韓占強(qiáng)

(中國(guó)中建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，北京 100037)

0 引言

作為電氣設(shè)備和線路選擇的依據(jù)，需要系數(shù)法是電氣負(fù)荷計(jì)算的常用方法之一。該方法以熱效應(yīng)條件(即計(jì)算負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)等效)為基礎(chǔ)，需用系數(shù)和用電設(shè)備使用工況有關(guān)，用電設(shè)備越多、需要系數(shù)越高。需要系數(shù)法的計(jì)算準(zhǔn)確度和設(shè)備臺(tái)數(shù)有關(guān)，設(shè)備臺(tái)數(shù)多時(shí)，該計(jì)算較為準(zhǔn)確。由于設(shè)備組中每臺(tái)設(shè)備的使用工況不確定，需要系數(shù)反映的就是設(shè)備組整體在沒(méi)有外部干預(yù)情況下的自然運(yùn)行狀態(tài)，本文中稱為自然需要系數(shù)，用Kx0表示。

自然需要系數(shù)是隨著時(shí)間變化的，通常取其在一個(gè)工作周期內(nèi)的最大值作為負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備選擇的依據(jù)。一些設(shè)計(jì)手冊(cè)中給出了常用用電設(shè)備組的需要系數(shù)，以表1中住宅建筑為例，通過(guò)實(shí)際工程調(diào)研得出用電負(fù)荷的需要系數(shù)，為負(fù)荷計(jì)算提供了參考依據(jù)。

住宅建筑用電負(fù)荷需要系數(shù) 表1

表1中的需要系數(shù)雖然用于計(jì)算最大需求功率，但負(fù)荷在實(shí)際使用中一直處于動(dòng)態(tài)變化(見(jiàn)圖1)，負(fù)荷在某個(gè)工作周期內(nèi)(例如24h內(nèi))是不均衡的。由于每個(gè)用電設(shè)備的使用狀態(tài)都是由即時(shí)需求決定，帶有一定的自然隨機(jī)性，當(dāng)某一時(shí)刻需求集中時(shí)，就會(huì)達(dá)到用電高峰，出現(xiàn)設(shè)備負(fù)載率高、電能質(zhì)量下降、供電可靠性降低等問(wèn)題；當(dāng)用電需求變小時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)用電低谷，變壓器負(fù)載率較低，系統(tǒng)資源得不到充分的利用，甚至導(dǎo)致供電電壓偏高等。

針對(duì)以上問(wèn)題，主動(dòng)需要系數(shù)的概念被提出，通過(guò)對(duì)用電負(fù)荷特性、運(yùn)行需求進(jìn)行分析，采用一定的控制策略對(duì)負(fù)荷進(jìn)行合理有效的控制，達(dá)到削峰填谷的目的。

圖1 分時(shí)負(fù)荷曲線

1 負(fù)荷特性研究和分類(lèi)

通過(guò)對(duì)民用建筑用電負(fù)荷特性的分析，用電設(shè)備可以分為三類(lèi)。

第一類(lèi)為即時(shí)類(lèi)用電設(shè)備，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)僅和實(shí)時(shí)需求有關(guān)，設(shè)備本身或其服務(wù)對(duì)象不含慣性環(huán)節(jié)或儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。典型設(shè)備如照明、辦公計(jì)算機(jī)用電等。以照明為例，人們?cè)谝曈X(jué)作業(yè)時(shí)需要光，室內(nèi)需要開(kāi)啟照明燈具，燈具發(fā)出的光和其開(kāi)關(guān)狀態(tài)是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的，不存在超前或滯后效應(yīng)。因此此類(lèi)用電設(shè)備的計(jì)算功率是由其使用工況決定的，也就是說(shuō)此類(lèi)設(shè)備的需要系數(shù)完全對(duì)應(yīng)于實(shí)時(shí)需求。

第二類(lèi)為慣性類(lèi)用電設(shè)備，設(shè)備本身或其服務(wù)對(duì)象包含慣性能量環(huán)節(jié)，例如熱量等。此類(lèi)設(shè)備如房間空調(diào)系統(tǒng)、帶蓄熱水箱的電熱水器、電冰箱等。

