智能社區(qū)綜合能源優(yōu)化管理

王韌

[摘 要]近幾年來，經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展，人們生活水平不斷提升，居民的用電時間比較集中，且已經(jīng)發(fā)展成為電力峰荷最主要的構(gòu)成部分，與此同時，智能電網(wǎng)科技發(fā)展，需求側(cè)的響應(yīng)將作為電力供需矛盾緩解最關(guān)鍵的有效途徑。本文以智能社區(qū)為背景，論述了智能社區(qū)綜合能源優(yōu)化模式。

[關(guān)鍵詞]智能化；社區(qū)；綜合能源；優(yōu)化管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.22.099

[中圖分類號]TK01+8 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）22-0-02

隨著生活水平的不斷提升，人們對于智能化、舒適型、快捷式居住環(huán)境的需求越來越高，智能社區(qū)在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生，在這其中智能電網(wǎng)的發(fā)展使智能社區(qū)的終端能源逐步得到了廣泛應(yīng)用。智能社區(qū)旨在支持儲能系統(tǒng)和清潔能源，支持能源的循環(huán)和階梯利用，引導(dǎo)用戶對能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高能源的利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

1 智能社區(qū)兩階段優(yōu)化模式

智能社區(qū)包含功能側(cè)、用能側(cè)兩部分的內(nèi)容，供能側(cè)主要采用的是CCHP與電網(wǎng)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)供能的方式，用能側(cè)則要考慮到基于直接負(fù)荷控制需求側(cè)的響應(yīng)。社區(qū)用戶能夠選擇電網(wǎng)供能或CCHP供能。選擇了電網(wǎng)供能的用戶，其按照分時的電價進(jìn)行電網(wǎng)購電，選擇CCHP系統(tǒng)供能的用戶，則是向物業(yè)公司進(jìn)行冷熱電價格的費(fèi)用繳納。

智能社區(qū)兩階段優(yōu)化模式的具體流程，如圖1所示。

在第一個階段中，物業(yè)公司結(jié)合負(fù)荷的預(yù)測以及光伏的出力，實(shí)現(xiàn)凈收益的最大化，對未來24小時的CCHP系統(tǒng)各個部分出力情況進(jìn)行優(yōu)化；在第二個階段中，HEMS結(jié)合CCHP系統(tǒng)的啟停情況和出力情況進(jìn)行分時電價的信息獲取，用戶費(fèi)用最小化是優(yōu)化的目標(biāo)，確保未來24小時內(nèi)的居家電負(fù)荷工作時間。通過兩階段優(yōu)化的模式，能夠?qū)崿F(xiàn)供能側(cè)與用能側(cè)的能源高效管理與利用，實(shí)現(xiàn)物業(yè)公司和社區(qū)用戶雙贏。

2 社區(qū)CCHP系統(tǒng)日前優(yōu)化

社區(qū)智能CCHP系統(tǒng)是由蓄電池、燃?xì)廨啓C(jī)、光伏電池、燃?xì)忮仩t、制冷裝置構(gòu)成的，其主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 CCHP的系統(tǒng)模型

智能社區(qū)CCHP系統(tǒng)的內(nèi)部由各種單元模型組成，包括蓄電池、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷機(jī)、燃?xì)忮仩t等，其功能模型如下。

2.1.1 微型燃?xì)廨啓C(jī)模型

微型燃?xì)廨啓C(jī)模型如下：

模型中：Pmt是微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出電功率；Qmt為回收后的熱效率；ηmt為微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率；ηloss為能量損耗率；Vmt為燃?xì)廨啓C(jī)的每小時天然氣消耗量；Hng為天然氣的理論熱值。

2.1.2 蓄電池模型

蓄電池模型如下：

模型中：Ptch、Ptdisch為蓄電池在t時刻充放電的功率；Pmaxch、Pmaxdisch為蓄電池的充放電上限功率；Utch、Utdisch為蓄電池充放電的狀態(tài)變量；Wt是蓄電池在t時刻的儲能；Wmax、Wmin是蓄電池的儲能上限和下限；μ、ηch、ηdisch分別為蓄電池自身能量的損耗率、充放電的效率，?t為時間間隔，其中?t=1h。

