李洪濤 石程廣

摘 要：綜合能源系統(tǒng)能夠促進清潔能源的發(fā)展，并且可以提高能源利用效率。與傳統(tǒng)能源單極利用形式相比，綜合能源系統(tǒng)能夠綜合電力、冷、熱、天然氣等多種形式能源，開展多級利用過程。利用多能互補方式可以提高能源綜合利用效率。但是綜合能源系統(tǒng)在應(yīng)用過程中應(yīng)用系統(tǒng)間耦合比較緊密，流動變化情況相對復(fù)雜的問題。如果沒有對綜合能源系統(tǒng)進行有優(yōu)化，可能會導(dǎo)致綜合能源系統(tǒng)運行存在較大問題。因此，要加強綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化研究工作，利用綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型，為大型建筑綜合能源系統(tǒng)調(diào)控以及運行優(yōu)化提供有效指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：建筑一體化;綜合能源系統(tǒng);優(yōu)化模型

一、 綜合能源系統(tǒng)概述

綜合能源系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，將電力電子控制技術(shù)與高級通信采集技術(shù)充分結(jié)合，其靈活性與韌性都比較強。綜合能源系統(tǒng)主要包括跨區(qū)級綜合能源系統(tǒng)、區(qū)域級綜合能源系統(tǒng)以及園區(qū)級綜合能源系統(tǒng)。天然氣、電力、冷、熱等能源是構(gòu)成綜合能源系統(tǒng)的基本要素。主要組成如圖1所示。

綜合能源系統(tǒng)可以將電、冷、熱、氣等多種能源進行耦合，并利用梯級利用方式提高能源的綜合利用效率。這是能源領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢之一。在綜合能源系統(tǒng)運行過程中，可以促進多種能源相互融合是其系統(tǒng)運行的主要標志。這就對系統(tǒng)運行優(yōu)化提出了新的要求。而在大型公共建筑節(jié)能降耗進程不斷推進的過程中，綜合能源系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。一般情況下，建筑能源消耗是以暖通空調(diào)系統(tǒng)為主，暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行模式以及控制模式會影響系統(tǒng)優(yōu)化效果。目前，大多數(shù)研究都是對能源供應(yīng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，同時考慮用戶能源需求特性以及熱網(wǎng)傳輸特性，對協(xié)同供給側(cè)、傳輸側(cè)以及需求側(cè)的優(yōu)化研究相對較少。因此，需要在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上對構(gòu)建能源網(wǎng)絡(luò)體系進行研究，發(fā)揮綜合能源系統(tǒng)的積極作用。這樣才能夠提升大型公共建筑綜合能源利用效率。

二、 綜合能源系統(tǒng)模型

在大型公共建筑建設(shè)中對電、冷以及熱負荷都有需求，利用綜合能源系統(tǒng)能夠滿足大型公共建筑的這些需求。在綜合能源系統(tǒng)運行中，電網(wǎng)主要滿足電力需求。在電力供應(yīng)過程中，燃氣三聯(lián)供電機組在發(fā)電時可以利用溴化鋰機組回收煙氣，并利用回收的煙氣實現(xiàn)供熱與制冷需求。冬季供熱來源主要是以市政熱源為主，在供熱系統(tǒng)中，需要配置多個燃氣鍋爐作為補充設(shè)施。供冷系統(tǒng)在運行過程中可以使三聯(lián)供機組、基載機組、雙工況機組并聯(lián)合，同時與冰蓄冷裝置串聯(lián)運行，從而實現(xiàn)供冷需求。但是需要注意，雖然冰蓄冷、三聯(lián)供等設(shè)備在實現(xiàn)電力消峰填谷的同時，可以提高能源的綜合利用率。但是該系統(tǒng)的運行方式比較復(fù)雜，在制冷工況下，綜合能源系統(tǒng)可能會出現(xiàn)基載機組單獨供冷、冰蓄冷單獨供冷、三聯(lián)供與冰蓄冷同時供冷等運行模式?，F(xiàn)階段，系統(tǒng)運行是以設(shè)備開關(guān)順序控制為主，用的是單一策略。例如三聯(lián)供機組優(yōu)先、冰蓄冷融冰優(yōu)先、按比例分配等，會影響系統(tǒng)的運行效率，導(dǎo)致系統(tǒng)運行優(yōu)化存在問題。因此，需要對綜合能源系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整，提高綜合能源系統(tǒng)運行效率。