由于具有能量慣性，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)(包括運(yùn)行功率和時(shí)間)在一定條件下可以彈性調(diào)整，具有可控制性。以空調(diào)系統(tǒng)為例，其所服務(wù)區(qū)域的房間熱量為慣性環(huán)節(jié)，短時(shí)間服務(wù)中斷時(shí)，在一定條件下能使房間溫度仍保持在一定的溫度范圍內(nèi)，因此可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)控制，判斷設(shè)備是否為慣性用電設(shè)備的關(guān)鍵是判斷其本身或服務(wù)對(duì)象是否包含能量慣性環(huán)節(jié)。以電熱水器為例，帶蓄熱水箱的電熱水器為慣性用電設(shè)備，不帶蓄熱水箱的即熱式電熱水器不屬于慣性類(lèi)用電設(shè)備。一般帶水箱的家用電熱水器(50L)功率為2kW，即熱式熱水器(不帶水箱)的功率為8kW，可以看出，自帶蓄熱水箱的電熱水器由于具有慣性能量環(huán)節(jié)，可以大大降低設(shè)備安裝功率。

第三類(lèi)為儲(chǔ)能類(lèi)用電設(shè)備。設(shè)備本身或其服務(wù)對(duì)象包含儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，例如蓄電池或其他儲(chǔ)能介質(zhì)。根據(jù)能否向建筑物饋送能量，該類(lèi)設(shè)備又可以分為兩類(lèi)：(1)僅作為用電設(shè)備儲(chǔ)能，不向建筑物饋送能量，如電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)，由于所存儲(chǔ)電能系用于汽車(chē)行駛用電，對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)僅是用電設(shè)備。(2)既能作為用電設(shè)備儲(chǔ)能，又能向建筑物饋送能量，如UPS系統(tǒng)、空調(diào)冰蓄冷系統(tǒng)、電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)等。當(dāng)設(shè)備向建筑物饋送能量時(shí)，可認(rèn)為設(shè)備的需要系數(shù)Kx=-1。其中，在空調(diào)冰蓄冷系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)凸入妰r(jià)時(shí)，制冷機(jī)組運(yùn)行蓄冷，把電能轉(zhuǎn)化為冷量貯存；用電高峰時(shí)，釋放儲(chǔ)存的冷量，以減少冷機(jī)功率和運(yùn)行時(shí)間，達(dá)到減少運(yùn)行費(fèi)用和優(yōu)化資源配置、實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能的效果。

在滿足使用要求的情況下，儲(chǔ)能類(lèi)用電設(shè)備和慣性類(lèi)用電設(shè)備可以采用智能控制策略對(duì)設(shè)備運(yùn)行功率和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，也稱為柔性用電設(shè)備。隨著物聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)和智能控制技術(shù)的發(fā)展，此類(lèi)設(shè)備將會(huì)越來(lái)越智能，更易于實(shí)現(xiàn)整體協(xié)同控制。

2 針對(duì)不同負(fù)荷的控制策略研究和案例分析

針對(duì)不同的負(fù)荷特性，在滿足使用需求的前提下，將無(wú)序的、不受控的用電負(fù)荷調(diào)整為受控的、可動(dòng)態(tài)變化的負(fù)荷。對(duì)于用電設(shè)備組來(lái)說(shuō)，通過(guò)主動(dòng)負(fù)荷控制和人工干預(yù)，使實(shí)際使用功率可以按照事先設(shè)定的范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，即可通過(guò)主動(dòng)改變其需要系數(shù)實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷柔性控制的方法，在本文中稱之為“主動(dòng)需要系數(shù)法”。

2.1 第一類(lèi)即時(shí)類(lèi)用電設(shè)備的控制策略

即時(shí)用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)僅和實(shí)時(shí)需求有關(guān)，從削峰填谷角度來(lái)看，此種負(fù)荷可控性較差。需要注意的是，此類(lèi)設(shè)備的使用工況是否真正對(duì)應(yīng)于其實(shí)際需求。

