建筑节能与建筑能源管理系统设计

建筑能源管理系统包含应用功能模型标准、数据模型标准、通信标准和IT架构模型标准,兼容建筑能源监控、楼宇自动化系统、需求侧管理等功能。通过该系统的使用,能实现对建筑能耗运行情况的感知,结合建立的能耗指标库,对设备运行状态进行监测,对耗能情况进行评估。为建筑节能和设备安全运行提供预测和分析,建立节能长效机制,指导合理用能。     

预算限制下考虑综合舒适度的智能用电优化模型

针对用户行为的不确定性和家电优先级对负荷调度的影响,提出一种在预算限制下考虑综合舒适度的智能用电优化模型。首先,将用户费用支出与舒适度相结合定义了单位舒适度支出,并阐述了针对用户用电舒适度的前提假设。其次,基于时间优先级和设备优先级对舒适度值进行分配,综合2种优先级得到综合舒适度。最后,在预算限制下,建立了考虑综合舒适度的智能用电优化模型,并利用持续搜索粒子群算法对模型进行求解。通过3种不同预算限制下的仿真验证了该模型在提高用户舒适水平方面的有效性。     

智能电网环境下空调系统多目标优化控制算法

提出了一种居民用户空调系统运行控制算法。该算法根据室外温度的预测值和电力公司发布的电价信号对空调系统的运行进行控制。为此,在用电费用指标的基础上,引入了定量反映用户舒适度的指标,建立了同时优化用电费用指标和用户舒适度指标的多目标优化模型。建模过程中采用蒙特卡洛仿真法和情景消减技术来处理室外温度预测误差带来的不确定性。采用改进的粒子群算法对模型进行求解。对提出的算法进行了仿真实验,并与传统的恒温控制模式和以最小化用电费用为目的的单目标优化控制算法进行了对比。实验结果表明,多目标优化算法能更好地兼顾用户的经济需求和舒适度需求,从而验证了该算法的有效性。     

家庭智能用电的随机&可调节鲁棒优化混合调度策略研究

针对包含光伏及储能系统的家庭用户,考虑光伏发电的预测距离运行点越远精度越低的特点,以及家庭用户用电行为具有不确定性的特点,建立了分布式电源、家庭负荷及用户用电行为不确定性的模型。结合随机优化与可调节鲁棒优化的优点,提出了一种家庭智能用电的随机与可调节鲁棒混合调度策略,以系统运行成本最小为目标,保证用户用电自由与舒适度,同时提高光伏的本地消纳水平。基于工程博弈论思想和改进粒子群算法,将优化模型转换为混合整数线性规划问题进行求解。通过算例仿真,验证了该调度策略的有效性。     

考虑分时电价的地源热泵系统随机运行优化策略

地源热泵电采暖相较于其他采暖系统具有更高的社会效益及经济效益。为提高地源热泵系统的用电能效,提出了一种基于分时电价的地源热泵随机运行优化策略。提出了一种用户热负荷计算方法。在此基础上,以兼顾用电费用最省和热舒适度最优为优化目标,基于机会约束规划理论,建立了计及不确定性的地源热泵系统随机运行优化模型。采用改进PSO算法进行求解,得到地源热泵系统的优化控制策略及热泵机组的负载率分配策略。以某校园教学楼采暖系统进行算例仿真,结果表明所提出的模型及控制策略能够在满足舒适度要求的基础上,提高校园地源热泵系统用电能效,降低用电费用。     

EMS2000能耗管理系统在绿色建筑中的应用

基于项目实例,介绍了EMS2000能耗管理系统的设计。从建筑整体能耗分析、建筑配电系统信息监控、建筑用电负荷分析等方面分析了软件的分项计量节能管理系统功能。指出EMS2000能耗管理系统能准确找到大型公共建筑中的能耗浪费和节能潜力,并评判管理或技术措施的实际节能效果,对于节能监管具有重要意义。     

基于光气候区的办公楼太阳能幕墙多目标优化研究

人口增长和城市扩张导致对建筑物的需求不断增加。利用集成光伏遮阳(PVSD)优化建筑立面设计可以降低建筑能耗,同时确保舒适的室内光热环境。本研究调查了高密度城市办公楼立面与室内光环境的关联,及其作为生产性立面组件的潜力,借助参数化软件对我国5个不同光气候区的典型办公建筑的室内光环境进行了模拟。研究首先定义了多目标优化的评价指标,基于所有变量指标的可能建立模型库,并从中筛选最佳的立面配置。集成模块有效改善了空间的室内采光和视觉舒适度,平均光舒适度达到66.5%,也满足了写字楼年人均用电需求的7%～13.5%。本研究可指导其他人口密集城市推广太阳能立面的研究和建设,以提高办公空间的视觉舒适度并降低能源消耗。     

