陈岩　靳伟　王文宾　李会彬　韩胜峰

摘 要：为了充分利用蓄能调温负荷的调节资源，节约调温负荷的用电成本，并有效消纳光伏电量，提出了“光伏+调温负荷”的智能化互动运行策略。首先，建立了基于户型参数和天气信息的房屋冷、热需求模型;其次，以运行成本最小为目标，结合光伏出力和用冷、用热需求，在优先使用谷电电量的原则下，提出蓄能负荷与光伏供用电互动逻辑和运行策略;第三，以全年天气数据为驱动，按互动逻辑关系进行了全年运行累积计算的年运行成本分析。结果表明，互动运行模式相比于光伏与蓄能调温负荷独立模式的运行成本有很大降幅，“光伏+调温负荷”策略有效解决了光伏消纳和调温负荷电费的问题。这不仅有利于减少环境污染，还能够实现政府与用户的双赢。

关键词：电力系统及其自动化;蓄冷/蓄热负荷;光伏发电;峰谷电价;互动运行

中图分类号：TM73 文献标识码：A

Abstract：In order to make full use of the adjustable resource of cold/thermal attemperation loads with storage energy （CTAL）， and reduce electricity cost and consume of the photovoltaic （PV） energy， the interactive operation of "PV+CTAL" was proposed. Firstly， the model based on house parameters and weather data was established to analyze the cold/thermal demand， then interactive logics of operation in "PV+CTAL" was derived to minimize the cost of operationwith prioritization of using valley electricity，considering the PV output and  demand of cold/thermal. Finally， a scenario was presented to cumulatively calculate the annual operation cost according to the weather data and the interaction logical relationship. The results show that the operating cost in the "PV+CTAL" interactive mode is comparatively lower than that in standalone mode， the "PV+CTAL" interactive operating strategy can effectively solve the problem of the electricity price affected by PV consumption and CTAL， which not only will reduce environmental pollution， but also achieve winwin results with governments and users.

Keywords：power system and automation; cold/thermal storage attemperation loads; photovoltaic generation; peak/valley electricity price; interactive operation

为缓解燃煤污染，近年来国家大力推行電能替代和清洁替代政策，用于室内温度调节的电制热、电制冷负荷越来越多地应用于商业、办公和居民建筑，已逐步形成规模化、高比例的态势。蓄冷/蓄热功能的调温负荷具有用电时段可选、运行经济灵活的优点而得到了广泛应用。另一方面，分布式光伏消纳问题一直是电力系统运行和国家推行新能源政策的重要瓶颈之一[1]，若充分利用蓄能调温负荷的调节资源与光伏发电形成互动，充分利用光伏电量为调温负荷供电，可有效解决光伏消纳和调温负荷的电费问题。由于光伏和蓄能调温负荷的互动运行具有很强的不确定性，如何制定蓄能调温负荷的运行规律，使之能够经济合理地跟踪光伏发电和利用谷电电价优势，同时能够给出相应的电费成本估计，对开发和应用智能化“光伏+调温负荷”设备，实施“两个替代”等新能源政策具有重要意义。

目前，学者针对光伏或调温负荷各自问题的研究已取得一定进展[23]，而针对光伏与蓄能调温负荷联合运行和优化配置问题的研究未有涉及。针对光伏容量优化配置，可通过合理配置光伏组件和储能系统的容量[4]，提高光伏系统的供电可靠性和光伏利用率。考虑到配电网中可能含有多个光伏和储能，并考虑到配置与运行的强耦合性，提出了利用双层优化方法实现光伏容量配置[2，5]。文献＼[6—7＼]研究光伏和风机容量联合优化用于提高系统整体供电可靠性，降低发电成本;文献＼[8＼]研究光伏发电和无功电容的综合协调优化配置，提高资源利用率。针对蓄热电采暖的研究，文献＼[9＼]提出考虑需求和响应行为双重差异性的区域电采暖负荷特性建模方法;文献＼[10＼]建立了分布式电采暖负荷模型并分析模型参数，利用聚类分组控制的方法实现异质电采暖负荷聚合;文献＼[11＼]提出一种分散式电采暖负荷协同优化运行策略，有效控制尖峰负荷，降低运行费用。当前电采暖与新能源结合的研究主要关注风电消纳问题，通过建立风电与蓄热电采暖的联合运行模式[12]，促进风电消纳、降低煤耗率，增加综合效益;文献＼[13＼]建立弃风供暖模式下风电消纳能力时序仿真评估模型，对不同电采暖运行模式下风电消纳能力进行评估分析;文献＼[14＼]基于Copula 理论建立风速电锅炉的相关性GumbelCopula函数关系，准确计算风电和电采暖负荷接入配电网的可靠性。针对蓄热电采暖接入配电网带来的电能质量问题，文献＼[15＼]构建不同运行场景下的仿真模型，研究了规模化电采暖对配电网谐波含量及电压暂降的影响程度和限制措施。