例如在室內(nèi)具有天然采光的場(chǎng)所，白天并不需要全部開(kāi)啟照明燈具，但目前很多建筑物內(nèi)并沒(méi)有做到這一點(diǎn)，造成能源浪費(fèi)。如果采用智能照明控制系統(tǒng)，利用亮度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)照明的照度感應(yīng)控制，也可以視為采取一種主動(dòng)控制方法以降低照明設(shè)備的同時(shí)使用系數(shù)。

2.2 第二類(lèi)慣性類(lèi)用電設(shè)備的控制策略

由于慣性類(lèi)用電設(shè)備本身或其服務(wù)對(duì)象包含慣性能量環(huán)節(jié)，在設(shè)備停止運(yùn)行后，仍能使其輸出參數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)保持在需求范圍內(nèi)，因此可以利用該特性在用電高峰期進(jìn)行調(diào)節(jié)。這個(gè)延遲時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)負(fù)荷控制就越有利，越利于削峰填谷。

2.2.1 慣性能量環(huán)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)度

該時(shí)間長(zhǎng)度由慣性類(lèi)用電設(shè)備的時(shí)間常數(shù)、系統(tǒng)輸出參數(shù)的設(shè)定限值2個(gè)因素確定。其中，時(shí)間常數(shù)T是表示過(guò)渡反應(yīng)時(shí)間過(guò)程的常數(shù)，對(duì)于按指數(shù)規(guī)律衰變的量，指該物理量上升到至最大值的變化量的0.632倍(1-1/e)，或從最大值衰減到最大值的0.368倍(1/e)所需要的時(shí)間，一般認(rèn)為在4T后過(guò)渡過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定值。時(shí)間常數(shù)越大，用電設(shè)備的慣性越大。時(shí)間常數(shù)示意圖如圖2所示。

以房間空調(diào)系統(tǒng)為例，其時(shí)間常數(shù)的物理意義是：在恒定空調(diào)輸入的情況下，房間的溫升達(dá)到穩(wěn)定溫升變化值的0.632倍(1-1/e)所需要的時(shí)間，也是在斷開(kāi)空調(diào)后，溫升下降到初始值的0.368倍(1/e)所需的時(shí)間。

時(shí)間常數(shù)和房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)、房間內(nèi)熱負(fù)荷大小有關(guān)。房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能越好，時(shí)間常數(shù)越大。房間溫度的變化可以用式(1)表示：

θ=θ0+(θW-θ0)(1-e-t/Τ)

(1)

式中，θ0為房間初始溫度，℃；θW為房間溫度穩(wěn)定后的溫度值，℃；θ為t時(shí)刻房間溫度，℃；T為房間熱時(shí)間常數(shù)。

房間空調(diào)系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)通常是固定的，因此可以通過(guò)改變其溫度設(shè)定值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。假定室內(nèi)空調(diào)溫度在夏天為26℃～28℃，若采用定頻空調(diào)機(jī)組，機(jī)組在室溫高于28℃時(shí)投入運(yùn)行，室溫逐漸降低，在到達(dá)26℃停止運(yùn)行(間歇時(shí)間長(zhǎng)度為Δt1)，室溫升高至28℃時(shí)機(jī)組再度開(kāi)啟，溫度動(dòng)態(tài)變化曲線可用圖3表示。

如果改變溫度的下限值至24℃，則系統(tǒng)儲(chǔ)存的冷量增加，機(jī)組的運(yùn)行間歇時(shí)間變長(zhǎng)為Δt2(Δt2>Δt1)。掌握了以上負(fù)荷特性，就可以通過(guò)主動(dòng)負(fù)荷控制，在一定時(shí)間周期內(nèi)為電網(wǎng)調(diào)峰。對(duì)于一個(gè)建筑物內(nèi)的多臺(tái)機(jī)組，可以視為一個(gè)用電設(shè)備組，通過(guò)改變各個(gè)機(jī)組的運(yùn)行間歇時(shí)間的長(zhǎng)短，控制不同機(jī)組之間的間歇時(shí)間協(xié)調(diào)錯(cuò)峰，可使整組設(shè)備的同時(shí)運(yùn)行功率降低。

