1.4.5 供配电技术
供配电系统是建筑的动力源泉, 它为建筑中空调系统、照明系统、电梯系统等提供电能, 同时对建筑物电能进行有效的监控和管理, 最终达到安全、可靠、节能、环保、绿色、高效的目的。近年来, 我国的电网得到了飞速发展, 加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设, 加强源网荷储衔接, 成为电网建设的主题。在智能化的大趋势下, 传统的电力供需技术面临挑战, 利用物联网技术、大数据技术、人工智能技术等建立新型电力供需系统成为可能[78] 。 Yu等通过建立智能电力监测系统, 将室内物联网与公共设施集成系统的数据汇聚成建筑大数据, 并利用数据分析算法为建筑运维管理提供决策支持, 减小了传感器和环境等因素造成的测量误差[79] 。 Wu等提出了一种基于物联网的微网智能建筑新方案, 采用可再生能源自我消耗策略, 实现供需自主平衡[80] 。
加强源网荷储衔接离不开负荷预测和分析技术。负荷预测在电力系统运行和需求方面发挥着越来越重要的作用[81] 。 Xie等针对概率负荷的单值预测或点预测含有很大不确定性的问题, 提出并回答了PLF的温度场景生成和残差模拟技术的方法论基础问题[82] 。 Mirak-horli等提出采用模型预测控制的配电系统, 可以使建筑的负荷变化更小、负荷更平稳, 从而降低发电成本[83] 。 Zhang等针对建筑中的能源柔性潜力, 提出描述建筑能源灵活性的一般方法和一套指标, 采用模型预测控制可转移负荷或降低峰值需求[84] 。 Dagdougui等利用人工神经网络对某小区的建筑物进行了超短期和短期负荷预测, 降低了小时负荷和日负荷, 并预测达到最佳性能的计算时间[85] 。 Almalaq利用深度学习的动态逻辑来改进配电网负荷预测, 用递归人工神经网络实现了更精确的负荷预测[86] 。
Fang等引入基于电网有功分配交互方式的需求侧响应, 通过实施的一系列激励机制, 引导用户积极配合配网的运营管理[87] 。Li等提出了一种住宅开发建筑管理系统策略, 该策略能节约大量的电费、降低电网中发电机的负荷, 具有为智能建筑能源管理提供最优解决方案的潜力[88] 。 Jia等针对集中式体系结构面临着终端设备之间难以联网、缺乏灵活性及底层信息共享受限等难题,基于无线传感器网络的框架结构, 设计了智能建筑能源管理系统, 提出基于区块链的 IBEMS 动态密钥管理策略[89]，该方法继承了区块链技术的高安全性, 并在存储效率、能耗和网络连通性方面表现优异。
Salvatore针对住宅楼宇自动化系统控制逻辑, 分析了可再生能源分布式发电对配电网的影响[90] 。 Stadler等综合考虑热经济性能指标, 提出热电系统多目标优化方法, 以满足用户和电网运营商的利益, 增大了充分开发可再生能源在建筑应用的可能[91] 。 Dastgeer等对住宅配电系统中直流电和交流电的使用效率进行了比较, 在不同的情况下对系统效率进行了测试, 结果表明当建筑物采用直流电时可避免中间的AC/DC转换, 能有效地减少电能损耗[92] 。 Vossos等以提高建筑配电效率、降低成本和能耗为出发点, 提出了基于商业产品的技术经济分析框架, 评估了直流系统的成本效益, 指出配置储能的直流系统将有很好的发展前景[93] 。 Negadaev提出了一种基于Dijkstra算法的配电网分析方法, 该方法可以降低配电网的建设成本, 在电机端提供必要的电压水平并使电缆网络的能量损失最小[94] 。
为了有效地实现配电网的自动化建设, 从而提高配电网运行效率、提供更加优质可靠的供电, 有必要开展配电网数据通信系统的建设。 Dileep等对智能电网计量与通信、云计算及智能电网应用进行了详细的总结, 指出数据采集、处理和智能应用是未来电网研究领域的发展方向[95] 。 Zhang 等提出基于云计算的智能配电服务体系结构,实现了对用电趋势的准确预测, 既能智能监测用电, 又能对采集的数据进行有效的智能处理[96] 。
供配电系统是建筑物最主要的能源来源, 一旦供电中断, 大部分系统将立即瘫痪。智能建筑供配电系统首先关注供电的可靠性, 通过设计智能的电力监测系统, 达到实时监测变、配电设备的运行参数,及时诊断故障, 确保供电可靠性; 其次关注的重点是通过负荷预测等方式进行电能有效分配, 提高用电效率, 降低能耗。近年来, 人工智能和深度学习等技术的不断发展为未来建筑供配电系统运行状态和负荷能力的精确预测提供了更好的方案, 也带来了新的挑战。提出符合行业特点的电力系统专用智能算法, 是未来研究的重点和难点。人工智能在智能电网中的应用场景包括供电、电力系统优化、电力用户行为分析、故障诊断等。虽然人工智能在智能电网中的应用面临着数据样本积累不足、数据系统可靠性不足、基础设施不完善、电力行业专用算法缺乏等问题[97]，但在不远的将来, 随着计算机技术和通信技术的不断发展, 人工智能会是推动智能电网进入新一代电力系统和能源网络的有力工具。