PDF《考虑分时电价的地源热泵系统随机运行优化策略》

58 - 电力系统保护与控制 中电采暖设备装机占比 50%以上,而在美国更是高 达80%以上[5] .国外多采用地源热泵供暖系统和蓄 热式电锅炉等先进的供热设备,而在国内电采暖的 应用刚处于起步阶段.文献[6]研究了电采暖技术的 环境效益,证明了电采暖相对于传统的燃煤供暖技 术具有污染少、能效高的优点.文献[7-8]研究了电 暖器、电锅炉、热泵、电热膜、蓄热地板等多种电 采暖技术的运行效益,结合建筑楼宇供暖的实际需 求比对各类电采暖设备的运行成本费用,结果表明 地源热泵的能量转化效率高,并且在转化能量的过 程中对环境没有污染,是目前最清洁、最高效的能 源利用方法.地源热泵系统利用地下浅层地热资源 既能供热又能制冷,具有高效节能、低运行成本和 良好的环保效益等优点,在大型公共建筑节能中应 用潜力巨大,随着地源热泵理论、技术和配套产业 的发展进步以及国家政策鼓励支持,地源热泵研究 应用将更加广泛,并朝着区域化、规模化、热源多 元化发展,从而提升节能性和经济性,提高综合效 率[9] ,因此本文以地源热泵系统为研究对象.目前 对制冷采暖设备的优化控制策略也有较多的研究. 文献[10]提出了大量空调负荷的聚合模型,设计了 新的聚合控制策略,在不影响终端用能的前提下, 能够完全响应控制目标, 总的能量消耗减少了 30%. 文献[11]在分时电价环境下提出空调负荷双层柔性 优化控制策略,有效地提高空调冷水机组的用电效 率,降低用户用电费用;

文献[12]利用环境温度预 测和实时策略修正来控制空调以保证舒适性,提出 了可控负荷能力评估方法、动态调控策略生成方法 和负荷调控关键指标评价方法;

文献[13]提出了智 能电暖网的概念,实现了区域范围内分散式电采暖 设备的协同优化.上述文献对制冷设备和分布式采 暖设备的优化控制方法进行了深入的研究,而对冬 季集中采暖设备的优化控制研究较少. 基于上述考虑,本文以地源热泵系统为控制对 象,对用户的热负荷进行估计,考虑日前室外温度 预测的不确定性,以兼顾用电费用和热舒适度为优 化目标,基于机会约束规划理论提出计及温度不确 定性的地源热泵系统运行优化模型,同时考虑多台 热泵机组性能曲线的不同,建立了电采暖系统热泵 机组负荷分配优化模型, 并采用改进 PSO 算法对模 型进行求解,通过算例验证了本文策略的有效性.

1 地源热泵能耗模型 地源热泵主要是由户外的地热换热系统、热泵 机组和室内热分配系统构成.能量流如图

1 所示. 用电设备主要包括三大类:热泵机组、地热换 热系统和室内热分配系统中的循环水泵及风机.地 源热泵的耗电量主要根据用户的制冷(热)量需求确 定,因此需先对用户的热负荷进行计算. 图1地源热泵能量流示意图 Fig.

1 Ground source heat pump energy flow diagram 1.1 热负荷计算 地源热泵的供暖对象一般为一个用户群,但由 于相同条件下每个房间的热负荷情况几乎相同,因 而本文仅针对单个房间进行热负荷建模分析.以此 为前提,对应到一个用户群的热负荷,只需将单个 房间的热负荷值对应增加房间数或按面积折算. 基于热平衡的原理对一个房间的热负荷进行计 算[14] ,为简化热负荷计算模型,本文仅考虑透过房 屋的围护结构即墙壁传导进来的热量. 围护结构对建筑采暖耗热量指标以及电采暖耗 热量指标的影响,由墙体传热量、屋顶传热量、窗 户传热量、门传热量和太阳辐射的热量