基于需求侧管理的区域能源系统控制分析

李逸超

（国网上海市电力公司奉贤供电公司，上海 201400）

中央空调是调控要件，相比分体式空调而言，中央空调具备多种优势，如中央空调具备较大的单体容量，更加容易控制等，由于中央空调绝大多数被应用于事业单位，由此，较为容易汇聚共识，基于电力而言，更易于需求侧管理，在进行需求侧负荷管理控制的过程中，中央空调成为优选对象。

1 区域能源系统组成

基于区域能源系统，主要包括4个子系统：BSS系统（建筑服务系统），该子系统由办公建筑以及中央空调组合而成；CS系统（控制系统），该系统主要由多级控制器组合而成；TSS系统（蓄能系统），该系统主要由换热器以及水箱组合而成；ESS系统（供能系统），该系统主要有泵机组组合而成。如图1所示。

2 区域能源系统参数设计及选型

在建立模型系统之前，需要对部件的参数与选型进行确定，图2为系统的设计流程图。第一步，依据建筑的热负荷，对供能系统进行设计，包含着多种参数，主要有热负荷的参数以及泵机组的参数等；第二步，将峰值热负荷所在日期视为经典的设计日，针对于蓄能系统，在设置设备有关参数时，主要基于选型的结构以及热负荷的变化情况；第三步，充分结合供能以及蓄能系统的选型，对于中央空调系统，以此确定多级控制器的参数，同时，依据模拟的实际结果，对相关参数进行一定的调整。

3 负荷削减控制策略

相比需求侧间负荷控制策略而言，在实施直接负荷控制策略的时候，不借助于蓄能系统，实际上是利用虚拟蓄能特性，这种特性来源于建筑物本身，具体而言，就是将建筑物当作虚拟热池，对用电模式进行适当的调整，以达到直接管理侧用电负荷的目的，进而实现负荷曲线调节。对于负荷削减控制策略，本节主要从设计周运行情况以及设计日运行情况两方面进行分析，以供参考。

对于负荷削减控制策略而言，其原则是基于高峰时期的电力，将室内温度的既定值进行降低，以达到削减峰值的目的。具体而言，在上午8～11点的时间段内，通过把室内温度由20℃降至18℃，促使电力系统在该段时间内的电负荷明显降低。设计周运行情况：设计周选取在7月14日～21日，即时间处于9072～9239h，时间的步长为1.5h，在执行负荷削减策略之后，并通过模拟，得出了设计周的运行情况如下所示。

从图3中可以得知，泵机组在设计日的实际运行情况，在初始阶段，供水温度维持在42℃左右，在需求响应的这段时间之内，负荷回水的温度显著上升，并在38～41℃的范围内存在波动的现象。在经过响应时间后，回水温度随之逐渐降低，产生这样的现象，主要由于室内温度被提高了，由之前的19℃上升至21℃，且增大了送风量，然而，盘管出口处的温差并没有多大变化，在此情况下，致使热泵进口处的温差明显增大，因此，回水的温度得到了降低，这与电力系统实际运行情况是相符的。在实施削减控制策略的前后，建筑室内的温度出现较为明显的变化，从19℃逐步上升到21℃，且室温保持在20℃左右波动，运行效果达到了预期设计目的。

在需求响应的时间范围内，电力系统功率呈现显著的削减趋势；在经过响应时间后，发生了反弹的现象，系统总功率逐渐增加，但是，在电力平价时间段内，对电力系统的影响并不是很大。从整体上来看，在工作日内功率效率呈现下降的趋势，产生这样的情况主要基于热量存储，在周末由于停机的原因，致使在周一的时候，相比剩余4天，周一热负荷相对较高。设计日运行情况：选取7月14日为设计日，即9072～9095h，时间步长为1h，实施负荷削减策略，进而得出了设计日的运行情况，主要包括温度变化以及电力系统耗电的运行情况。