本文研究“光伏+调温负荷”模式下蓄冷/蓄热调温负荷如何消纳光伏的智能化互动运行策略及年运行成本分析方法。首先基于房屋参数和天气信息提出了用户的冷、热需求分析方法;然后针对光伏出力的不确定性，结合用户冷、热需求分析和峰谷电价状况，建立以运行成本最小为目标的蓄冷/蓄热负荷与光伏、电网的供用电互动运行策略;最后基于蓄能调温负荷与光伏互动关系，以天气数据为驱动，采用全年场景累计的方式建立年运行成本计算方法。

2 蓄能调温负荷互动策略与用电模型

2.1 蓄能调温负荷与光伏的交互行为策略

“光伏+调温负荷”互动模式下蓄能调温负荷用电方式的基本原则体现为1）优先利用光伏发电量进行调温和蓄能;2）若光伏发电量不能满足全天冷/热需求，则尽量由谷电时段补充;3）使用峰电电量应做到最小化。据此，提出蓄能调温负荷与光伏的交互行为策略，如图1所示。

蓄能调温负荷首先应实时跟踪光伏发电，由于光伏发电具有不确定性，当光伏发电功率大于供冷/热的功率需求时，应进行蓄冷/蓄热;当光伏功率小于供冷/热功率需求时，蓄能体需要释冷/释热以补充冷热需求;当光伏功率大于调温负荷的配置功率时，则光伏余电上网或供其他负荷使用。当白天利用光伏发电的蓄能量不能满足全天冷/热需求时，在夜间谷电时段需要使用谷电电量进行补充。为了尽量不使用峰电电量，“光伏+调温负荷”智能化设备需根据次日的天气预报信息预测次日峰电时段光伏发电量和冷/热需求量，若光伏发电量不满足冷/热需求量时，为防止使用高电价峰电，应在谷电时段结束前储存一定的冷/热量;若谷电时段预储的冷/热量已达到蓄能体的配置容量上限，则不足部分只能由峰电电价时段的电量来补充。

在参数一定的条件下调温负荷的冷/热需求以及光伏的发电功率完全取决于天气状况，因此可根据天气预报信息按本文第1节建立的模型得到次日冷/热需求预测值;同时也可以根据本文2.3节给出的光伏出力模型预测次日的光伏出力，从而使智能化“光伏+调温负荷”互动运行过程具备可实现性。可见，“光伏+调温负荷”模式下蓄冷/蓄热调温设备的控制器应具备一定的智能化功能，能够实时检测光伏出力并控制调温负荷的用电功率来跟踪光伏;具备通信和网络功能以自动获取次日天气信息;能够根据天气信息预测次日的冷/热需求和光伏出力，并做出蓄冷/蓄热的预储决策。

本文开发了工具软件从气象网站读取该地区2018年全年各小时气温、风速等数据，并根据光伏和冷、热需求模型得到光伏出力和冷/热需求。

为验证本文方法的有效性，应用本文互动策略计算年运行成本，并与光伏与调温负荷独立运行状态下（即没有智能化互动）的运行成本进行比较。两种情况下光伏和调温设备的容量参数相同。设谷电电价为0.35元/（kW·h），峰电电价为0.55元/（kW·h），光伏上网电价为0.3元/（kW·h）。由于2种运行模式下光伏发电补贴相同，可互相平衡，暂不考虑。按本文成本分析方法得到对比分析结果如表3所示。