其他慣性類(lèi)負(fù)荷也可采用此種方式，如熱泵供暖，若允許室溫波動(dòng)±2℃，則電動(dòng)熱泵可同時(shí)為電網(wǎng)調(diào)峰；電冰箱如允許溫度±1℃范圍內(nèi)波動(dòng)，可根據(jù)電力負(fù)荷波動(dòng)運(yùn)行。

2.2.2 車(chē)庫(kù)送排風(fēng)機(jī)控制實(shí)例分析

下面以建筑內(nèi)常見(jiàn)的車(chē)庫(kù)送排風(fēng)機(jī)為例，說(shuō)明慣性類(lèi)負(fù)荷的控制方法及對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響。某地下車(chē)庫(kù)，建筑面積2.2萬(wàn)m2，分為6個(gè)防火分區(qū)，每個(gè)分區(qū)內(nèi)分別配置送排風(fēng)機(jī)。各防火分區(qū)風(fēng)機(jī)配置參見(jiàn)表2。

某車(chē)庫(kù)各防火分區(qū)的風(fēng)機(jī)配置 表2

地下車(chē)庫(kù)送排風(fēng)機(jī)通常采用時(shí)間控制，也可受一氧化碳濃度影響，濃度達(dá)到上限值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，降低到下限值時(shí)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。這兩種方式都可能會(huì)同時(shí)開(kāi)啟或停止所有風(fēng)機(jī)。參考設(shè)計(jì)手冊(cè)，通風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)荷的需要系數(shù)Kx一般可取0.8，用于計(jì)算風(fēng)機(jī)在自然工作狀態(tài)下出現(xiàn)的最大工作負(fù)荷。

通過(guò)改變運(yùn)行策略，在CO濃度不超過(guò)高限值的情況下，可以利用其濃度參數(shù)的慣性間歇時(shí)間，使6個(gè)防火分區(qū)的送排風(fēng)機(jī)錯(cuò)峰交替運(yùn)行。通過(guò)模擬計(jì)算，在最不利情況下需2個(gè)分區(qū)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，此時(shí)主動(dòng)需要系數(shù)為0.33。

在使用自然需用系數(shù)法時(shí)，車(chē)庫(kù)送排風(fēng)機(jī)的計(jì)算功率為88.8kW，采用主動(dòng)需要系數(shù)后計(jì)算為33.3kW，計(jì)算容量大幅減小，顯著優(yōu)化了配電系統(tǒng)的資源配置。

2.3 第三類(lèi)儲(chǔ)能類(lèi)用電設(shè)備的控制策略

儲(chǔ)能類(lèi)設(shè)備所儲(chǔ)存能量和功率、時(shí)間的關(guān)系可以用式(2)表示：

(2)

可以看出，對(duì)應(yīng)于一定的儲(chǔ)能量，可以彈性調(diào)整其運(yùn)行功率、工作時(shí)間，對(duì)應(yīng)多種工作曲線，因此具有良好的控制特性；儲(chǔ)能充放電功率越大，時(shí)間越長(zhǎng)，其所存儲(chǔ)的能量越大。儲(chǔ)能類(lèi)用電設(shè)備可以利用其儲(chǔ)能環(huán)節(jié)在用電低谷期進(jìn)行儲(chǔ)能，在用電高峰時(shí)釋放所儲(chǔ)存的能量，起到削峰填谷的作用(參見(jiàn)圖4)。

圖4 儲(chǔ)能類(lèi)設(shè)備削峰填谷示意圖

2.3.1 電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制分析

下面以電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)為例，重點(diǎn)說(shuō)明儲(chǔ)能類(lèi)用電設(shè)備的控制策略。

電動(dòng)汽車(chē)充電樁的使用需求是在一定時(shí)間內(nèi)使電池充滿，由于總充電量是充電功率和時(shí)間的積分，充電功率和充電時(shí)間可以是變化的，對(duì)應(yīng)不同的功率-時(shí)間曲線。圖5采用時(shí)間間歇控制，圖6采用變功率控制。

