陳東文 ，劉育權(quán) ，李 勇 ，熊 文 ，王如竹

（1.上海交通大學(xué) 制冷與低溫研究所，上海 200240；2.廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

蓄冷空調(diào)作為綜合能源系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的蓄能技術(shù)，利用峰谷電價(jià)差，通過(guò)在電價(jià)較低的谷電時(shí)段蓄冷，在電價(jià)較高的峰電時(shí)段釋冷以替代空調(diào)供冷，減少峰電時(shí)段的用電量，達(dá)到降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行成本的目的［1］。另一方面，由于電力系統(tǒng)當(dāng)前的削峰措施主要采用需求響應(yīng)、動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制、實(shí)施獎(jiǎng)懲電價(jià)［2-4］，這些措施在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中效果有限，考慮到蓄冷能夠協(xié)助電網(wǎng)公司削峰填谷，因此蓄冷系統(tǒng)在綜合能源系統(tǒng)削減用電峰值功率的過(guò)程中有著重要的應(yīng)用［5］。

對(duì)于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的控制，傳統(tǒng)研究主要側(cè)重于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化目標(biāo)。文獻(xiàn)［6］研究了某辦公樓建筑的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在制冷機(jī)優(yōu)先、蓄冰罐優(yōu)先和優(yōu)化控制3種條件下的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。然而該方法適用于辦公建筑，對(duì)于有著24 h供冷需求的工業(yè)企業(yè)不適用。文獻(xiàn)［7］以松江大學(xué)校區(qū)的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)為例，將制冷主機(jī)運(yùn)行效率與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行策略結(jié)合起來(lái)，通過(guò)數(shù)值解法得到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化運(yùn)行控制策略。但是由于學(xué)校沒(méi)有峰谷平電價(jià)差異，使得該方法難以推廣。文獻(xiàn)［8］建立了某會(huì)展中心的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)能耗模型，再利用計(jì)算軟件以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化為目標(biāo)，求出非線性規(guī)劃結(jié)果。然而該模型中僅有平、谷2種電價(jià)，使得模型缺乏通用性。針對(duì)某些對(duì)運(yùn)行效率有要求的場(chǎng)合，文獻(xiàn)［9］建立以一次能源利用效率為目標(biāo)函數(shù)的控制模型，但僅對(duì)比了制冷機(jī)優(yōu)先和融冰優(yōu)先2種情況，未考慮分時(shí)融冰方案。文獻(xiàn)［10］以辦公樓冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)控制為例，采用粒子群優(yōu)化算法，求得經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的數(shù)值解。但該研究不適用于工業(yè)園區(qū)的企業(yè)。文獻(xiàn)［11-12］研究了采用炯用效率作為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化控制方案。

上述傳統(tǒng)控制策略大部分是針對(duì)辦公樓建筑的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，該類(lèi)建筑晝夜冷負(fù)荷變化很大，不適用于工業(yè)園區(qū)的蓄冷空調(diào)控制；同時(shí)上述優(yōu)化控制策略?xún)H考慮實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化目標(biāo)，并沒(méi)有考慮削峰這一重要約束條件。

工業(yè)園區(qū)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的控制有2個(gè)重要特點(diǎn)：參與電力系統(tǒng)削峰調(diào)節(jié)；供冷系統(tǒng)需要增加基載設(shè)備用于24 h連續(xù)供冷。

蓄冷空調(diào)的削峰以24 h控制分為2類(lèi)：第一類(lèi)削峰日，在該日需要削峰時(shí)段，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)保持最低耗電功率運(yùn)行，即基載主機(jī)停止運(yùn)行，通過(guò)釋放冷量完全滿足冷負(fù)荷需求；第二類(lèi)削峰日，在該日存在基載主機(jī)無(wú)法停止運(yùn)行的時(shí)間，根據(jù)園區(qū)下達(dá)的逐時(shí)用電功率限額曲線對(duì)蓄冷時(shí)段進(jìn)行控制，盡可能提高其他蓄能設(shè)備的削峰能力，以滿足園區(qū)的削峰需求。

