含可再生能源的酒店能量管理控制
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福州大学电气工程与自动化学院的研究人员陈长生、李少纲，在2019年第4期《电气技术》杂志上撰文，为实现建筑节能，将建筑光伏发电和电梯可再生能源进行综合利用，因此本文提出一种含可再生能源的酒店能量管理控制策略。通过检测故障信号、可再生能源和蓄电池的状态信号，来控制系统开关的开断状态，以达到可再生能源优先和不许断电负荷优先，从而提高可靠性和经济性。最后以嘉华酒店为例，进行了负荷匹配，通过仿真验证了所设计能量管理控制策略的有效性。
建筑能耗作为能源消耗的重要部分，在我国已经占到能源消耗总量的46%，居耗能首位。由于我国对建筑节能研究较晚，相关技术未能系统化、标准化，加上节能开发建设成本高，造成我国高能耗建筑比例大，在现有城乡建筑中，只有不超过5%的建筑符合节能标准。
为了实现建筑节能，满足能源可持续发展，一方面需要大力发展节能技术，提高使用效率以节约能源；另一方面需要合理制定政策，发展节能市场，提倡可再生能源的利用，因此应将建筑节能与可再生能源进行有效结合。
太阳能具有取之不尽、用之不竭、无污染并且能够自由利用等优点，光伏发电系统可以被安装在建筑物的屋顶、外立面等构成建筑光伏发电系统。同时现代酒店中电梯数量十分可观，电梯处于发电状态可产生大量的可再生能源。将建筑光伏发电和电梯可再生能源综合利用，进行互补发电，不仅可以获得可观的电能，还能使电能稳定。
可以笼统将酒店中的用电负荷分为照明负荷、动力负荷和工艺负荷，其中照明负荷包括照明灯具和插座用电，动力负荷包括风机、空调、电梯、水泵等，工艺负荷是指为了满足建筑生产、生活需要的用电负荷，如路由器、交换机等。在这些负荷中，有些在紧急情况下是不允许断电的，如避难走道的应急照明和疏散指示标志等应急设备，电动防火卷帘等消防设备以及计算机控制系统，而有些在紧急情况下是可以断电的，如热水器、普通照明、风机和空调等。
目前酒店中常采用柴油发电机和蓄电池作为应急电源，存在不少缺点：噪声大、污染环境、过载能力小、抗冲击能力差、体积大及寿命短。建筑光伏发电和电梯可再生能源具有清洁无污染、成本低、使用灵活等优点，故可将其作为酒店的备用应急电源，以进一步提高可靠性。
目前对电梯可再生能源的主要利用途径是就地消耗或者供给其他负荷，将其用于备用应急电源尚处于起步阶段。文献[9]指出能量管理目标是为系统提供可靠稳定的电力来源，并尽可能多地使用光伏等可再生能源，减少柴油的使用量，增加柴油发电机组的维护周期。
文献[10]提出了由光伏、蓄电池、柴油发电机和负荷组成的光伏与柴油发电机互补微电网模型，并指出能量管理控制是以提供稳定的电能为首要目标，并尽可能多地利用光伏，同时使蓄电池比柴油发电机具有更高的优先使用级。文献[11]介绍了风光柴蓄分布式微电网的管理控制，包括整个微电网的电压稳定控制和发电系统与用电负荷的功率平衡两个方面。
本文利用建筑光伏发电和电梯可再生能源联合发电，首先设计了酒店能量管理控制策略，核心就是通过检测市电故障信号，根据可再生能源和蓄电池的状态，通过开关的控制，实现对系统的能量管理，接着以嘉华酒店中的负荷为研究对象，进行负荷统计并进行负荷匹配，最后对控制策略进行了仿真。
1 电路原理图设计
本文综合利用建筑光伏发电和电梯可再生能源，一般情况下可再生能源不能满足酒店所有负荷，故需寻找与可再生能源功率相匹配的酒店负荷。以此为基础设计了酒店能量管理控制策略，其电路原理图如图1所示。
图1 电路原理图
图1中，检测控制电路用于故障信号、可再生能源和蓄电池相关电参数的检测，并以此控制所有开关。开关K1为控制开关，用于控制蓄电池的充电。当可再生能源充足且蓄电池未充满时，K1闭合，可再生能源对蓄电池充电，此时应注意避免过充。开关K2为控制开关，用于控制蓄电池的放电。
当可再生能源不足且蓄电池能量充足时，K2闭合，由蓄电池和可再生能源一起进行供电。当利用蓄电池供电时，应注意避免过放。开关K3为控制开关，用于控制市电或柴油发电机向负荷供电。当可再生能源与蓄电池能量不能满足负荷时，K3闭合，由市电或者柴油发电机进行供电。开关K4为控制开关，用于选择由柴油发电机供电。
当可再生能源与蓄电池能量不能满足负荷且市电故障时，K4闭合，由柴油发电机供电，此时K3闭合。开关K5为限制开关，用于限制允许断电负荷的用电，当市电故障时，K5断开，禁止用电；当市电无故障时，K5闭合，允许用电，由K2、K3、K4的组合选择由可再生能源、蓄电池或者市电供电。
2 控制流程图
根据图1的电路原理图和上文所说的工作原理，设计的能量管理控制策略流程图如图2所示。
系统的能量管理控制策略：正常情况下，可以对允许断电负荷进行供电，当可再生能源充足时，由可再生能源向负荷供电，此时，若蓄电池能量不足，则可再生能源对蓄电池进行充电；当可再生能源不足时，若蓄电池能量充足，由蓄电池和可再生能源一起供电，若蓄电池能量不足，则由市电和可再生能源一起向负载供电。
故障情况下，禁止断电负荷用电，当可再生能源充足时，由可再生能源向负荷供电，当可再生能源不足时，若蓄电池能量充足，则由蓄电池向负荷供电；若蓄电池能量不足，则由柴油发电机和可再生能源一起进行供电。
3 酒店负荷匹配（略）
嘉华酒店的建筑光伏发电系统采用2586块TSM-180的光伏电池，取综合系数为0.8，则系统提供的功率为372.39kW。嘉华酒店共有11部电梯，主要参数见表1，全部选用奥的斯Regen能源再生电梯。
图2 能量管理控制策略流程图
表1 嘉华酒店电梯参数
嘉华酒店采用8台变压器，其中Tj5、Tj6为一组，两台分列运行，由Tj5供电的五层和一层景观用电均为64kW，夜景灯为100kW，由Tj6变压器供电的应急照明功率为180kW，功率总和为408kW，小于系统总的可再生能量功率487.05kW，故可选择可再生能源对四者供电，消防设备和应急照明为不可停电负荷，景观用电和夜景灯为可停电负荷。
4 仿真验证（略）
经过分析，可知仿真结果与设计的要求一致，说明本文所提出的能量管理控制策略能够保证应急照明的连续供电，协调分配可再生能源、蓄电池、市电和柴油发电机之间的能量，验证了能量管理控制策略的正确性和有效性。
本文设计了一种酒店能量管理控制策略，其核心就是依据检测市电故障信号、可再生能源状态信号以及蓄电池状态信号，通过控制电路控制系统中5个开关的关断状态，从而实现系统的能量管理，保证可再生能源优先和不许断电负荷优先，提高系统供电的可靠性和经济性。仿真结果表明，所设计的能量管理控制策略能达到控制目的。
目前，风能也是常见的可再生能源，故应将风能引入酒店的能量管理控制策略中，以此进一步研究风能对该控制策略的影响。