施光華

（長(zhǎng)安益陽(yáng)發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南 益陽(yáng) 413000）

0 引言

對(duì)于現(xiàn)今的廣大交流用電用戶(hù)來(lái)說(shuō)，其家用電器是通過(guò)各自配備的降壓整流裝置將工頻交流電轉(zhuǎn)變成家用電器能使用的低壓直流電來(lái)工作，這必然使得電器設(shè)備制造成本增加，所以用戶(hù)使用的電器設(shè)備越多，對(duì)應(yīng)的采購(gòu)成本就越高；而廠家由于技術(shù)上和成本上的限制，不能將家用電器的整流降壓裝置的效率做得高，這使得交流用電用戶(hù)用電成本的增加以及能源利用率的降低[1]。

而隨著新能源、新材料、電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流配電技術(shù)也得以研究與發(fā)展，相對(duì)于交流配電技術(shù)直流配電技術(shù)的低損耗、高可靠性及優(yōu)秀的分布式電源接入能力的優(yōu)勢(shì)將日漸凸顯，越來(lái)越多的直流用電用戶(hù)也將隨之出現(xiàn)。

另一方面，而綜合能源的推廣和發(fā)展使得用電用戶(hù)不再局限于從電網(wǎng)或供電公司購(gòu)電，太陽(yáng)能、風(fēng)能、燃?xì)膺@些綜合能源的使用也將逐漸推廣于用電用戶(hù)中，而用電用戶(hù)難以做到靈活高效優(yōu)化地管理綜合能源及供用電單元。

1 綜合用能技術(shù)

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題及直流用電用戶(hù)的需求，提供一種科學(xué)合理，適用性強(qiáng)，應(yīng)用效果佳的適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能方法，該方法能夠高效利用綜合能源，減小直流用電用戶(hù)的投入成本。

解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能方法，圖1為綜合能源優(yōu)化用能方法框圖，它包括以下內(nèi)容：

（1）涉及的電力能源供給系統(tǒng)或設(shè)備：①直流配電網(wǎng)通過(guò)直流導(dǎo)電線(xiàn)路連接直流-直流雙向變流器向直流用電系統(tǒng)供電；②光伏發(fā)電系統(tǒng)利用光伏電池發(fā)電向直流用電系統(tǒng)供電；③燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)基于燃?xì)?、?gòu)電成本差價(jià)利用燃?xì)獍l(fā)電向直流系統(tǒng)供電，同時(shí)為燃?xì)庳?fù)荷直接提供燃?xì)?；④?chǔ)能系統(tǒng)用于平衡光伏發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)、各類(lèi)電氣負(fù)荷間的能量平衡，根據(jù)需要向直流用電系統(tǒng)供電；⑤電動(dòng)汽車(chē)根據(jù)需要向直流用電系統(tǒng)供電：在用電低谷電價(jià)期間充電，在用電高峰期釋放電能，以有助于系統(tǒng)調(diào)峰。

（2）涉及的電氣負(fù)荷。包括空調(diào)、電冰箱、照明負(fù)荷及其它直流電氣負(fù)荷。

（3）涉及的燃?xì)庳?fù)荷，使用燃?xì)膺M(jìn)行工作的負(fù)荷。

（4）涉及的空氣能熱水系統(tǒng)?？諝饽軣崴到y(tǒng)與空調(diào)聯(lián)動(dòng)，以提高工作效率，減少兩者的總用電量；①在空調(diào)制熱時(shí)空氣能熱水系統(tǒng)為空調(diào)提供熱空氣以減少空調(diào)用電；②在空調(diào)制冷時(shí)空氣能熱水系統(tǒng)接收空調(diào)外機(jī)提供的熱空氣以減少空氣能熱水系統(tǒng)用電。

（5）涉及的冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)室外及電冰箱溫度差，冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)為電冰箱提供全部或部分制冷。

（6）涉及的導(dǎo)光管日光照明系統(tǒng)。通過(guò)導(dǎo)入白天的室外太陽(yáng)光，導(dǎo)光管日光照明系統(tǒng)為室內(nèi)提供白天照明。

（7）涉及的直流-直流雙向變流器，根據(jù)電能傳輸需要實(shí)現(xiàn)直流電能雙向傳輸調(diào)控。

（8）涉及的直流導(dǎo)電線(xiàn)路，直流電力能源傳輸線(xiàn)路。

（9）涉及的通信通道。適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能中各個(gè)系統(tǒng)及設(shè)備與綜合能源優(yōu)化用能管理單元間的信息傳送通道。

（10）涉及的燃?xì)廨斔凸艿?，用于燃?xì)獾妮斔汀?/p>

（11）涉及的空氣輸送管道，用于空氣的輸送。

（12）涉及的導(dǎo)光通道，用于傳導(dǎo)太陽(yáng)光。

（13）涉及的綜合能源優(yōu)化用能管理單元。

2 綜合用能優(yōu)化方法

依據(jù)圖1，基于上節(jié)分析思路建立綜合優(yōu)化用能數(shù)學(xué)模型。

圖1 綜合能源系統(tǒng)示意圖

2.1 優(yōu)化目標(biāo)

公式（1）中：“min”是求最小運(yùn)算函數(shù)，F(xiàn)all是總用電成本，F(xiàn)buy是購(gòu)電用電成本，F(xiàn)battery是儲(chǔ)能系統(tǒng)使用成本，F(xiàn)EV是電動(dòng)汽車(chē)電池使用成本，F(xiàn)air.heater是空氣能熱水系統(tǒng)使用成本，F(xiàn)ad是空調(diào)使用成本，F(xiàn)fridge是冰箱使用成本，F(xiàn)wind是冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)使用成本，F(xiàn)gas是燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的使用成本。