本文以24 h作為蓄冷空調(diào)運(yùn)行的控制周期，以滿足供冷及削峰需求為限制條件，針對(duì)非削峰日、第一類(lèi)削峰日、第二類(lèi)削峰日，在3種電價(jià)時(shí)段進(jìn)行了運(yùn)行成本最小化的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模，獲得了優(yōu)化控制策略模型，并采用該控制策略對(duì)典型工業(yè)企業(yè)的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了案例分析，對(duì)比了非蓄冷空調(diào)和蓄冷空調(diào)在不同削峰模式下的運(yùn)行費(fèi)用和耗電功率，獲得了優(yōu)化的控制策略方法，并根據(jù)該策略對(duì)控制效果進(jìn)行了分析。

1 工業(yè)園區(qū)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)概述

1.1 蓄冷系統(tǒng)蓄冷、釋冷流程

典型的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)由蓄冷空調(diào)主機(jī)、基載主機(jī)、蓄冷水箱系統(tǒng)、泵、負(fù)荷5個(gè)部分構(gòu)成。本文以水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)為研究對(duì)象。圖1為工業(yè)企業(yè)的水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)流程示意圖。

圖1 水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of water-storage air-conditioning system

在如圖1所示的水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)基本工作流程如下：蓄冷階段，冷水流過(guò)蓄冷主機(jī)側(cè)后降溫，經(jīng)過(guò)閥門(mén)V2、V3后由泵P1送入蓄水箱底部，與此同時(shí)，溫度較高的熱水從蓄水箱頂部流出后經(jīng)過(guò)閥門(mén)V1流入蓄冷主機(jī)側(cè)換熱降溫，最后重新回流到蓄水箱底部，完成一個(gè)蓄冷循環(huán)；釋冷階段，冷水由蓄水箱底部經(jīng)過(guò)閥門(mén)V3、V2后由泵P3送入負(fù)荷側(cè)進(jìn)行換熱，換熱后的溫度較高的冷水回到蓄水箱頂部，完成一個(gè)釋冷循環(huán)。

1.2 蓄冷空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化控制原則

根據(jù)釋冷方式的不同，通?？照{(diào)釋冷主要包括部分釋冷、全部釋冷、分時(shí)釋冷3種方式［13］。為了實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，需要根據(jù)次日負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，優(yōu)先考慮在峰電時(shí)段釋放足夠的冷量，并將剩余冷量在平電時(shí)段釋放用以替代基載主機(jī)耗電功率，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)蓄冷系統(tǒng)不考慮參與削峰時(shí)，運(yùn)行控制原則為：在谷電時(shí)段，蓄冷主機(jī)蓄冷，由基載主機(jī)供冷滿足用戶側(cè)冷負(fù)荷需求；在平電時(shí)段，由蓄冷主機(jī)與釋冷系統(tǒng)共同供冷，其中蓄冷主機(jī)維持恒定供冷功率，不足部分通過(guò)釋放冷量補(bǔ)充；在峰電時(shí)段，通過(guò)釋放冷量完全提供負(fù)荷側(cè)所需的冷負(fù)荷。

2 園區(qū)蓄冷系統(tǒng)設(shè)備耗電模型

蓄冷系統(tǒng)內(nèi)部各耗電部分主要分為以下2類(lèi)：基載主機(jī)和蓄冷空調(diào)主機(jī)。

2.1 基載主機(jī)耗電模型

基載主機(jī)包括蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)和冷卻水水泵，系統(tǒng)的額定能效比（Energy Efficiency Ratio）為EER0，其主要受到環(huán)境和部分負(fù)荷率兩方面的影響。

當(dāng)基載主機(jī)處于額定負(fù)荷時(shí)，設(shè)其能效比與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況下的逆卡諾循環(huán)成正比，則耗電功率為：

