智能社区综合能源优化管理研究杨允池

智能社区综合能源优化管理研究杨允池

杨允池郭正欣

（国网浙江建德市供电有限公司浙江建德311600）

摘要：随着我国经济的迅速发展，人们的电能需求日渐增加，而我国的电力系统相对而言已开始存在一定的落后趋势，尤其是在一些用电高峰期，电能的供需矛盾日益显著。而随着科技的迅速发展，智能电网技术的普及，我国加强了对智能社区综合能源优化管理的研究，通过结合具有高能效、高经济效益的冷热电联供系统开创了两种新式的优化模式。本文从智能社区综合能源优化管理的概述出发，分别分析了这两种优化模式，并借助案例对两种优化模式的优化效果进行了分析，结果表明文中所研究的两种优化模式可以更好的解决人们的用电问题。

关键词：智能综合社区；能源优化；管理

一、引言

电能的出现改变了人们的生活和生产方式，推动了社会的进步和发展，但随着社会的进步和发展，人们对电能的依赖逐渐增加，人们也开始追求更为舒适、智能、便捷的电能服务。在这样的背景下智能社区得以产生，而智能电网作为智能社区的能源系统，其发展和优化也受到了有关研究人员的广泛关注。

智能社区具备储能与清洁能源系统，支持能源的循环利用和梯级利用，因此可以在很大程度上实现节能减排和提高能效，也正是如此，研究智能社区综合能源优化管理也就具有十分重要的意义。

二、智能社区综合能源优化管理研究概述

在智能社区综合能源优化管理的过程中需要以终端用户为单位进行能源结构的优化，同时还要以HEMS为依托。HEMS可以实现对电价的实时响应，通过对用能侧的合理管理不仅是可以使负荷曲线更为平滑、电力系统安全性得以提高，还能在极大程度上减少居民的用电费用。同时，以分时电价为基础，以最小负荷峰谷差为目标还可以为家居设备的优化运行建立决策模型。

近年来国内外在智能社区综合能源优化管理方面的研究均在逐渐增加，这些研究主要包含以下内容：一是以分布式电源供电量的随机性和波动性为依据对被供电对象中的柔性负荷控制策略进行研究，该研究实现了对储能设备充放电的控制，但在研究的过程中仅考虑了用能侧向供能侧的匹配，未考虑到供能侧向用能侧的匹配。二是对需求响应机理进行了分析，根据用户在用电过程中的电价弹性响应建立了分时电价模型，从而为需求响应项目提供了制定和实施依据。三是对楼宇中的空调负荷进行了深入探究，提出了空调负荷的优化、调度以及控制模型，但该研究仅仅是考虑到供能侧的经济效益，忽略了用能侧的利益。

就目前来说，人们的用电需求多种多样，因此电力负荷的组成是复杂的，但总的来说电力负荷峰值主要是由空调负荷组成。以上海市为例，随着全球温度的逐级升高，上海市夏季负荷高峰期的空调负荷占比可以达到百分之四十，而且这个比例是逐年增高的。但空调负荷又具有一定的特殊性，它不属于电需求，而是源自于用户的冷热负荷需求，因此在智能社区综合能源优化管理的过程中需要借助CCHP系统将冷热负荷从电负荷中剔除，这样将有效降低负荷峰值，用电高峰期的电能供需矛盾也将因此而解决。CCHP系统是将发电、制冷、制热等结合为一体的多联产能源系统，相对传统能源具有更好的社会效益和经济效益。现阶段不少学者也在对CCHP系统进行深入研究，如研究CCHP系统的微网单元模型、系统评价方式，研究CCHP系统的负荷匹配、能量优化管理方法等等。本文在上述研究的基础之上又对供能侧和用能侧的相互匹配进行了研究，通过对智能社区综合能源进行进一步优化管理实现了供能侧与用能侧的双赢。

三、智能社区综合能源优化管理及具体优化方式

随着人们供电要求的逐渐提高，智能社区的重要性日益显著，智能社区包含供能侧和用能侧两个方面。从供能侧的角度来说，需要在供能侧采取CCHP系统与电网联合供能的方式；而从用能侧的角度来说，则需要考虑基于直接负荷控制的需求侧响应。在CCHP系统与电网联合供能的过程中，社区用户具有供能侧选择的权利，一是可以选择由CCHP系统供能，这时需要按照物业公司的冷热电价向物业公司进行冷热电能的购买；二是可以选择由电网供能，这时只需按照传统的方式向电力企业进行电能的购买。

