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家庭能源管理系统的研究分析及结果(一)
家庭能源管理系统的研究分析及结果
家庭能源管理系统是未来智能电网在配电侧发展的重要研究方向。阐述了智能电网环境下家庭能源管理系统与传统家庭能源管理系统的不同和智能电网环境下家庭能源管理系统的新功能需求。提出智能电网环境下家庭能源管理系统的结构和功能模块,接着给出了智能电网环境下家庭能源管理系统的技术体系。能源危机和环境污染等问题的日益严峻促进了可再生能源的发展。人们越来越关注自己的新能源分配,利用风电伏等可再生能源的分布式发电技术受到越来越多的关注,但是分布式能源的随机性和间歇性造成的并网问题严重制约了其发展。为此智能电网为家庭能源管理系统提高居民侧用电效率,实现节能减排提供了新方法。
一、研究分析智能电网是为了解决传统电网的不足
电力广泛应用于我们日常生活、生产的各个领域,随着经济和社会的发展,全社会的电力需求量持续增加,电力生产、传输、使用过程中的效率对经济可持续发展、环境保护等方面具有重要影响。能源危机和环境污染等问题的日益严峻促进了可再生能源的发展。利用风电和光伏等可再生能 源的分布式发电技术受到越来越多的关注,但是分 布式能源的随机性和间歇性造成的并网问题严重制 约了其发展。因此,整合分布式发电系统、储能元件和负载的微网技术将是解决大规模分布式发电 系统并网问题的最有效途径之一。随着智能电网的快速发展,以太阳能为主的家 庭微网系统成为未来智能电网在配电侧发展的重要研究方向。其中家庭直流微网是通过直流母线 对家庭负荷进行供电的微电网,在能源管理系统的 协调控制下由交流电网、分布式能源和储能装置共 同向直流母线供电,满足家庭负荷需求。在不同的电网结构下家庭能源管理系统具有不同的功能,家庭能源管理系统作为智能电网的有机组成部分,智能电网为其提出了新的功能需求。
传统电网的能量流向是单向的,即电能由少量大容量发电厂集中生产,然后通过大规模的输电网、配电网送至用户侧,最终由用户消费掉。在这种模式下,家庭用户只是电能的消费者,被动参与电网的运行,家庭能源管理系统的功能就是提高用电效率,实现节能减排,功能单一;并且这种家庭能源管理系统主要考虑单一用户用电效率的提高和舒适度的增加,并未考虑大量用户协同工作对电网的影响。
智能电网除了大容量集中式发电厂外,还包含大量分布式电源和可再生能源,它具有复杂的潮流分布。电网和用户之间的能量流是双向的,家庭用户不仅可以消费来自电网的电能,而且可以将本地分布式发电装置产生的多余电能售给电网以获得相应的经济效益。智能电网是一个完全自动化的供电网络,其中的每一个用户和节点都得到实时的控制,并保证从发电厂到用户端电气之间的每一个点上的电流和信息的双向流动;能保证电网上各成员之间的无缝连接和实时互动除了提高居民侧用电效率、实现节能减排外,智能电网环境下的家庭能源管理系统需要具备以下新功能:
1)支持需求响应在居民侧的实施。目前电力资产利用效率低,研究表明 20%的系统容量仅用于满足电力峰值需求,其运行时间仅占系统运行时间的5%。通过实施需求响应可以降低电力需求的“峰谷比” 和电力资产投资额,提高电力资产的利用效率,增强电力系统运行的安全性。需求响应在大工业用户和商业用户中已经得到了实施;然而单个家庭用户用电量少,而用户数量众多,在传统电网下无法有效实施需求响应。但据美国能源管理委员会报告,居民用户侧是通过实施需求响应来削减电力峰值需求的最大潜在领域。在智能电网环境下,借助于家庭能源管理系统可以实现这一功能。此外,居民用户通过家庭能源管理系统对电力公司发布的动态电价信号进行合适的响应,对用电设备进行优化控制可以降低用户用电费用。
2)支持风力发电、光伏发电等分布式可再生能源接入电网。智能电网中存在大量的分布式电源,其中风电和光伏发电是居民侧最常见的分布式可再生能源形式,它们对于提高可再生能源的利用率、优化能源结构、降低用户用能费用具有重要意义,但同时使配电网中的潮流复杂化。另外风能、太阳能具有间歇性和随机性的特点,风电和光伏发电的大规模接入会给电网电能质量和电网的安全运行带来挑战。家庭能源管理系统需要为家庭用户拥有的分布式可再生能源接入电网提供支持。
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