其中，PB0，k為第k時(shí)刻基載主機(jī)在額定負(fù)荷下的耗電功率（kW）；T0，k為第 k 時(shí)刻的蒸發(fā)溫度（℃）；Twet為濕球溫度（℃）；ΔT 為冷凝附加溫度（℃）；QC，B0為基載主機(jī)額定供冷功率（kW）；T0為標(biāo)準(zhǔn)冷凝溫度（℃）。

當(dāng)基載主機(jī)供冷功率不是額定負(fù)荷時(shí)，一般由生產(chǎn)廠家提供負(fù)荷曲線的經(jīng)驗(yàn)公式，此時(shí)基載主機(jī)的耗電功率為：

其中，PB，k為第 k 時(shí)刻基載主機(jī)耗電功率（kW）；a1、a2、a3、a4均為生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；QC，Bk為第k時(shí)刻基載主機(jī)實(shí)際供冷功率（kW）。則此時(shí)基載主機(jī)能效比為：

其中，EERB，k為基載主機(jī)在第k時(shí)刻的能效比。

2.2 蓄冷主機(jī)耗電模型

蓄冷主機(jī)主要包括蒸汽壓縮制冷機(jī)組、冷卻塔泵、蓄冷水泵。在進(jìn)行空調(diào)供冷工況時(shí)，其耗電功率與基載主機(jī)耗電功率計(jì)算公式相同。當(dāng)進(jìn)行蓄冷時(shí)，由于制冷溫度較低，此時(shí)耗電增加，其耗電功率為：

其中，Pm0，k為第k時(shí)刻蓄冷主機(jī)滿負(fù)荷耗電功率（kW）；QC，m0為蓄冷系統(tǒng)額定供冷量（kW）；K 為蓄冷主機(jī)在蓄冷和空調(diào)供冷2種工況下能效比的比值。則考慮部分負(fù)荷率的影響時(shí)的耗電功率為：

其中，Pm，k為第 k 時(shí)刻實(shí)際耗電功率（kW）；QC，mk為第k時(shí)刻蓄冷系統(tǒng)供冷量（kW）。則此時(shí)蓄冷主機(jī)能效比為：

其中，EERm，k為蓄冷主機(jī)在第k時(shí)刻的能效比。

2.3 水泵的耗電模型

水泵P3用于釋放冷量時(shí)為負(fù)荷側(cè)供應(yīng)冷凍水，其耗電功率為：

其中，Ppump，k為第 k 時(shí)刻水泵的耗電功率（kW）；h 為水泵水頭（mH2O）；g為重力加速度，取定值 9.81m ／s2；QC，Pk為第 k時(shí)刻輸送的供冷功率（kW）；ρ為水的密度（kg／m3）；Cp為水的平均比定壓熱容（kJ／（kg·℃））；ηe為泵的效率；ΔTW為供水換熱前后的溫差（℃）。

3 水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)控制約束條件

本節(jié)給出了對(duì)于蓄冷空調(diào)主機(jī)和基載主機(jī)的控制策略。

3.1 正常情況下釋冷、蓄冷控制約束條件

蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在正常情況下以x表示蓄冷系統(tǒng)內(nèi)的剩余冷量，u表示蓄冷系統(tǒng)剩余冷量的變化速率，t為時(shí)間，則 u=dx ／dt，蓄冷時(shí) x 增加、u 為正，釋冷時(shí)x減少、u為負(fù)；以v表示基載或者蓄冷主機(jī)對(duì)負(fù)荷側(cè)的供冷功率。其中，在蓄冷時(shí)段，v表示基載主機(jī)供冷功率；在非蓄冷時(shí)段，v表示蓄冷空調(diào)主機(jī)供冷功率。

在第k時(shí)刻，x、u滿足如下基本約束條件：

其中，Δt為一個(gè)時(shí)間間隔；xmax、xmin分別為蓄冷裝置最大、最小蓄冷量；umax，k為蓄冷系統(tǒng)最大蓄冷速率；umin，k為蓄冷系統(tǒng)最大釋冷速率。