多臺(tái)充電樁充電時(shí)，在某個(gè)時(shí)段會(huì)出現(xiàn)充電高峰。以住宅小區(qū)為例，其使用工況是白天大部分電動(dòng)汽車(chē)外出，晚上回家進(jìn)行充電。因此充電高峰主要集中在晚上，經(jīng)過(guò)模擬，充電高峰出現(xiàn)在19:00～23:00左右，需要系數(shù)較高；23:00以后，充電樁使用率大大降低，需要系數(shù)降低。在自然使用工況下出現(xiàn)的充電功率峰值對(duì)電網(wǎng)和變壓器容量需求都較大。

圖5 間歇控制曲線圖

圖6 變功率控制曲線圖

對(duì)于單輛電動(dòng)汽車(chē)，在每天都進(jìn)行充電的情況下，其充電量不是電池的總?cè)萘?，而是和其?dāng)天行駛里程相關(guān)。對(duì)于多輛電動(dòng)汽車(chē)，每天的平均充電量對(duì)應(yīng)于每天的平均行駛里程。目前主流電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程都在250km以上，使用交流充電樁充電時(shí)間為6～8h。參考圖集18D705-2第65頁(yè)中數(shù)據(jù)，目前代表型號(hào)的電動(dòng)汽車(chē)，100km耗電量為12～16kWh，對(duì)應(yīng)此電量所需的充電時(shí)間為1.88～2.5h，可取2.5h。假定小區(qū)內(nèi)所有電動(dòng)汽車(chē)的日平均行駛里程為60km，則平均充電時(shí)為2.5h×60/100=1.5h。

若該小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)日均在車(chē)庫(kù)停留時(shí)間為10h，可以通過(guò)充電負(fù)荷控制，調(diào)節(jié)各充電樁的工作狀態(tài)，將所有汽車(chē)的總充電量均勻分布在10h完成，此種情況對(duì)電網(wǎng)的供電容量需求最小，充電樁的需要系數(shù)值為Kx=1.5/10=0.15。此系數(shù)即為采用主動(dòng)負(fù)荷控制策略下的主動(dòng)需要系數(shù)的最低值。

目前電動(dòng)汽車(chē)智能充電監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)此功能，在滿足總充電需求的情況下，通過(guò)對(duì)充電樁進(jìn)行啟停控制和充電電流控制，調(diào)節(jié)改變充電樁總負(fù)荷的大小。充電樁工作狀態(tài)不再是自然隨機(jī)的，而是一種主動(dòng)受控的狀態(tài)，主動(dòng)需要系數(shù)可以根據(jù)配電系統(tǒng)的利用率狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，最大限度利用系統(tǒng)資源，降低系統(tǒng)配置容量。

充電樁主動(dòng)負(fù)荷控制流程圖見(jiàn)圖7。

圖7 充電樁主動(dòng)負(fù)荷控制流程圖

需要說(shuō)明的是，對(duì)一個(gè)給定的主動(dòng)需要系數(shù)值，為了避免在臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)設(shè)備頻繁啟停的振蕩狀態(tài)，需要為給定值設(shè)定一個(gè)上下限值(如不大于給定值的±3%)，建議上下限值之間的實(shí)際功率波動(dòng)幅度大于1個(gè)充電樁的功率并小于2個(gè)充電樁的功率。

2.3.2 實(shí)際工程舉例

某住宅小區(qū)，總建筑面積7.46萬(wàn)m2(其中地下2.3萬(wàn)m2，地上5.16 萬(wàn)m2)，包括3棟高層住宅、地下車(chē)庫(kù)和配套用房。如不考慮充電樁，經(jīng)計(jì)算需設(shè)置4臺(tái)630kVA變壓器,其中住宅用電變電室(局管)和高壓自管變電室各設(shè)置2臺(tái)。

根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，新建住宅配建設(shè)停車(chē)位應(yīng)100%預(yù)留充電設(shè)施建設(shè)安裝條件。本小區(qū)配套機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)位432個(gè)，全部按照7kW交流充電樁考慮，如按照自然需要系數(shù)法，最大值Kx0取0.6。則小區(qū)車(chē)庫(kù)充電樁總安裝容量為PeΣ=432×7kW=3 024kW，總計(jì)算容量為Pj0=Kx0×PeΣ=0.6×3 024=1 814kW。如設(shè)置充電樁專(zhuān)用變壓器，則需要預(yù)留變壓器容量為S=Pj/β/cosφ=1 814/0.7/0.95=2 727kVA。