三、 綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化策略

（一）多時段優(yōu)化

在建筑一體化中對綜合能源系統(tǒng)進行優(yōu)化的方法已經(jīng)從傳統(tǒng)單一手段發(fā)展到目前的滾動優(yōu)化模型。在構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)調(diào)度成本模型時，需要利用混沌粒子群算法求解，要綜合考慮電熱聯(lián)合系統(tǒng)中分布式能源的持續(xù)特征，才能對調(diào)度時段內(nèi)各個可控分布式電源的最優(yōu)處理，同時可以對運行成本進行準確計算。此外，還要分析儲熱消納風電的基本機制，可以在調(diào)度模型內(nèi)添加儲熱運行約束。這些優(yōu)化都只考慮了日前單一手段的優(yōu)化調(diào)度。在實際運行中可能會導(dǎo)致其與實際情況存在偏差而出現(xiàn)違反約束的問題。可以以模型預(yù)測控制方法為基礎(chǔ)建立多時間尺度、冷熱電協(xié)同優(yōu)化模型，同時利用實時調(diào)度能夠有效消除可再生能源處理中存在的波動性問題。在多時段優(yōu)化控制時，可以提高控制精準性，但是會增加計算量，這會導(dǎo)致系統(tǒng)運行不能滿足實時性要求。特別在實時滾動階段對算法的要求比較高。因此，需要特定場景下優(yōu)化數(shù)學模型，提高算法效率，達到實時性控制要求。

（二）不確定性優(yōu)化

在綜合能源系統(tǒng)運行過程中存在很多不確定因素。這些不確定因素主要包括可再生能源存在不確定性、負荷預(yù)測存在誤差、量測信息存在誤差等。這些不確定因素都會對綜合能源系統(tǒng)的運行效果產(chǎn)生影響。在對現(xiàn)有綜合能源系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計時，可以利用隨機優(yōu)化、區(qū)間優(yōu)化以及魯棒優(yōu)化等方法提高綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化效果。以區(qū)間法和可能度方法可以描述風電不確定性，同時考慮電氣轉(zhuǎn)化，獲取的結(jié)論可以為調(diào)度員對不確定性進行處理提供參考。對魯棒優(yōu)化和隨機優(yōu)化進行結(jié)合應(yīng)用時，可以根據(jù)電轉(zhuǎn)氣設(shè)備進行精細化建模，從而獲取準確的調(diào)度結(jié)果，提高調(diào)度運行的可靠性。

（三）分布式優(yōu)化

在綜合能源系統(tǒng)運行過程中，需要面對多個平級能源系統(tǒng)，這時可以利用分布式算法對各系統(tǒng)間的運行進行協(xié)同，從而提高調(diào)度優(yōu)化的靈活性。在分布式優(yōu)化控制過程中，可以將聯(lián)合優(yōu)化模型進行分解，使其成為電力系統(tǒng)機組組合子問題以及天然氣網(wǎng)絡(luò)運行子問題。這時電力運營商以及天然氣運營商都可以交換對偶乘子信息，保證滿足耦合約束條件。同時還可以利用交叉乘子迭代算法。采用解耦電氣能量流實現(xiàn)協(xié)同控制。在綜合能源系統(tǒng)分布式優(yōu)化控制過程中，需要對多能系統(tǒng)規(guī)劃、智能調(diào)控以及協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)進行歸納和應(yīng)用，才能提高綜合能源系統(tǒng)的協(xié)同運行效果。

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作者簡介：李洪濤，石程廣，國網(wǎng)河北綜合能源服務(wù)有限公司。