定義峰、谷、平3個(gè)時(shí)段負(fù)荷側(cè)所需冷量分別為QC，F(xiàn)、QC，G、QC，P。 三者計(jì)算如下式所示：

其中，QC，k為各時(shí)段負(fù)荷側(cè)冷量需求（kW）；m、n 分別為峰電、谷電電價(jià)時(shí)長(zhǎng)（h）。蓄冷系統(tǒng)的次日最大蓄冷量xmax0不能超過(guò)蓄冷系統(tǒng)額定容量和次日負(fù)荷側(cè)非谷電時(shí)段最大冷負(fù)荷需求，即滿足如下關(guān)系式：

其中，QS為系統(tǒng)的額定蓄冷容量；η為蓄冷系統(tǒng)冷量釋放時(shí)的利用效率。

蓄冷空調(diào)系統(tǒng)最大釋冷速率umin，k在第k時(shí)刻受到蓄冷裝置剩余蓄冷容量xk、蓄冷系統(tǒng)實(shí)測(cè)最大釋冷能力 umin，ISS（x）、逐時(shí)冷負(fù)荷 QC，k的限制。

蓄冷空調(diào)系統(tǒng)最大蓄冷速率umax，k受到當(dāng)前蓄冷量 xk、系統(tǒng)實(shí)測(cè)最大蓄冷速率 umax，ISS（x）、蓄冷主機(jī)最大蓄冷速率限制。

空調(diào)供冷功率v在第k時(shí)刻受到系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得最大供冷速率、負(fù)荷側(cè)冷負(fù)荷需求QC，k、蓄冷主機(jī)或基載主機(jī)最大供冷能力的限制。

在蓄冷時(shí)段，由基載主機(jī)提供空調(diào)供冷功率，具體如下：

其中，vmax，ISS，B為基載主機(jī)實(shí)測(cè)最大供冷功率。

在非蓄冷時(shí)段，由蓄冷主機(jī)配合空調(diào)供冷，供冷功率為：

其中，vmax，ISS，m為蓄冷主機(jī)實(shí)測(cè)空調(diào)工況下最大供冷功率。

3.2 非削峰日滿足削峰及供冷需求的控制約束條件

由于峰平谷電價(jià)不同，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化目標(biāo)，需要根據(jù)峰平谷時(shí)段分別制定相應(yīng)的控制策略。

谷電時(shí)段，蓄冷裝置根據(jù)次日預(yù)測(cè)所需的蓄冷量進(jìn)行蓄冷，為滿足經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化條件，需要在蓄冷主機(jī)蓄冷能效比EERm，k較大情況下盡可能多地蓄冷。此階段所需的空調(diào)冷負(fù)荷完全由基載主機(jī)提供。其控制約束方程如下：

滿足上述控制約束條件的控制策略為非削峰日的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化運(yùn)行策略。

峰電時(shí)段，蓄冷系統(tǒng)盡可能地釋放冷量，當(dāng)蓄冷量無(wú)法滿足峰電時(shí)段全部冷負(fù)荷時(shí)，為了最佳經(jīng)濟(jì)效益，需要在蓄冷主機(jī)空調(diào)供冷工況下機(jī)組EERm，k較小的時(shí)段多釋放冷量，在蓄冷主機(jī)空調(diào)供冷工況下機(jī)組EERm，k較大的時(shí)段少釋放冷量，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化控制。蓄冷系統(tǒng)和蓄冷主機(jī)滿足功率與能量平衡，對(duì)應(yīng)的運(yùn)行控制約束滿足下式：

其中，uk為釋冷功率，取負(fù)值。

平電時(shí)段，若有剩余蓄冷量，則在蓄冷主機(jī)空調(diào)工況下EERm，k較小時(shí)盡可能多地釋放冷量，在蓄冷主機(jī)空調(diào)工況下EERm，k較大時(shí)少釋放冷量。蓄冷系統(tǒng)和蓄冷主機(jī)滿足功率與能量平衡，對(duì)應(yīng)的運(yùn)行控制約束滿足下式：