從以上計(jì)算可以看出，住宅小區(qū)充電樁容量如果簡(jiǎn)單地用自然需要系數(shù)法計(jì)算，充電樁需要配置的變壓器容量較大，甚至?xí)^(guò)充電樁之外所有負(fù)荷所需配置變壓器容量的和。如果采用主動(dòng)系數(shù)法，假定日均行駛里程60km，在車(chē)庫(kù)日均停留時(shí)間為10h。充電樁最小需要系數(shù)可以取Kx1=0.15。計(jì)算結(jié)果對(duì)比列表參見(jiàn)表3。

通過(guò)以上分析，采用主動(dòng)需要系數(shù)法可以最大限度利用配電系統(tǒng)供電能力，降低變壓器安裝容量，優(yōu)化系統(tǒng)資源。

在既有變壓器上增加充電樁，可以通過(guò)分析實(shí)測(cè)變壓器日負(fù)荷曲線(見(jiàn)圖8)，計(jì)算出最大可用容量，再通過(guò)主動(dòng)負(fù)荷控制，可以反推計(jì)算得出電動(dòng)汽車(chē)充電樁的最大可安裝數(shù)量。具體控制策略可根據(jù)通過(guò)實(shí)測(cè)計(jì)算變壓器的負(fù)載率，控制充電樁啟停的數(shù)量，并形成閉環(huán)控制。計(jì)算方法如式(3)～(6)所示。

自然需要系數(shù)法和主動(dòng)需要系數(shù)法負(fù)荷計(jì)算對(duì)比 表3

(3)

W2=S×βmax×0.95(t2-t1)

(4)

Wav=Pc1×Tav

(5)

(6)

式中，W1為在某個(gè)時(shí)間段變壓器現(xiàn)狀負(fù)荷的消耗電能，kWh，為有功負(fù)荷和時(shí)間的積分；W2為在某個(gè)時(shí)間段變電器在最大設(shè)定負(fù)載率運(yùn)行時(shí)的供電電能，kWh；Wav為單個(gè)充電樁每天平均充電量，kWh；Pc1為單個(gè)充電樁充電功率，kW，交流充電樁為7kW；Tav為單個(gè)充電樁對(duì)應(yīng)某里程的每天平均充電時(shí)間，h；N為最大可服務(wù)的充電樁數(shù)量；βmax為變壓器設(shè)定最大負(fù)載率；t1、t2為某個(gè)時(shí)間段的起始時(shí)間，h。

圖8 變壓器供電容量分析示意圖

如圖8所示，為變壓器供電容量分析示意圖。其中，底部陰影面區(qū)域表示現(xiàn)狀負(fù)荷用電量，上部中間陰影面區(qū)域表示變壓器在設(shè)定最大負(fù)載率下的用電量，上部?jī)蓚?cè)陰影面部分表示從晚上19:00至早上7:00充電樁最大可用電量。

以上分析案例中采用的是交流充電樁，由于電動(dòng)汽車(chē)平均充電電量只和小區(qū)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)平均行駛里程有關(guān)，因此，采用功率更大的直流快速充電樁，可以得到同樣的分析結(jié)果，不同的是對(duì)直流充電樁來(lái)說(shuō)，其主動(dòng)需要系數(shù)更低。

既能作為用電設(shè)備儲(chǔ)能，又能向建筑物釋放能量的儲(chǔ)能類(lèi)用電設(shè)備是最理想的負(fù)荷。例如電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用蓄電池儲(chǔ)能，用電低谷時(shí)充電，用電高峰時(shí)蓄電池放電，向電網(wǎng)饋送電能。筆者相信，隨著智能微電網(wǎng)的發(fā)展，此類(lèi)設(shè)備將會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

