Edge-cloud framework-based distributed optimization of a building energy system with supply-demand coordination

Abstract

建筑能源系统能耗总量巨大且用能弹性高，具有很大的节能优化潜力，其提效节能被认为是降低能源电力系统终端碳排放、实现“2030碳达峰、2060碳中和”国家战略目标的重要途径之一。然而，建筑能源系统节能优化面临人员行为与系统能耗交互影响、多种能源介质时空多尺度耦合与供需能量平衡等建模挑战，以及系统决策空间随建筑规模指数增长的维数灾计算复杂性挑战。针对上述挑战， 本文从信息物理融合的角度出发，提出了基于节点-流量模型的建筑能源系统分布式优化模型，刻画了电、气、热等能源物理网络与信息网络的交互影响，实现了局部数据采集和计算的一体化结构设计，支撑边云协同计算体系。进而，设计了基于边云协同的分布式迭代优化算法，证明了算法的收敛性，可实现建筑能源系统供需协同优化，并大大降低了对全局信息的依赖性和通信需求。本文以6种不同规模下实际建筑系统的数值测试结果，验证了所提方法的性能和有效性，特别在大规模建筑能源系统具有良好应用前景。