3.3 第一類(lèi)削峰日滿足削峰及供冷需求的控制約束條件

在第一類(lèi)削峰需求條件下，峰、谷、平3個(gè)時(shí)段的控制策略分別如下所述。

a.削峰在峰電時(shí)段內(nèi)。

此時(shí)，原控制策略不需要作任何改變，按照式（15）—（17）運(yùn)行。

b.削峰在平電時(shí)段內(nèi)。

谷電時(shí)段運(yùn)行控制策略不受影響。

峰電時(shí)段釋冷時(shí)，預(yù)留充足的冷量用于平電時(shí)段需要削峰的時(shí)刻釋放，剩余冷量按照非削峰日策略運(yùn)行。

設(shè)削峰時(shí)段為T(mén)1—T2，在該削峰時(shí)段內(nèi)負(fù)荷側(cè)冷負(fù)荷需求為：

其中，QC，t為削峰時(shí)段負(fù)荷側(cè)冷負(fù)荷需求之和。則峰電時(shí)段運(yùn)行控制約束為：

平電時(shí)段運(yùn)行控制約束為：

c.削峰在谷電時(shí)段內(nèi)。

此時(shí)，在谷電時(shí)段削峰時(shí)刻停止蓄冷，在非削峰時(shí)段盡可能在蓄冷主機(jī)能效比較高時(shí)段多蓄冷，直至蓄滿為止或者達(dá)到蓄冷時(shí)段結(jié)束為止。運(yùn)行控制約束滿足下式：

峰電時(shí)段和平電時(shí)段控制策略不受影響，按照式（16）和式（17）進(jìn)行控制。

3.4 第二類(lèi)削峰日滿足削峰及供冷需求的控制約束條件

當(dāng)?shù)谝活?lèi)削峰控制不滿足需求時(shí)，園區(qū)會(huì)下達(dá)新的調(diào)控指令，給出每一時(shí)段的運(yùn)行耗電功率限額。但是對(duì)于冰蓄冷系統(tǒng)而言，有效的耗電功率限額體現(xiàn)為谷電時(shí)段蓄冷限額，此時(shí)泵P3不運(yùn)行，由于冷卻塔風(fēng)機(jī)耗電功率很小，因此忽略冷卻塔風(fēng)機(jī)的耗電功率。因此谷電時(shí)段的運(yùn)行控制策略的約束條件滿足下式：

其中，PR，k為園區(qū)下達(dá)的第k時(shí)刻的耗電功率限額（kW）。

峰電時(shí)段和平電時(shí)段的運(yùn)行策略不受影響，按照式（19）和式（20）運(yùn)行。

4 目標(biāo)函數(shù)

4.1 運(yùn)行目標(biāo)函數(shù)

蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不考慮初投資的影響，僅考慮在現(xiàn)有設(shè)備條件下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，假定系統(tǒng)各設(shè)備的壽命與運(yùn)行年份有關(guān)，與運(yùn)行次數(shù)無(wú)關(guān)。不考慮運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，選擇運(yùn)行電費(fèi)y作為目標(biāo)函數(shù)，則有：

其中，ek為第 k 時(shí)刻的電價(jià)；f1、f2、f3分別為峰、平、谷時(shí)段電價(jià)；Pk為第k時(shí)刻的蓄冷主機(jī)、基載主機(jī)、水泵耗電功率之和。

釋冷時(shí)段的總耗電功率Pk為：

蓄冷時(shí)段的總耗電功率Pk為：

獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)需要考慮容量電價(jià)C，但是對(duì)于工業(yè)企業(yè)內(nèi)的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，蓄冷時(shí)段集中在夜間企業(yè)用電低谷時(shí)段，蓄冷時(shí)段企業(yè)總的耗電功率不超過(guò)白天峰值耗電功率，因此對(duì)企業(yè)全天峰值耗電功率無(wú)影響，容量電價(jià)可以忽略。

