多能互補冷熱電綜合能源供給安全智能調控

賈興旺

摘要：傳統的綜合能源供給調控存在總負荷過高的問題，影響能源供給正常運作，針對這一問題，提出多能互補冷熱電綜合能源供給安全智能調控。通過傳感器和相關的計量表，獲取冷熱電綜合能源供給狀態信息，根據影響調控的因素確定調控目標函數及相應的約束條件，將獲取的信息作為目標函數的輸入，利用粒子群算法，計算出最優調控，實現綜合能源供給安全智能調控。測試結果表明：與傳統的能源供給調控方法相比，設計的多能互補冷熱電綜合能源供給安全調控方法總負荷變化較穩定，沒有出現總負荷過高和能源供給異常的情況，說明該方法更適合應用在多能互補冷熱電綜合能源供給中。

Abstract： Traditional integrated energy supply regulation has the problem of excessive total load， which affects the normal operation of energy supply. In response to this problem， a multi-energy complementary cooling heating and electricity integrated energy supply security intelligent regulation is proposed. Through sensors and related measurement table， the comprehensive energy supply status information of cooling heating and electricity is obtained， the regulation objective function and corresponding constraints according to the factors affecting the regulation are determined， the obtained information is taken as the input of the objective function， particle swarm optimization algorithm is used to calculate the optimal regulation and realize the comprehensive energy supply security intelligent regulation. The test results show that compared with the traditional energy supply control method， the designed integrated energy supply control method of multi-energy complementary cooling heating and electricity has a stable change in the total load， and there is no excessive total load or abnormal energy supply， indicating that this method is more suitable for the application of multi-energy complementary cooling heating and electricity comprehensive energy supply.

關鍵詞：多能互補;綜合能源;能源供給;智能調控

1? 多能互補冷熱電綜合能源供給安全智能調控方法

1.1 獲取冷熱電綜合能源供給狀態信息

多能互補冷熱電綜合能源供給中存在三種不同的能源需求，其中的供電、供熱、制冷和儲能設備之間需要通過合理的調控和配合。主要對綜合能源供給的運行方式和組合方式調控，實現多能互補冷熱電綜合能源供給滿足經濟性、安全性以及能源可再生性[4]。綜合能源的供能設備多樣且復雜，隨著供能運行狀態的變化，其相關參數也在不斷的變化，在此情況下，需要實時掌握相關的數據變化，才能根據實際情況進行最優調控，讓之后的綜合能源供給按照調控后的方案進行運作。

綜合能源供給相關信息的獲取，需要通過與能源相對應的設備采集，采集的過程如圖1所示。

圖中存在數據分析部分和數據處理部分，主要由聯機事務處理和聯機事務分析兩部分，使用數據庫和web界面來支持數據分析和處理[5]。其中聯機分析處理部分保留SCADA接口，與監控系統相連接。圖中最右側為能源供給的數據監控部分，主要是為了采集能源供給時，相關設備的運行狀況和相關參數。

該部分主要是對冷量、熱量和電量的實時消耗數據采集，同時獲取相應的溫度、濕度等數據[6]。具體內容如表1所示。

對于溫度或濕度的參數的采集，使用多種無線傳感器，通過布置在各個不同位置的收集節點，利用無線網絡傳輸技術，將數據匯總再上傳至處理中心。對于電量、熱量和冷量消耗數據的采集，通過分項計量電表、熱量計量表和冷量計量表完成采集。

以上數據采集是基于高級測量體系體系完成的，該體系采用雙向的通信網絡，設置固定的時間采集量表中的數據，時間間隔由能源供給公司負責，實時的將數據傳輸至處理中心。其通信網絡主要由遠程組網技術和接入組網技術組成，其中負責將采集的數據傳送至處理中心的是遠程組網技術，而接入網技術主要用來承載用戶使用能量領域的業務[7]。

通過聯機分析處理部分實現對采集數據的分析處理，將原始數據按照移動的標度進行轉化、分析和統計，將完成統計的數據存儲至數據庫中的同時，為能源供給調控提供一定的決策支持。