2.4 多種負(fù)荷組合的綜合控制策略

建筑中的用電負(fù)荷是以上3種負(fù)荷類(lèi)型的組合。

即時(shí)類(lèi)用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)完全由實(shí)時(shí)需求決定，不存在延時(shí)或滯后環(huán)節(jié)，其運(yùn)行需要系數(shù)對(duì)應(yīng)于自然需要系數(shù)。

慣性類(lèi)用電設(shè)備可以根據(jù)允許的運(yùn)行間歇時(shí)間的長(zhǎng)短，通過(guò)改變輸出對(duì)象參數(shù)的變化區(qū)間來(lái)控制設(shè)備的運(yùn)行方式和時(shí)間，利用負(fù)荷慣性實(shí)現(xiàn)交替錯(cuò)峰運(yùn)行，通過(guò)主動(dòng)控制達(dá)到降低需要系數(shù)的目的。

儲(chǔ)能類(lèi)設(shè)備是比較理想的柔性設(shè)備，可以在用電低谷時(shí)投入運(yùn)行儲(chǔ)能，用電高峰時(shí)釋放能量。其儲(chǔ)能量越大，對(duì)系統(tǒng)削峰填谷越有利。

(1)負(fù)荷控制的總體原則

削峰填谷和經(jīng)濟(jì)性最佳原則：對(duì)于按峰谷電價(jià)計(jì)費(fèi)的場(chǎng)所，在高峰電價(jià)期間應(yīng)盡量減少設(shè)備的運(yùn)行，儲(chǔ)能類(lèi)設(shè)備釋放能量，慣性類(lèi)設(shè)備主動(dòng)控制其需要系數(shù)至最低值。在低谷電價(jià)期間，儲(chǔ)能設(shè)備投入運(yùn)行，慣性類(lèi)用電設(shè)備可以利用其負(fù)荷慣性，改變其輸出參數(shù)，進(jìn)行適度蓄能。對(duì)于使用新能源的場(chǎng)所，可以根據(jù)新能源的發(fā)電量進(jìn)行主動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)。

安全可靠性原則：在用電高峰期或特殊保電時(shí)期，采用主動(dòng)需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷控制，改變用電設(shè)備自然隨機(jī)的使用狀態(tài)，減少設(shè)備的實(shí)際使用功率，保證重要負(fù)荷供電的可靠性。

(2)確定控制邊界條件

采用主動(dòng)需要系數(shù)法需要確定兩個(gè)邊界值，最小值由滿足設(shè)備使用需求的功率最低值確定，最大值由配電系統(tǒng)可提供的最大容量確定或節(jié)能控制策略即時(shí)設(shè)定值確定。在確定設(shè)備組內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可以采用優(yōu)先級(jí)控制、排隊(duì)控制、輪換控制等方式。

對(duì)于某個(gè)變壓器供電的負(fù)荷，可以設(shè)定變壓器的最高負(fù)載率或配電干線的最大負(fù)荷容量，進(jìn)行閉環(huán)控制。

在設(shè)計(jì)階段，可以根據(jù)主動(dòng)需要系數(shù)法的需要系數(shù)最低值作為最小邊界值計(jì)算變壓器的容量，例如前述充電樁專(zhuān)用變壓器計(jì)算舉例就可以很好地說(shuō)明了這種方法，其他負(fù)荷可以參考此種方法，分析運(yùn)行工況后確定合適的控制策略和計(jì)算取值，達(dá)到優(yōu)化配置的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)用電負(fù)荷的不同運(yùn)行特性，采用主動(dòng)控制策略，在滿足使用要求的前提下，改變建筑物中用電負(fù)荷自然、無(wú)序、隨機(jī)的使用狀態(tài)，可以減少設(shè)備安裝容量，降低運(yùn)行成本，提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

采用主動(dòng)需要法計(jì)算得到的最大負(fù)荷要小于采用自然需要系數(shù)法求得的最大負(fù)荷，反之會(huì)影響供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從削峰填谷效應(yīng)來(lái)看，儲(chǔ)能類(lèi)設(shè)備的控制性能最好，慣性類(lèi)設(shè)備次之，即時(shí)類(lèi)設(shè)備貢獻(xiàn)最小。