智能社區綜合能源優化管理

王韌

[摘 要]近幾年來，經濟社會不斷發展，人們生活水平不斷提升，居民的用電時間比較集中，且已經發展成為電力峰荷最主要的構成部分，與此同時，智能電網科技發展，需求側的響應將作為電力供需矛盾緩解最關鍵的有效途徑。本文以智能社區為背景，論述了智能社區綜合能源優化模式。

[關鍵詞]智能化；社區；綜合能源；優化管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.22.099

[中圖分類號]TK01+8 [文獻標識碼]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、快捷式居住環境的需求越來越高，智能社區在這種背景下應運而生，在這其中智能電網的發展使智能社區的終端能源逐步得到了廣泛應用。智能社區旨在支持儲能系統和清潔能源，支持能源的循環和階梯利用，引導用戶對能源結構進行優化，提高能源的利用效率，實現節能減排的目的。

1 智能社區兩階段優化模式

智能社區包含功能側、用能側兩部分的內容，供能側主要采用的是CCHP與電網聯合實現供能的方式，用能側則要考慮到基于直接負荷控制需求側的響應。社區用戶能夠選擇電網供能或CCHP供能。選擇了電網供能的用戶，其按照分時的電價進行電網購電，選擇CCHP系統供能的用戶，則是向物業公司進行冷熱電價格的費用繳納。

智能社區兩階段優化模式的具體流程，如圖1所示。

在第一個階段中，物業公司結合負荷的預測以及光伏的出力，實現凈收益的最大化，對未來24小時的CCHP系統各個部分出力情況進行優化；在第二個階段中，HEMS結合CCHP系統的啟停情況和出力情況進行分時電價的信息獲取，用戶費用最小化是優化的目標，確保未來24小時內的居家電負荷工作時間。通過兩階段優化的模式，能夠實現供能側與用能側的能源高效管理與利用，實現物業公司和社區用戶雙贏。

2 社區CCHP系統日前優化

社區智能CCHP系統是由蓄電池、燃氣輪機、光伏電池、燃氣鍋爐、制冷裝置構成的，其主要的系統結構如圖2所示。

2.1 CCHP的系統模型

智能社區CCHP系統的內部由各種單元模型組成，包括蓄電池、燃氣輪機、制冷機、燃氣鍋爐等，其功能模型如下。

2.1.1 微型燃氣輪機模型

微型燃氣輪機模型如下：

模型中：Pmt是微型燃氣輪機輸出電功率；Qmt為回收后的熱效率；ηmt為微型燃氣輪機的發電效率；ηloss為能量損耗率；Vmt為燃氣輪機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 制冷機模型

制冷機模型如下：

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

2.1.4 燃氣鍋爐模型

燃氣鍋爐模型如下：

模型中：Qb是燃氣鍋爐的輸出熱功率；Vb是燃氣鍋爐1小時消耗天然氣的數量，ηb是鍋爐的發熱效率。

2.2 目標函數和約束條件

2.2.1 目標函數

第一階段是實現對物業公司凈利潤最大化的CCHP日前優化目標，物業公司凈收益主要包含用戶售冷熱聯動電能的收入和CCHP系統運行成本的分析，目標函數如下。

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

2.2.2 約束條件

智能社區的CCHP系統在運行的過程中，其約束條件主要包括冷熱電功率的平衡約束以及設備運行過程中的上下限約束。

功率平衡約束：

3 負荷控制模型

3.1 負荷分類

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

3.1.1 剛性負荷

剛性負荷沒有時間彈性，用戶一旦發生了需求，就會得到無條件的供應。這類負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的響應。剛性負荷通常包含基礎照明、電視機、電冰箱以及計算機等。

3.1.2 柔性負荷

柔性負荷有一定程度的時間彈性，用戶在最舒適的范圍內，負荷通常是可控的。柔性負荷還可以細分成不可中斷的負荷和可中斷的負荷；不可中斷的負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束，這種類型負荷主要涉及洗碗機、電飯煲、洗衣機等。可中斷的負荷在被允許的工作時間段內，能隨意開始和停止，但同時也需要滿足總體的時長，柔性負荷包括電動汽車、空調、地面清潔機器人以及衣物烘干機等。

4 結 語

本文對智能社區兩階段優化模式進行簡要分析，并對CCHP的系統模型和相關目標函數、約束條件進行簡要研究，以期為同行業的發展提供有意義的參考。

主要參考文獻

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