计及不确定性的大型商场能源优化运行模型

近年来,随着国民用电需求的持续增长和环境污染的日益严重,旨在通过改善用能结构、提高综合能效,进而减少用户能耗、降低用能成本的需求侧能源管理开始受到广泛关注。大型商场由于具有用电设备多、运行时间长、整体能耗高等特点,节能降耗潜力较大,有必要对其开展能源优化运行研究。在此背景下,以大型商场为研究对象,对中央空调、屋顶光伏、电动汽车充电服务的联合优化控制,计及光伏出力等因素的不确定性,考虑舒适度、功率平衡等约束,以运行成本最小为优化目标,建立大型商场能源优化运行模型。采用拉丁超立方采样嵌套遗传算法的方法求解该模型。以某实际大型商场为例的仿真结果表明,所提优化模型能够减少运行成本,为商场带来经济效益。     

建筑电气节能综述

介绍了建筑电气节能设计的重点内容,阐述了建筑物内的用电设备、用电系统的节能设计要点,叙述了建筑能源管理系统的构成和作用。提出在建筑物的运营使用过程中,需找到节能与舒适度的最佳结合点,既满足了基本舒适度,又能最大程度地降低设备能耗,减少运营成本。     

家庭智能用电系统建模及优化策略分析

作为智能电网的重要组成部分,家庭智能用电系统对提高能源利用效率、促进可再生分布式发电的利用具有重要意义。针对家庭智能用电系统进行了相关的研究,分析了家庭智能用电系统各个组成部分的模型,建立了基于经济性目标、舒适性目标和计及分布式发电装置的优化模型,并利用粒子群算法对模型进行了求解。仿真结果验证了该优化策略的有效性。     

智能建筑设备节能优化运行控制系统分析

以建筑设备运行作为控制研究对象,对空调系统、给排水系统、照明系统、电梯系统等设备子系统的能耗组成进行了分析。提出了基于遗传算法的建筑设备节能优化运行控制系统分析方法,并针对空调系统建立了具体的优化目标函数。指出该研究在应用中有待进一步实践检验。     

计及用户舒适度的电热水器多目标优化控制策略

需求响应通过电价或激励信号引导电力用户改变用电行为,提高电力系统的经济性和可靠性,用户的舒适度是需求响应项目在实行过程中需要考虑的重要内容。电热水器用量大、储热性较好,是重要的需求响应资源。文中以自动混水恒温型电热水器为研究对象,提出一种兼顾经济需求和舒适度的灵活调控方案,建立水箱热力学模型与自动混水阀控制系统,引入用电舒适度指标,建立了兼顾电费和舒适度指标的多目标优化模型;通过遗传算法优化求解,得到电热水器(EWH)最佳功率分布时段,并与传统控制策略和以最小化用电费用为目的的单目标优化策略进行对比,最后算例验证了该方法的有效性。     

基于用电效用与电器参数特征化的用户侧节能自趋优方法及其应用

用户侧管理节能是智能电网实现节能减排的重要环节,如何在保障用户用电体验的同时实现能源高效利用是用户侧能量管理系统的核心问题。理论分析上,基于用电效用的概念与电器参数化分析方法提出用户侧节能自趋优方法:引入效用函数作为评价用电满意度评价指标,并改进电器用电效用分级评价方法;基于自趋优思想提出用电侧节能自趋优优化思路;结合电器运行参数化思想提出电器运行节能指标的挖掘方法,包括电器运行状态自识别与用电需求挖掘;技术实现上,以时间扰动型电器为例,探讨用户侧节能自趋优方法理论的应用与电器特征参数化的技术实现方式;工程应用上,在广州某办公楼建设智能用电环境并部署节能策略,运行结果验证了该文方法在规模化工程应用方面的可行性与有效性。     