由表3可以看出，应用本文提出的互动运行策略，相比于光伏与蓄能调温设备独立运行方式，运行费用显著降低，并有利于消纳光伏、减少环境污染，有利于达到政府与用户双赢的目的。

5 结 论

提出一种“光伏+调温负荷”模式下蓄冷/蓄热调温负荷消纳光伏的智能化互动运行策略及年运行成本分析方法。首先依据热力学关系建立了考虑建筑结构、室内温度和天气等因素的用户冷、热需求模型。在此基础上设计了以运行成本最小为目标的蓄冷/蓄热负荷与光伏互动运行策略。同时给出依据天气信息的交互运行模式下年运行成本分析方法。提出的互动运行策略能够有效消纳光伏、节约用电成本，为“光伏+调温负荷”智能化联合运行控制及设备开发提供理论参考。基于真实天气数据驱动的“光伏+调温负荷”运行模拟手段能够客观准确地得到年运行成本数据，为光伏和蓄冷/蓄热安装容量的经济配置建立了分析基礎。

本文方法仅考虑了“光伏+调温负荷”单一组合模式的互动策略，没有考虑一组光伏与多组不同特性调温负荷的互动问题;在“光伏+调温负荷”与电网的交互方面也仅通过峰谷电价体现，没有精细反映电网需求。蓄能调温负荷具有很好的用电弹性和运行灵活性，其在电网中又具有很高占比，如何挖掘这类资源潜力，使之在光伏消纳、电网支撑等方面经济有效地发挥作用，是值得深入研究的课题。

参考文献/References：

[1] 舒印彪，张智刚，郭剑波，等.新能源消纳关键因素分析及解决措施研究[J].中国电机工程学报， 2017，37（1）：18.

SHU Yinbiao，ZHANG Zhigang，GUO Jianbo，et al. Study on key factors and solution of renewable energy accommodation [J].Proceedings of the CSEE， 2017，37（1）：18.

[2] 贾清泉，赵美超，孙玲玲，等.主动配电网中计及时序性与相关性的分布式光伏并网规划[J].中国电机工程学报，2018，38（6）：17191728.

JIA Qingquan，ZHAO Meichao，SUN Lingling， et al. Planning for gridconnection of distributed PVs considering the sequential

feature and correlation in active distribution network[J].Proceedings of the CSEE， 2018，38（6）：17191728.

[3] RADAIDEH A，VAIDYA U，AJJARAPU V.Sequential setpoint control for heterogeneous thermostatically controlled loads through an extended markov chain abstraction[J].IEEE Transactions on Smart Grid，2019，10（1）：116127.

[4] 吴小刚，刘宗歧，田立亭，等.独立光伏系统光储容量优化配置方法[J].电网技术，2014，38（5）：12711276.

WU Xiaogang， LIU Zongqi，TIAN Liting，et al.Optimized capacity configuration of photovoltaic generation and energy storage device for standalone photovoltaic generation system[J].Power System Technology，2014，38（5）：12711276.

[5] 刘娇扬，郭力，杨书强，等.配电网中多光储微网系统的优化配置方法[J].电网技术，2018，42（9）：28062813.

LIU Jiaoyang，GUO Li，YANG Shuqiang，et al.Optimal sizing for multi PVESS microgrids in distribution network[J].Power System Technology，2018，42（9）：28062813.

[6] 刘峪涵，汪沨，谭阳红.并网型微电网多目标容量优化配置及减排效益分析[J].电力系统及其自动化学报，2017，29（9）：7075.

LIU Yuhan，WANG Feng，TAN Yanghong. Multiobjective optimal capacity configuration and emission reduction benefit analysis of gridconnected microgrid[J].Proceedings of the CSUEPSA，2017，29（9）：7075.