在智能社区综合能源优化管理的过程中需要采取两大步骤：其一是物业公司以最大收益为目标，根据对光伏出力以及冷热负荷的预测来优化未来一天的CCHP系统出力。其二是HEMS以CCHP系统的实际工作状况为依据，以最小用户电费为目标对未来的家居负荷进行优化。在这样的基础上，既有利于供能侧对用能侧的管理，又有利于用能侧的电能使用，最终将实现供能侧与用能侧的共赢。

1.智能社区CCHP系统日前优化

智能社区CCPH系统主要由蓄电池、光伏电池、制冷装置、燃气锅炉以及微型燃气轮机等组成。在进行智能社区CCHP系统日前优化的过程中首先是要建立CCHP系统模型，如微型燃气轮机模型、蓄电池模型、制冷机模型等，然后建立目标函数，并设置相应的约束条件，如功率平衡约束、设备运行上下限约束等等。最终通过分析、求解得出最优方案，实现智能社区CCHP系统日前优化。

2.家庭能量管理系统日前优化

当智能社区中的全部家庭中的相关设备全部连接到家庭局域网中时可以借助相应的组网进行节点通信。在HEMS控制家庭负荷的过程中，它要求各家庭均应将家用电器的各类规格参数输入到交互界中，进而上传至总系统；然后借助HEMS对家庭输入的规格参数、CCHP系统的启停及出力状况、分时电价等信息进行日前优化调度模型的计算和分析。最终得出最优的第二日家电运行计划，从而为智能社区的用户提供更为舒适、智能、便捷的电能服务。

同样的，在进行家庭能量管理系统日前优化的过程中也需要建立相应的模型。而这个过程中模型的建立主要是以家庭接入的负荷为依据的。通常来说在，根据工作特性、控制策略的不同这些负荷可以分为刚性负荷和弹性负荷两类。首先是刚性负荷，刚性负荷不存在时间弹性，当用户有需求时需要立马被供应。这类负荷主要是用来满足用户基本生活需求的负荷，因此其也不需要参与需求侧响应。这类负荷主要包括电视机、计算机、电冰箱以及各类照明设备等。其次是柔性负荷，柔性负荷具有较强的时间弹性，同时在满足用户舒适要求的前提下柔性负荷是可控的。此外，柔性负荷还可以划分为两类，一类是可以中断的负荷，如空调、电动汽车、衣服烘干机等；另一类是不可以中断的负荷，如电饭煲、洗衣机等。

四、案例分析

1.仿真参数

本文的案例分析是以仿真的形式完成的，首先是设置仿真参数，智能社区中的家庭数为50，其中有25个家庭属于正常作息型（白天和晚上均有一定程度的负荷），另外25个家庭则是早出晚归型（负荷主要集中在夜晚）。通过对这些家庭进行调研以统计出这些家庭的负荷参数。这里要注意的是有些设备一天内要进行多次使用，而不同使用阶段的功率可能是不同的，因此可以将其作为不同设备进行统计和控制。

2.仿真结果分析

这次仿真应用的是Matlab，优化求解工具为YALMIP，为方便对比，在优化的过程中将仅有电网作为供能侧，用户无响应的情况命名为方案一；仅有电网作为供能侧，用户有响应的情况命名为方案二；采用综合供能，用户有响应的情况命名为方案三。通过对仿真结果进行分析得出以下结论：

（1）对于正常作息型家庭，方案一的费用最高，方案二较方案一有较大费用节省，方案三较方案二有较小费用节省；

（2）对于早出晚归型家庭，方案一的费用最高，方案二较方案一有较大费用节省，方案三较方案二有微小费用节省；

（3）方案三的用电负荷峰值略低于方案二，方案二负荷峰值低于方案一；

（4）物业的净收益有明显提高。

五、结束语

在人们对高品质电能追求的过程中，智能社区逐渐成形，综合能源优化管理的作用也日渐显著。本文研究了一种新的智能社区综合能源优化管理方案，该方案的应用可以使供能侧与用能侧实现共同受益。希望本文的研究可以为相关人员的研究提供参考，以更好的为智能社区居民提供电能服务。

参考文献

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