计及人体舒适度和柔性负荷的综合能源协同优化调度

基于能源互联网框架,提出了一种计及人体舒适度和柔性负荷的综合能源协同优化调度方法。首先,从用户需求侧的角度研究能源使用特性,将柔性负荷分为可转移负荷、可削减负荷以及可转换负荷,分别建立数学模型,并分析其经济性;然后,根据建筑热物质特性,构建了建筑等效热阻模型,用于分析冷/热功率与人体舒适度之间的关系;最后,考虑人体舒适度和用户侧柔性负荷,以综合能源服务商运行收益最大为目标函数,得到了园区级综合能源协同优化调度结果,结果表明所提模型可提高经济性并促进新能源的就地消纳。     

基于电力系统能效评估的蓄能用电技术节能评价及优化

蓄能用电技术的调峰特性使得其应用比较广泛,但对于蓄能用电技术的节能效果却少有量化的分析。提出、推导了电力系统能效评估的节点煤耗率指标,基于交流最优潮流进行了节点煤耗率的求解;基于节点煤耗率理论,提出了蓄能用电技术节能评价的节点用电煤耗指标,利用该指标构建并研究了蓄能用电的节能优化控制模型。IEEE14节点系统算例分析了节点煤耗率指标的时间空间特性以及用于电力系统能效评估的可行性;冰蓄冷系统算例验证了该评价方法和控制策略的可行性,蓄能用电节能优化控制可有效降低系统的整体能耗。     

基于非侵入式负荷监测的家庭智慧用能管理研究

随着多能源网络的融合和能源互联网技术的快速发展,家庭用能管理在解决各个能源网络节点供需问题上扮演着重要的角色。现有的大多数家庭用能管理针对已知用电负荷进行优化,未考虑用电设备类型的多样化和用电设备突增的情形。基于非侵入式负荷监测（Noninvasive Load Monitoring,NILM）算法可以有效获取家庭用电负荷、规律和用电信息,为家庭智慧用能管理提供数据支撑。文中以家庭用电成本、温度、时间、舒适度为目标函数建立家庭智慧用能多目标优化模型,对可控负荷、电动汽车、储能系统进行分析建立数学模型,利用粒子群算法对模型进行求解。仿真结果表明,基于NILM监测算法,考虑用电成本和舒适度家庭用电成本降低至72.5%;当用户可控用电负荷增加时,NILM算法可以实时更新控制策略降低用户用电成本;对不同用户进行多次计算,净成本和计算时间波动较小,证明了算法的合理性、可靠性。     

基于区域能源中心的居民电——热用能多目标优化

针对当前居民用能优化仅考虑单一电能的不足,文章提出了一种新的耦合居民侧能源转换电器和区域能源中心(district energy centre,DEC)的居民电-热用能多目标优化方法。为实现通用性,基于能源集线器的概念,首次提出了耦合DEC的居民用能通用化建模方法。进一步,通过构建以居民购能成本和用户不舒适性最小为目标,居民能源转换电器、DEC内的能源转换和储存设备输入功率为决策变量,计及可行性约束和安全性约束的混合整数二次规划模型,实现居民电-热用能多目标优化。同时为求取多目标最优折中解,基于模糊隶属度函数引入Pareto最优解满意度指标。最后,以某区域冬季居民用能优化为例开展了算例验证和对比分析。结果表明,居民能源转换电器与DEC耦合协调运行,同时优化居民电-热用能,可有效降低居民用能成本,且所提出的多目标优化调度模型,兼顾用户的经济性和舒适性,能够为用户提供考虑多要素的用能优化方案。     

分时电价环境下的办公建筑空调负荷双层柔性优化控制策略

空调系统是办公建筑中电力能源消耗较大的终端设备,其不合理的运行方式导致用电效率低下,实现空调系统的用电优化已成为电力需求响应的重要研究内容之一。为了降低用户用电费用和提高空调系统能效,提出了分时电价环境下的办公建筑空调负荷双层柔性优化控制策略。在上层模型中,考虑室外温度变化和分时电价信息,通过柔性调节空调系统的预冷时间和设定温度,实现兼顾用电费用最省和用户舒适度最优的效果,并将得到的空调系统冷负荷量输出给下层模型。在下层模型中,根据多台冷水机组性能(Coefficient of Performance, COP)特性的不同,优化负载率的分配,达到冷水机组总体能效最大的效果。采用粒子群算法求解双层模型,通过算例仿真,比较空调系统在不同运行模式下的结果,验证了所提策略可以有效地提高冷水机组的效率,降低用电费用。