公式（9）中，Pgas(t)是燃?xì)夤β?，Cdep-gas(t)是燃?xì)鈫挝还β收叟f成本。

2.2 約束條件

直流-直流雙向變流器工作功率不超過(guò)其容量限制值，儲(chǔ)能系統(tǒng)容量充電和發(fā)電不超過(guò)其容量限制值，燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)工作功率不超過(guò)其容量限制值，光伏發(fā)電系統(tǒng)工作功率不超過(guò)其容量限制值，電動(dòng)汽車(chē)工作功率不超過(guò)其容量限制值，照明負(fù)荷工作功率不超過(guò)其容量限制值，空氣能熱水系統(tǒng)工作功率不超過(guò)其容量限制值，空調(diào)工作功率不超過(guò)其容量限制值，冰箱工作功率不超過(guò)其容量限制值，冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)工作功率不超過(guò)其容量限制值，燃?xì)庳?fù)荷工作功率不超過(guò)其容量限制值，其他直流負(fù)荷工作功率不超過(guò)其容量限制值[2]。

公式（10）中，Pgenerate發(fā)電和購(gòu)電總功率，PL是負(fù)荷用電總功率。

公式（11）中，Pgas-L是燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率，Psolar-L是光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率。

公式（12）中，Plight是照明負(fù)荷用電功率，Pother.load是其他直流電氣負(fù)荷用電功率。

參照?qǐng)D2，利用本文設(shè)計(jì)的一種適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能方法，冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)與電冰箱未聯(lián)動(dòng)時(shí)，在夏季冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)功率較其他季節(jié)更低，而冬季的功率最高，電冰箱功率則是夏季功率更高；而在冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)與電冰箱聯(lián)動(dòng)之后，根據(jù)室外及電冰箱溫度差，冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)抽取室外冷空氣為電冰箱提供全部或部分制冷，使得冬季電冰箱的功率下降。

圖2 冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)與電冰箱年度功率曲線(xiàn)示意圖

參照?qǐng)D3，利用本文設(shè)計(jì)一種適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能方法，燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)基于燃?xì)?、?gòu)電成本差價(jià)利用燃?xì)獍l(fā)電向直流用電系統(tǒng)供電，使用燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)后直流用電系統(tǒng)的總用電成本得以明顯降低[3]。

圖3 燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)使用前后年度用電成本曲線(xiàn)示意圖

參照?qǐng)D4，利用本文設(shè)計(jì)一種適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能方法，電動(dòng)汽車(chē)根據(jù)需要向直流用電系統(tǒng)供電，在用電低谷電價(jià)期間充電，在用電高峰期釋放電能，在經(jīng)電動(dòng)汽車(chē)調(diào)峰調(diào)谷后直流用電系統(tǒng)的總用電成本得以明顯降低。

圖4 電動(dòng)汽車(chē)調(diào)峰調(diào)谷前后年度用電成本曲線(xiàn)示意圖

參照?qǐng)D5，利用本文設(shè)計(jì)一種適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能方法，在空調(diào)制冷時(shí)空氣能熱水系統(tǒng)接收空調(diào)外機(jī)提供的熱空氣以減少空氣能熱水系統(tǒng)用電，在與空調(diào)聯(lián)動(dòng)后空氣能熱水系統(tǒng)功率明顯下降。

圖5 空調(diào)制冷時(shí)相關(guān)設(shè)備日功率曲線(xiàn)示意圖

參照?qǐng)D6，利用本文設(shè)計(jì)一種適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能方法，在空調(diào)制熱時(shí)空氣能熱水系統(tǒng)為空調(diào)提供熱空氣以減少空調(diào)用電，在與空氣能熱水器聯(lián)動(dòng)后空調(diào)的功率明顯下降。

圖6 空調(diào)制熱時(shí)相關(guān)設(shè)備日功率曲線(xiàn)示意圖

基于圖2至圖6的分析，本文設(shè)計(jì)的一種適用直流用電用戶(hù)的綜合能源優(yōu)化用能方法的特點(diǎn)是，將直流供電、直流用電、綜合能源利用三者之間進(jìn)行科學(xué)合理的協(xié)調(diào)和優(yōu)化。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種直流配用電綜合用能優(yōu)化方法。其中，直流配電網(wǎng)通過(guò)直流-直流雙向變流器向直流用電系統(tǒng)供電，燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)為直流用電系統(tǒng)供電；儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)汽車(chē)用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)能量平衡；燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)同時(shí)為燃?xì)庳?fù)荷直接提供燃?xì)?，冬季補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)與電冰箱聯(lián)動(dòng)引進(jìn)冷風(fēng)降低電冰箱功率，空氣能熱水系統(tǒng)與空調(diào)聯(lián)動(dòng)以降低兩者功率，導(dǎo)光管日光照明系統(tǒng)為室內(nèi)提供日間照明；最終綜合能源優(yōu)化用能管理單元通過(guò)通信通道對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行優(yōu)化管理，能夠達(dá)到高效利用綜合能源，減小直流用電用戶(hù)的投入成本。具有方法科學(xué)合理，適用性強(qiáng)，應(yīng)用效果佳等優(yōu)點(diǎn)[4]。