中， xep为状态变量， rep为设备的功率调度 指令， Qep为设备实际输出的热功率， Aep,Bep, Cep为系数矩阵， k k代表第kk个采样时刻。 3.根据权利要求1所述的基于多变量预测控制的综合能源系统双层优化运行方法， 其 特征在于， 所述优化目标的函数表达式为： minJ＝w1AIM1+w2AIM2， J为目标函数值， AIM1为经 济性指标， AIM2为动态供 需偏差指标， 包括热功率动态偏差指标和供水温度动态偏差指标， w1和w2为对应权 重； 经济性指标AIM1具体包括： 式中， Δtk为调度步长， Nk为滚动时域步数， Kfuel为燃气内燃机的沼气燃料成本， Kice为 燃气内燃机的运行维护成本， Khp为热泵的运行维护成本， Kbat为蓄电池的运行维护成本， Khs 为储热罐的运行维护成本， Dice,f为消耗燃料量的质量流量， Pice为燃气内燃机的输出电功 率， Php为热泵消耗的电功率， Pbat为蓄电池的功率输出值， Qhs为储热罐的功率输出值； i代表 第i个调度时间段； 动态供需偏差指标AIM2具体包括： 式中， Δtkk为采样周期， Nkk为每个调度时间段内的采样个数， Qhp(i,j)、 Thp(i,j)、 Qhx(i, j)和Thx(i,j)分别表示在第i个调度时间段内第j个采样时刻的热泵输出功率、 热泵出口热 水温度、 燃气内燃机余热回收热功 率和余热回收热水温度， Tsupply为热泵热水和余热回收环 节热水混合后的热水温度， Ghp为热泵的热水流量， Ghx为余热回收环节的热水流量， Qload为用权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115271194 A 2户热负荷需求。 4.根据权利要求1所述的基于多变量预测控制的综合能源系统双层优化运行方法， 其 特征在于， 所述功率平衡约束包括系统电功率及热功率平衡约束； 所述设备特性约束包括 燃气内燃机及其余热回收环节运行特性约束、 热泵设备运行特性约束、 蓄电池设备特性约 束以及储热 罐设备特性约束。 5.根据权利要求1所述的基于多变量预测控制的综合能源系统双层优化运行方法， 其 特征在于， 所述多变量预测控制方法， 包括： S1： 选取输入变量与输出变量进行开环阶跃响应实验， 辨识得到综合能源系统的传递 函数模型， 所述输出变量为剩余电功率和总 供热水温度， 所述输入变量为内燃机电功率指 令调整量和热泵热功率指令调整量； S2： 定义所述传递 函数模型的增广状态空间模型： 式中， y(kk)为系统输出， Δxd(kk)是kk时刻的状态量变化量， x(kk)是扩增的状态量， Δ u(kk)是kk时刻的控制量变化量， Ad、 Bd Cd分别是被控对象状态空间模型对应的系数矩阵， A、 B、 C是状态扩增后的系数矩阵， Ip×p是p×p维单位阵， Od为零矩阵； S3： 设置控制器参数， 包括预测时域P， 控制时域M， 误差 权矩阵Q， 控制权矩阵R； S4： 根据当前时刻系统输出y(k k)， 对系统当前时刻状态进行估计； S5： 建立预测方程Y(kk)＝Fx(kk)+ΩΔU(kk)， 对系统未来P个时刻的输出Y(kk)进行预 测， 其中ΔU(k k)表示未来的控制量变化 量序列， F、 Ω为预测方程对应的系数矩阵； 其中， S6： 构建性 能指标 求解ΔU(kk)， 从中选取kk时刻 的最优控制量变化量Δu(kk)进行输出， 保证被控量能跟踪设定值， 同时控制量的波动不会 过于剧烈， 其中Yr(kk)＝[yr(kk+1),yr(kk+2),…,yr(kk+P)]T， 表示未来时刻的设定值序列， yr为单个时刻的设定值， 分别为权矩阵取Q和R时的二次型； S7： 计算控制 修正量u(kk)＝u(kk ‑1)+Δu(kk)， u(kk)＝[u1(kk),u2(kk)]T， u1(kk),u2 (kk)分别为对燃气内燃 机和热泵的功率调度指令的控制修 正量； S8： 将控制修正量u(kk)对调度层下发的设备功率调度指令进行修正， 修正后的功率指 令作用于系统， 下一时刻采样更新系统的输出信息， 重复步骤S4至S 8。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115271194 A 3