1.2 確定調控目標函數及約束條件

多能互補冷熱電能源供給中總負荷的變化存在較大的不確定性和隨機性，研究這一問題，以經濟安全最優目標，確定調控目標函數及相應的約束條件。

假設綜合能源供給的調控周期為三個典型日乘以相應的季節的天數之和，則調控的目標函數為：

公式中C表示比熱容，？籽表示水的密度，？滋i表示節點水的流量值，Yi.max表示節點出水溫度的上限值，Yi.rel表示節點處的實際回水溫度。熱能主要由余熱回收裝置釋放，并通過網絡內的水流傳遞，與傳輸的熱能、水流量、供回收溫度等因素有關。通過上述約束公式約束熱能量流。在以上約束條件下，確定調控目標函數，通過輸入采集的數據參數，輸出最優解。

1.3 冷熱電能源供給智能調控

利用粒子群算法對以上調控目標函數求解，由目標函數決定當前適應值，每次迭代時通過各種自身最優解及全局最優解完成更新，實現實時智能調控。

將采集的相關參數作為輸入，每個單獨的參數視為粒子，在粒子群算法中，首先初始化每個粒子的位置和速度，通過更新方程完成粒子位置和速度的更新，方程如下：

2? 能源供給安全智能調控方法性能測試

2.1 測試參數設置

測試智能調控方法，基于用戶側相同熱電負荷需求的前提下，以某一工業區為例測試調控方法，該園區內存在2臺CCHP機組，2臺機組的機組參數各不相同，具體參數如表2、表3所示。

使用這兩臺CCHP機組，配以兩臺參數相同的PC機，PC機的相關配置為內存8GB，硬盤350GB，操作系統為Linux，CPU為i5-7500。測試采用不同的調控方法得到能源供給冷熱電總負荷變化情況，在測試總負荷變化之前驗證多能互補冷熱電綜合能源供給安全智能調控方法有效性。

2.2 能源供給安全智能調控方法有效性驗證

驗證設計的智能調控方法有效性，需利用相關軟件進行監測，監測某一工作日的能源供給總負荷的變化，監測數據每隔6個小時更新一次，監測結果如圖2所示。

從圖中可以看出隨著時間的變化，冷熱電綜合能源供給總負荷在不斷的變化，說明該調控方法使用正常，并且總負荷始終保持在紅色以下，沒有出現意外和安全事件，證明該方法真實有效，可進行下一步測試。

2.3 綜合能源供給總負荷對比測試及分析

測試多能互補冷熱電綜合能源供給安全智能調控方法冷熱電總負荷的同時，為了更好的證明設計的安全智能調控方法性能更優越，引用傳統的能源調控方法，在相同的測試環境下，使用相同參數的CCHP機組，測試冷熱電總負荷情況，并根據測試結果進行對比分析。為了方便分析與對比，將使用傳統的能源調控方法稱為對照組，使用設計的安全智能調控方法稱為實驗組。

測試結果如圖3所示。

觀察圖中測試結果，對照組測試結果中顯示，測試的綜合能源總負荷變化幅度較大，最高達到105W，并且在7-10h的時間段，沒有測試到負荷的變化，這說明在該時間段，能源供給出現異常，沒有正常供給;實驗組測試結果顯示，在整個測試的時間段，總負荷變化情況比較穩定，沒有太大的起伏變化，總負荷最高只達到80W，始終在正常范圍內，并且沒有空白階段。兩者相比，實驗組測試結果優于對照組，說明設計的多能互補冷熱電綜合能源供給安全智能調控方法能夠更好的控制負荷的變化，保證能源供給正常進行，該方法優于傳統的能源調控方法。

3? 結束語

多能互補冷熱電綜合能源供給是復雜的工程，它通過聯供設備實現對多種復合需求的高效供給，具有能源利用率高、環保的特點。但是隨著對能源需求量的增大，傳統的能源調控方法在調控過程中使總負荷加大，影響能源供給正常進行，因此研究一個多能互補冷熱電綜合能源供給安全智能調控，利用粒子群算法，計算出最優調控，實現綜合能源供給安全智能調控。

參考文獻：

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