智能建筑能量管理策略研究

戴诗容，程道卫

(1.安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥 231603；2. 合肥供电公司，安徽 合肥 230022)

文章以智能建筑为载体,以主动配电网态势感知技术为手段,一方面优化建筑自身用电需求,消纳更多的清洁能源,一方面响应主动配电网的调度,利用电动汽车负荷可控性减小对大电网的影响,实现双赢的局面。

1 系统结构

1.1 含智能建筑的主动配电网结构

含智能建筑的主动配电网结构图。如图1所示。

图1 含智能建筑的主动配电网结构

1.2 智能建筑通用模型

文中假设智能建筑内部含有:储能单元、光伏发电单元、风力发电单元、电动汽车充电单元、负荷以及建筑智能控制系统几个部分,各部分出力函数如下。

(1)

2 主动配电网智能建筑能量管理策略

主动配电网利用态势感知技术对智能建筑进行能量管理的流程图,如图2所示。主动配电网态势感知技术下智能建筑能量管理策略主要分为3个层次:感知、理解和预测。

图2 智能建筑能量管理流程图

2.1 态势感知

态势感知技术中的第1阶段“感知”的主要工作是获取足够多的可靠信息。 “感知”作为态势感知技术的第1阶段,其信息获取的完整性、真实性、有效性都会都后续阶段造成影响,故而第1阶段的重点工作即是通过可靠途径获得相关信息。

2.2 态势理解

当电网和智能建筑获得足够多的信息来源后,将会进行进一步的博弈,以寻求各自利益的最大化,博弈的结果将主要通过实时电价具体实施策略来体现。含智能建筑的主动配电网系统电能交换电价不能是单方面的,而应该有2个电价:智能建筑作为买方的购电电价以及智能建筑作为卖方的售电电价。

(1) 智能建筑购电电价。当智能建筑用电需求过大需要向大电网购电。代理商在这个过程中扮演零售商的角色,先从大电网批发购电,再分别卖给各电力用户(智能建筑)。代理商为了保证各时段用户购电量能尽可能地保持一致而不要出现较大的负荷高峰或低谷,因此对智能建筑的购电电价执行如下策略。

(2)

(2) 智能建筑售电电价。智能建筑中的各发电单元的剩余电量入网必须要通过有效手段加以引导,否则对大电网的负面影响将是巨大的。智能建筑售电电价如式(3)所示。

(3)

(4)

2.3 态势预测

根据前2阶段的准备工作,在第3阶段“预测”中,提出主动配电网态势感知技术下智能建筑能量管理策略,目标函数如式(5)。

(5)

其中,Cgrid、Cbrok、CB分别表示智能建筑购电成本、支付给电网代理商的费用(杂项费用,包括经纪人的佣金,与购售电量成比例)、储能单元切换充放电模式电池损耗折算成本。

(1)智能建筑购电成本Cgrid(t)。购电时,λpurc,t=1,λsell,t=0;售电时,λpurc,t=0,λsell,t=1。

(6)

(2)代理商费用Cbrok(t)。μ1为代理商费用系数。

(7)

(3)存储单元电池损耗折算成本CB(t)。μ2为存储单元电池折算成本系数。

(8)

2.4 约束条件

(1)功率平衡约束。在t时段智能建筑n内功率应保持平衡,其平衡约束应满足式(9)。

(9)

(2)出力上下限约束。储能单元、电动汽车充电站分别应满足相应出力上下限约束。

(3)智能建筑储能单元与电动汽车电池储能容量约束。

10%

(10)

其中，SOCS,t表示t时段储能单元荷电量。

(4)智能建筑与大电网允许交互的传输功率约束

(11)

3 仿真分析

3.1 算例仿真

3.2 仿真结果

当考虑大电网代理商下辖的智能建筑仅为1个(即N=1)时，智能建筑内部的储能单元和电动汽车充电负荷24时段的分布如图3所示。由图可见，由于文中电动汽车不考虑向电网放电，因此其功率曲线始终大于零。而储能单元则会在负荷高峰时段向电网放电，以求使用电成本降低。

由于储能单元双向充放电功能以及电动汽车负荷可控性，会对智能建筑负荷有一定的调峰作用。图4为储能单元和电动汽车参与调度前智能建筑的负荷缺额和二者参与调度后智能建筑实际购电需求对比。由图可见，由于电动汽车以及储能单元参与建筑智能系统的调控，智能建筑的购电需求变得更为平滑，对大电网的冲击减小。

图3 储能单元和电动汽车充放电曲线(N=1)

4 结论

主动配电网态势感知技术的应用将使配电网电能传输效率提高，带来明显的节能效益。智能建筑作为主动配电网的积极响应者和参与方，给配网提供了更多的新能源消纳的解决方案，同时智能建筑本身也能获得多的经济效益。