[7] LONG Huan， EGHLIMI M，ZHANG Zijun. Configuration optimization and analysis of a large scale PV/Wind system[J].IEEE Transactions on Sustainable Energy，2017，8（1）：8493.

[8] 張璐，唐巍，丛鹏伟，等.含光伏发电的配电网有功无功资源综合优化配置[J].中国电机工程学报，2014，34（31）：55255533.

ZHANG Lu， TANG Wei， CONG Pengwei，et al.Optimal configuration of activereactive power sources in distribution network with photovoltaic generation[J]. Proceedings of the CSEE，2014，34（31）：55255533.

[9] 王志强，王珊，张馨月，等.计及用户响应行为差异性的区域电采暖负荷特性建模[J].电力系统自动化，2019，43（7）：6779.

WANG Zhiqiang，WANG Shan，ZHANG Xinyue，et al.Load characteristics modeling of regional electric heating system considering difference of users response behaviors[J].Automation of Electric Power Systems，2019，43（7）：6779.

[10]杨玉龙， 王彤， 赵磊洋，等. 分布式电采暖负荷群建模及备用优化[J/OL].电测与仪表，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20181227.1657.005.html，20181229.

YANG Yulong，WANG Tong，ZHAO Leiyang，et al.Distributed electric heating load group modeling and standby optimization.[J/OL]. Electrical Measurement & Instrumentation，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20181227.1657.005.html，20181229.

[11]范帅，郏琨琪，郭炳庆，等.分散式电采暖负荷协同优化运行策略[J].电力系统自动化，2017，41（19）：2029.

FAN Shuai，JIA Kunqi，GUO Bingqing，et al. Collaborative

optimal operation strategy for decentralized electric heating loads[J].Automation of Electric Power Systems，2017，41（19）：2029.

[12]黎华林，陈红坤，徐坤，等.风电与蓄热电采暖的联合运行及其效益分析[J].电力系统及其自动化学报，2017，29（8）：8288.

LI Hualin，CHEN Hongkun，XU Kun，et al.Combined operation of wind power and REH and its benefit analysis[J].Proceedings of the CSUEPSA，2017，29（8）：8288.

[13]许彦平，王跃峰，唐林，等.弃风供暖模式下风电接纳能力评估及效益分析[J]. 中国电力，2017，50（2）：139143.

XU Yanping，WANG Yuefeng，TANG Lin，et al.Benefit analysis and evaluation of wind power integration capability based on abandoned wind power heating mode[J]. Electric Power，2017，50（2）：139143.

[14]李娟，周红莲，周二彪，等.计及风速电锅炉等电采暖负荷相关性的配电网可靠性评估[J].电力自动化设备，2018，38（10）：2631.

LI Juan，ZHOU Honglian，ZHOU Erbiao，et al.Reliability evaluation of distribution network considering correlation between wind speed and electricity heating load such as electricity boiler[J]. Electric Power Automation Equipment，2018，38（10）：2631.

[15]袁澤，宝海龙，周鹿鸣，等.规模化电采暖设备对配电网电能质量的影响分析[J].电测与仪表，2019，56（1）：6068.

YUAN Ze，BAO Hailong，ZHOU Luming，et al.Analysis on the impacts of largescale electric heating radiators to power quality of distribution networks[J].Electrical Measurement & Instrumentation，2019，56（1）：6068.

[16]陈景堃，田波，陈雯珺.JGJ26—2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》探析[J].建筑节能，2012，40（3）：6062.

CHEN Jingkun，TIAN Bo，CHEN Wenjun. Analysis on design standards for energy efficiency of residential buildings in severe cold and cold zones （JGJ26—2010） [J].Building Energy Efficiency，2012，40（3）：6062.

[17]赵波，包侃侃，徐志成，等.考虑需求侧响应的光储并网型微电网优化配置[J].中国电机工程学报，2015，35（21）：54655474.

ZHAO Bo，BAO Kankan，XU Zhicheng，et al. Optimal sizing for gridconnected PVandstorage microgrid considering demand response[J].Proceedings of the CSEE，2015，35（21）：54655474.