基于需求侧管理的区域能源系统控制策略研究

摘要

随着我国城镇化的快速发展，建筑作为主要的能源消费者，在智能电网的需求侧响应中起到重要作用。由于建筑服务系统具有良好的热储存能力，因此空调负荷成为优秀的需求侧可调控资源之一。此外，作为需求侧调控要件，中央空调相比于分体式空调，具有单体容量较大、便于直接控制等优点，而且中央空调所属办公建筑的业主大多为企事业单位，更易于凝聚共识参与电力的需求侧管理，因此中央空调成为开展需求侧负荷控制管理的优选对象之一。 本文首先基于 TRNSYS 软件平台，建立了天津气象条件下的区域能源系统模型，包括以地源热泵机组为主的供能系统、蓄能水箱和板式换热器为主的蓄能系统、VAV中央空调系统为主的建筑服务系统以及控制系统。模拟得到供热季、设计周及设计日的运行情况，结果显示基础模型与实际情况一致，故可作为基准来衡量施加负荷控制策略后的控制效果。 其次，基于基础模型，设计了间接负荷控制策略即通过在能源供应侧和需求侧之间加入实际蓄能系统，来提升供需匹配性能。本研究采用水蓄热技术，以费用年值和投资回收期为经济性评价指标，对蓄热率20%~100%的方案进行可行性分析，结果证明蓄热率为30%的方案为最优方案。此时蓄能系统在电价低谷时段所蓄存的热量能够基本满足高峰时段的热量需求，有效地实现用电负荷从高峰时段到低谷时段的转移，达到调节负荷曲线的目的。 然后，利用建筑服务系统良好的虚拟蓄能特性，根据天津市峰谷电价标准，设计了三种基于温度控制的直接负荷控制策略，包括负荷削减控制策略、负荷转移控制策略、改进后的负荷转移控制策略，实现对需求侧用电负荷的直接管理，达到调节负荷曲线的目的。 最后，本文选取系统能耗、负荷调控特性、经济性、舒适性四方面的评价指标，对不同需求侧负荷控制策略的实施效果进行初步评价后，应用“灰色关联分析法”对策略的实施效果进行了综合评价，结果显示在本文设定条件下，负荷削减的控制策略的综合性能最优。同时也证明了中央空调负荷是一种良好的需求侧可调控资源，可通过有针对性地设计负荷控制策略来实现系统目标的多样化，因此具有广泛的工程应用和推广前景。

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第一章 绪　论

1.1 研究背景

1.2 研究现状及问题

1.2.1 区域能源系统概述

1.2.2 需求侧管理概述

1.2.3 需求侧管理的研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 区域能源系统的设计及选型

2.1 区域能源系统组成

2.2 区域能源系统参数设计及选型

2.3 建筑服务系统的的设计

2.3.1 TRNSYS简介

2.3.2 气象数据的获取

2.3.3 建筑动态热负荷模拟

2.3.4 VAV中央空调系统的设计及选型

2.4 供能系统设计及选型

2.4.1 热泵机组

2.4.2 埋管换热器

2.4.3 地源侧及负荷侧水泵

2.5 蓄能系统设计及选型

2.6 释能一/二次侧水泵

2.7 小结

第三章 区域能源系统的模型构建

3.1 TRNSYS模型构建

3.2 主要模块的数学模型及原理

3.2.1 埋管换热器的模型及原理

3.2.2 蓄能水箱的模型及原理

3.2.3 板式换热器的模型及原理

3.2.4 加热盘管的模型及原理

3.2.5 分水器/集水器/三通阀的模型及原理

3.2.6 定速泵的模型及原理

3.2.7 变速泵/风机的模型及原理

3.2.8 渗透计算模块及原理

3.2.9 温差控制器的模型及原理

3.2.10 迭代反馈控制器的模型及原理

3.2.11 时间控制器的模型及参数

3.2.12 在线输出模块

3.3 自定义水-水热泵模块的开发

3.4 基础模型的控制及运行情况

3.4.1 采暖季运行情况

3.4.2 设计周运行情况

3.4.3 设计日运行情况

3.5 小结

第四章 需求侧间接负荷控制策略的设计

4.1 间接负荷控制策略的设计

4.1.1 蓄热策略的设计

4.1.2 供暖设计日运行模式

4.2 间接负荷控制策略的可行性分析

4.2.1 可行性分析的评价指标

4.2.2 间接负荷控制策略的可行方案确定

4.3 间接负荷控制策略的运行情况

4.4 小结

第五章 需求侧直接负荷控制策略的设计

5.1 基于温度控制的直接负荷控制策略的设计原理

5.2 负荷削减控制策略

5.2.1 设计周运行情况

5.2.2 设计日运行情况

5.3 负荷转移控制策略

5.3.1 设计日运行情况

5.3.2 设计周运行情况

5.4 改进后的负荷转移控制策略

5.4.1 设计周运行情况

5.4.2 设计日运行情况

5.5 小结

第六章 需求侧负荷控制策略的评价

6.1 需求侧负荷控制策略评价指标

6.1.1 系统能耗评价指标

6.1.2 负荷调控特性评价指标

6.1.3 经济性评价指标

6.1.4 舒适性评价指标

6.2 需求侧负荷控制策略的对比分析

6.3 需求侧负荷控制策略的综合评价

6.3.1 灰色关联分析方法

6.3.2 结果及分析

6.4 小结

第七章 总结及展望

7.1 总结

7.2 论文的不足及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致　谢