4.2 控制方程求解

由于控制策略方程的目標(biāo)函數(shù)為求得極小值，因此對(duì)于控制方程的求解，屬于一般線性規(guī)劃的范疇，可以采用通用的算法求解或者根據(jù)解析法求解。解析法求解的思路為：蓄冷時(shí)段，在機(jī)組能效比較大的時(shí)刻盡可能多地蓄冷，直至滿足蓄冷要求；在釋冷階段，預(yù)留足夠的冷量用于削峰，將剩余可利用的冷量考慮在電價(jià)較高、基載主機(jī)能效比較低的時(shí)段釋放。

5 蓄冷空調(diào)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模與優(yōu)化控制算例

下面以廣州明珠工業(yè)園區(qū)某工業(yè)企業(yè)的水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行控制為例進(jìn)行分析。

已知該企業(yè)的100%負(fù)荷日空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)冷負(fù)荷如圖2所示。

圖2 空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)冷負(fù)荷Fig.2 Hourly cooling loads of air-conditioning system

企業(yè)擬建設(shè)水蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)用于維持車(chē)間24 h恒定溫度和濕度。廣州地區(qū)各時(shí)段電價(jià)如下：峰電時(shí)段為 14∶00—17∶00、19∶00—22∶00，電價(jià)為 f1＝1.0911 元／（kW·h）；谷電時(shí)段為 00∶00—08∶00，電價(jià)為 f2＝0.3647 元／（kW·h）；其余時(shí)段為平電時(shí)段，電價(jià)為 f3＝0.6805 元／（kW·h）?，F(xiàn)以典型的 100%負(fù)荷日和50%負(fù)荷日為例，研究空調(diào)系統(tǒng)耗電功率變化與削峰能力。若在某一需要削峰日，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行在第一類(lèi)約束條件時(shí)，白天平電時(shí)段的09∶00—10∶00需要削峰1 h?？照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行在第二類(lèi)約束條件時(shí)，夜間谷電時(shí)段整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)最大允許運(yùn)行功率在100%負(fù)荷日蓄冷時(shí)段比原先計(jì)劃最大負(fù)荷減小0.2 MW后至1.75 MW，在50%負(fù)荷日比原先計(jì)劃最大蓄冷負(fù)荷減小0.2 MW后至1.25 MW。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果如下文所示。

5.1 100%負(fù)荷日3類(lèi)削峰日耗電功率

在100%負(fù)荷日時(shí)整個(gè)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)各時(shí)段耗電功率如圖3所示。

蓄冷系統(tǒng)在峰電時(shí)段可以削減空調(diào)系統(tǒng)耗電功率約0.9 MW，持續(xù)削峰的能力約4 h。但是由于蓄冷，導(dǎo)致夜間蓄冷系統(tǒng)耗電功率最大增加約1.0 MW。

圖3 100%負(fù)荷日，3類(lèi)削峰日下蓄冷空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)耗電功率Fig.3 Hourly electric load curve of water-storage air-conditioning system with 100%load for three peak-load reduction modes

和蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在非削峰日相比，在第一類(lèi)削峰日，由于 10∶00有削峰需求，使得原計(jì)劃在 20∶00、21∶00 釋放的冷量轉(zhuǎn)移至 10∶00 釋放，導(dǎo)致 20∶00 耗電功率增加；由于冷量在20∶00已經(jīng)完全消耗，使得在21∶00時(shí)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)和非蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行曲線重合。非削峰日和第一類(lèi)削峰日在其余時(shí)段曲線重合，耗電功率相同。

和蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在非削峰日相比，在第二類(lèi)削峰日，由于夜間谷電時(shí)段對(duì)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行耗電功率的限制，使得蓄冷系統(tǒng)無(wú)法蓄滿冷量，導(dǎo)致在峰電時(shí)段的21∶00時(shí)剩余蓄冷量不夠，整個(gè)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)耗電功率增大。

5.2 50%負(fù)荷日3類(lèi)削峰日耗電功率

在50%負(fù)荷日時(shí)整個(gè)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)各時(shí)段耗電功率如圖4所示。