在响应时间范围内，建筑内温度基本维持在19℃来回波动。但是，在工作日的10～17点，室内温度发生了变化，从19℃上升到21℃，且温度在21℃处波动，实际运行效果达到了预期的目的。在设计日功率的变化：当电力处于高峰时期，实施负荷削减控制策略，总功率出现下降的趋势，与基础模型相比而言，发挥了一定的削减作用，室内温度也随之降低了，针对于需求侧用户的舒适而言，有着很大的影响。在经过电力高峰期后，不再实施控制策略，系统功率出现了反弹的现象，室内温度发生了变化，有19℃逐渐上升至21℃左右波动，产生了另一个高峰电负荷，即便处于电力评价阶段，也有碍于系统的稳定运行。

4 负荷转移控制策略

对于负荷转移控制策略而言，其原则是基于高峰时期到来之前，将室内温度的既定值进行升高，也就是提前升温，并借助于虚拟热池，以达到储存热能的目的；当处于高峰时段，将室内温度进行恢复，并释放储存的热能，以满足于热负荷的要求，以达到移峰的效果。本节主要从设计日运行情况以及设计周运行情况两方面进行分析，以供参考。实际策略设计主要包括以下两种：在6～8点，把室内温度进行升高，升高至23℃，在8～11点，将室内温度由23℃降至19℃，在11点之后，再将室内温度升至21℃；在早上7点～8点，把室内温度进行升高，升高至23℃，在8点～11点，将室内温度由23℃降至19℃，在11点之后，再将室内温度升至21℃。

设计日运行情况：选取7月14日为设计日，即9072～9095h的范围，时间步长为1h，实施负荷转移控制策略，进而得出了两种设计日运行情况。对于室内以及机组温度的变化情况而言，在工作日内，热泵机组进出口处的温度处于合理范围，室内温度基本保持不变。通过对比可以得知，在8～10点，第一种策略的室内温度变化率明显低于第二种策略，产生这样的现象主要是因为第二种策略加热所需的时间较短，储存的热量相对较少，致使建筑室内的既定温度发生了变化，由23℃下降至19℃，温度下降的时间较快。在实施转移控制策略后，从系统耗能情况上来看，两个策略都存在显著的移峰效果，通过有关的计算，相比基础模型，在实施第一种策略后，在设计日内，转移的总电量为35.92kWh，在高峰阶段，实施第二种策略后，电力系统功耗降低了31.79kWh，这主要是因为未及时实施策略，在增加供热温度的情况下，高负荷运行所需的时间随之增加，进而导致能耗的增加。通过以上的分析可以得知，在6～8点，实施负荷转移策略，削减负荷的效果更佳。

设计周运行情况：选取第一种策略（在6～8点，把室内温度进行升高，升高至23℃，在8～11点，将室内温度由23℃降至19℃，在11点之后，再将室内温度升至21℃）为最优方案，通过深入的模拟，进而得出设计周的运行情况，并进行有关的计算，在设计周，通过实施该策略，累积转移的电量为142.99kWh。在设计周内，对于电力系统耗能情况来说，在高峰时段来临之前，已经提高了室内温度，致使在高峰时段，机组产生了新的负荷高峰，在经过高峰时段后，室内温度突然被提升，机组随之产生反弹的现象，也就是形成新的负荷高峰。所以，若负荷群是由多个机组组合而成，将会同时发生变化，进而极大地影响电力系统的稳定性。

5 结语

通过以上的分析可以得知，在实施直接负荷控制策略时，不借助蓄能系统，而是利用虚拟蓄能特性，将建筑物当作虚拟热池，对用电模式进行适当的调整，以达到直接管理侧用电负荷的目的，进而实现负荷曲线调节；对于负荷削减控制策略而言，主要基于高峰时期的电力，将室内温度的既定值进行降低，以达到削减峰值的目的；对于负荷转移控制策略而言，其原则是基于高峰时期到来之前，将室内温度的既定值进行升高，也就是提前升温，并借助于虚拟热池，以达到储存热能的目的。