2.1.3 制冷機(jī)模型

制冷機(jī)模型如下：

模型中：Qac、Pec分別為吸收式制冷機(jī)的輸入熱功率以及電制冷機(jī)輸入電功率；Cac、Cec分別為吸收式制冷機(jī)、電制冷機(jī)輸出冷功率；COPac、COPec分別是吸收式制冷機(jī)以及電制冷機(jī)的系數(shù)。

2.1.4 燃?xì)忮仩t模型

燃?xì)忮仩t模型如下：

模型中：Qb是燃?xì)忮仩t的輸出熱功率；Vb是燃?xì)忮仩t1小時消耗天然氣的數(shù)量，ηb是鍋爐的發(fā)熱效率。

2.2 目標(biāo)函數(shù)和約束條件

2.2.1 目標(biāo)函數(shù)

第一階段是實(shí)現(xiàn)對物業(yè)公司凈利潤最大化的CCHP日前優(yōu)化目標(biāo)，物業(yè)公司凈收益主要包含用戶售冷熱聯(lián)動電能的收入和CCHP系統(tǒng)運(yùn)行成本的分析，目標(biāo)函數(shù)如下。

（7）式中：Cpro表示物業(yè)公司凈收益，Cinc表示物業(yè)公司用戶售冷熱電收入Ccost表示CCHP運(yùn)行成本，包含燃料費(fèi)用額購電費(fèi)用，Ccchp，n表示第N戶家庭對物業(yè)公司購買冷熱電總體費(fèi)用，N表示用戶的數(shù)量。

2.2.2 約束條件

智能社區(qū)的CCHP系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，其約束條件主要包括冷熱電功率的平衡約束以及設(shè)備運(yùn)行過程中的上下限約束。

功率平衡約束：

3 負(fù)荷控制模型

3.1 負(fù)荷分類

家居負(fù)荷的類型眾多，負(fù)荷在控制的過程中需要充分考慮到不同工作的特性，采取對應(yīng)的控制戰(zhàn)略。結(jié)合工作的時間彈性，本文將家居的用電負(fù)荷分為以下兩大類。

3.1.1 剛性負(fù)荷

剛性負(fù)荷沒有時間彈性，用戶一旦發(fā)生了需求，就會得到無條件的供應(yīng)。這類負(fù)荷能夠在通常情況下滿足用戶最基本的生活需求，所以剛性需求不參與到需求側(cè)的響應(yīng)。剛性負(fù)荷通常包含基礎(chǔ)照明、電視機(jī)、電冰箱以及計(jì)算機(jī)等。

3.1.2 柔性負(fù)荷

柔性負(fù)荷有一定程度的時間彈性，用戶在最舒適的范圍內(nèi)，負(fù)荷通常是可控的。柔性負(fù)荷還可以細(xì)分成不可中斷的負(fù)荷和可中斷的負(fù)荷；不可中斷的負(fù)荷如果開始了就不能停止，一直到滿足工作的時長后才能算作工作結(jié)束，這種類型負(fù)荷主要涉及洗碗機(jī)、電飯煲、洗衣機(jī)等?？芍袛嗟呢?fù)荷在被允許的工作時間段內(nèi)，能隨意開始和停止，但同時也需要滿足總體的時長，柔性負(fù)荷包括電動汽車、空調(diào)、地面清潔機(jī)器人以及衣物烘干機(jī)等。

4 結(jié) 語

本文對智能社區(qū)兩階段優(yōu)化模式進(jìn)行簡要分析，并對CCHP的系統(tǒng)模型和相關(guān)目標(biāo)函數(shù)、約束條件進(jìn)行簡要研究，以期為同行業(yè)的發(fā)展提供有意義的參考。

主要參考文獻(xiàn)

[1]王珺，顧偉，張成龍，等.智能社區(qū)綜合能源優(yōu)化管理研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017（1）.

[2]樊飛龍，邰能靈，鄭曉冬，李國棟，陳培育，戴晨松.基于前推回代優(yōu)化算法的社區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)有功實(shí)時調(diào)配策略[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2017（14）.

[3]王康琪.智能電網(wǎng)環(huán)境中基于動態(tài)價格的需求響應(yīng)策略[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014.endprint