圖4 50%負(fù)荷日，3類(lèi)削峰日下蓄冷空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)耗電功率Fig.4 Hourly electric load curve of water-storage air-conditioning system with 50%load for three peak-load reduction modes

和在100%負(fù)荷日第一類(lèi)削峰日對(duì)非削峰日蓄冷系統(tǒng)削減耗電功率影響相比，由于在此負(fù)荷日冷負(fù)荷需求較少，使得蓄冷量可以覆蓋全部峰電時(shí)段和部分平電時(shí)段，因此對(duì)峰電時(shí)段削減耗電功率能力無(wú)影響。從圖4中可以看出，10∶00的削峰需求僅影響到平電時(shí)段13∶00的耗電功率。

和在100%負(fù)荷日第二類(lèi)削峰日對(duì)非削峰日蓄冷系統(tǒng)削減耗電功率能力相比，由于冷負(fù)荷需求較小，因此影響較小，僅僅影響了夜間蓄冷時(shí)段的耗電功率，對(duì)總蓄冷容量無(wú)影響，對(duì)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)其余時(shí)段削峰能力無(wú)影響。

5.3 100%負(fù)荷日和50%負(fù)荷日3類(lèi)削峰日運(yùn)行費(fèi)用分析

在圖5所示的100%負(fù)荷日和50%負(fù)荷日運(yùn)行耗電費(fèi)用中，從左向右依次為普通空調(diào)系統(tǒng)、蓄冷空調(diào)系統(tǒng)非削峰日、蓄冷空調(diào)系統(tǒng)第一類(lèi)削峰日、蓄冷空調(diào)系統(tǒng)第二類(lèi)削峰日的總運(yùn)行費(fèi)用。

圖5 100%和50%負(fù)荷日，3類(lèi)削峰日下蓄冷空調(diào)系統(tǒng)用電費(fèi)用Fig.5 Electric power costs of water-storage air-conditioning system with 100%and 50%loads for three peak-load reduction modes

在100%負(fù)荷日，和普通空調(diào)系統(tǒng)相比，采用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)以后，在非削峰日可以節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約1702元，在第一類(lèi)、第二類(lèi)削峰日節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用分別為1375元和1584元。增加削峰需求后，由于峰電時(shí)段釋冷量減少，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加，使得蓄冷經(jīng)濟(jì)性降低。因此，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，應(yīng)考慮給予企業(yè)削峰補(bǔ)償電價(jià)。

在50%負(fù)荷日，采用蓄冷系統(tǒng)后在3類(lèi)削峰日下均可以減少運(yùn)行費(fèi)用1160元。這是由于冷負(fù)荷需求相對(duì)于蓄冷容量較小，使得有削峰時(shí)對(duì)正常在峰電時(shí)段釋冷的計(jì)劃影響較小。此時(shí)可以不考慮給予企業(yè)削峰補(bǔ)償電價(jià)。

6 結(jié)論

本文提出蓄冷空調(diào)在3類(lèi)削峰日的運(yùn)行模式，并根據(jù)電價(jià)時(shí)段不同提出分階段的控制約束模型，獲得滿足削峰及供冷需求條件下的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化運(yùn)行控制策略的方法。以上方法能夠獲得有效的削峰日控制策略。算例結(jié)果顯示，該策略能夠?qū)崿F(xiàn)有效的削峰，并滿足運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性要求。

由于蓄冷系統(tǒng)削峰幅度大、削峰時(shí)間長(zhǎng)，使得蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的削峰能力。因此在工業(yè)園區(qū)削峰控制過(guò)程中，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)可扮演重要的角色。

在100%負(fù)荷日，由于蓄冷量相對(duì)于冷負(fù)荷需求較小，使得削峰要求對(duì)原蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)劃影響較大；在50%及其他負(fù)荷日，當(dāng)冷負(fù)荷需求減小到一定程度時(shí)，由于冷負(fù)荷的減少，使得蓄冷量可以覆蓋更多的空調(diào)運(yùn)行時(shí)段，因而蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行計(jì)劃受到削峰需求影響較小，可以實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］丁慶，段紹輝，王執(zhí)中，等.冰蓄冷空調(diào)在高峰谷負(fù)荷差地區(qū)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性［J］. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2014，26（1）：72-75.DING Qing，DUAN Shaohui，WANG Zhizhong，et al.Economy of ice-storage air-condition used in the area of high peak-valley load difference［J］.Proceedings of the CSU-EPSA，2014，26（1）：72-75.

［2］趙洪山，趙航宇，侯杰群，等.需求響應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性影響分析［J］. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2017，37（1）：8-14.ZHAO Hongshan，ZHAO Hangyu，HOU Jiequn，et al.Effect of demand response on supply reliability of distribution network［J］.Electric Power Automation Equipment，2017，37（1）：8-14.

［3］徐意婷，艾芊.含微電網(wǎng)的主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方法［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2016，36（11）：18-26.XU Yiting，AIQian.Coordinated optimaldispatch ofactive distribution network with micro-grids［J］.Electric Power Automation Equipment，2016，36（11）：18-26.

［4］胡曉通，劉天琪，劉舒，等.基于動(dòng)態(tài)獎(jiǎng)懲電價(jià)的微電網(wǎng)與配網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行［J］. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2016，36（3）：33-40.HU Xiaotong，LIU Tianqi，LIU Shu，et al.Coordinated optimal operation between microgrid and distribution network based on dynamic award and penalty price［J］.Electric Power Automation Equipment，2016，36（3）：33-40.

［5］JAIN N.Thermo dynamics-based optimization and control of integrated energy systems［D］.Urbana-Champaign，USA：University of Illinois at Urbana-Champaign，2013.

［6］於仲義，羅啟軍，王彬，等.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化控制［J］. 制冷，2005，24（增刊 1）：1-6.YU Zhongyi，LUO Qijun，WANG Bin，et al.Optimization of an ice-storage air conditioning system using dynamic programming method［J］.Referegeration，2005，24（Supplement 1）：1-6.

［7］詹利軍，劉剛，甘長(zhǎng)德，等.某動(dòng)態(tài)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)控制策略的優(yōu)化［J］. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2016，35（3）：56-59.ZHAN Lijun，LIU Gang，GAN Changde，et al.Optimization strategy of ice-storage air conditioning system ［J］.Building Energy&Environment，2016，35（3）：56-59.

［8］王修巖，高沖，李宗帥.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化控制策略研究［J］. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015，23（12）：4057-4059.WANG Xiuyan，GAO Chong，LI Zongshuai.Multi-objective optimization control strategy research for ice storage air-conditioning system［J］.Computer Measurement&Control，2015，23（12）：4057-4059.

［9］CHEN H J，WANG D W P，CHEN S L.Optimization of an icestorage airconditioning system using dynamic programming method［J］.Applied Thermal Engineering，2005，25（2-3）：461-472.

［10］LEE W S，CHEN Y T，WU T H.Optimization for ice-storage air-conditioning system using particle swarm algorithm［J］.Applied Energy，2009，86（9）：1589-1595.

［11］MOSAFFA A H，F(xiàn)ARSHI L G.Exergoeconomic and environmental analyses of an air conditioning system using thermal energy storage［J］.Applied Energy，2016，162：515-526.

［12］PU J，LIU G，F(xiàn)ENG X.Cumulative exergy analysis of ice thermal storage air conditioning system［J］.Applied Energy，2012，93（5）：564-569.

［13］白莉，遲銘書(shū)，張珂毓.我國(guó)冰蓄冷空調(diào)技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)研究［J］.吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（2）：77-80.BAI Li，CHI Mingshu，ZHANG Keyu.The research of present situation and trend of air conditioning with ice storage in our country［J］.Journal of Jilin Institute of Architectural&Civil，2008，25（2）：77-80.