清華新聞網(wǎng)12月4日電 在碳中和的愿景下，大規(guī)?？稍偕茉磳⒔尤肽茉聪到y(tǒng)。建筑能耗是能源需求側(cè)的重要組成部分，大約可以占到社會(huì)總能耗的30%-40%。如何使建筑用能從剛性轉(zhuǎn)為柔性，幫助可再生能源消納成為了實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵問(wèn)題。然而，可再生能源發(fā)電與建筑用能的時(shí)間不匹配性給建筑高效消納可再生能源帶來(lái)了挑戰(zhàn)。另外，由于建筑的用能設(shè)備性能與功能多樣、可調(diào)資源多且分散、用戶(hù)行為不確定性高，傳統(tǒng)的集中調(diào)控方法在荷載可擴(kuò)展性、用能行為不確定性等方面面臨著挑戰(zhàn)。
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院張一團(tuán)隊(duì)在光儲(chǔ)直柔建筑的調(diào)控方法上取得新進(jìn)展。通過(guò)結(jié)合分布式直流能源系統(tǒng)和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出一種名為DC-RL的新型建筑能源控制方法（圖1），在用戶(hù)可隨時(shí)根據(jù)意愿調(diào)整參與柔性調(diào)節(jié)的負(fù)載種類(lèi)和數(shù)量的前提下，實(shí)現(xiàn)建筑能源系統(tǒng)中多設(shè)備多資源基于物理信號(hào)進(jìn)行自律式調(diào)節(jié)。
圖1.DC-RL建筑能源控制方法
DC-RL設(shè)計(jì)了一個(gè)分布式直流能源系統(tǒng)，建立了柔性電器、儲(chǔ)能電池、電動(dòng)汽車(chē)柔性需求響應(yīng)模型，控制系統(tǒng)通過(guò)直流母線(xiàn)電壓信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)終端設(shè)備協(xié)同實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)柔性需求功率調(diào)節(jié)，降低通信復(fù)雜度和成本，極大程度地提升了負(fù)載的可擴(kuò)展性。同時(shí)，用戶(hù)可以根據(jù)自身意愿調(diào)整參與柔性功率調(diào)節(jié)的負(fù)載種類(lèi)和數(shù)量；系統(tǒng)可以在不同程度的用戶(hù)意愿參與度下進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)。
在能源控制方面，DC-RL采用了一種無(wú)模型的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（DRL）算法Soft-Actor-Critic（SAC）來(lái)調(diào)整需求以匹配可再生供應(yīng)，同時(shí)保持用戶(hù)滿(mǎn)意度。DC-RL在可再生能源供需匹配上提升了38%，同時(shí)提升了9%的用戶(hù)滿(mǎn)意度。與基線(xiàn)方法相比（圖2），DC-RL降低了負(fù)載響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了柔性負(fù)載快速精準(zhǔn)響應(yīng)；由于DC-RL基于無(wú)模型的強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法，避免了模型預(yù)測(cè)誤差對(duì)控制策略的影響，提升了面對(duì)不確定性較大負(fù)載時(shí)的穩(wěn)定性。
圖2.DC-RL與基線(xiàn)方法控制效果比較
相關(guān)成果近日以“一種結(jié)合分布式直流能源系統(tǒng)和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的可再生建筑能源系統(tǒng)新型運(yùn)行方法”（A novel operation method for renewable building by combining distributed DC energy system and deep reinforcement learning）為題，發(fā)表于《應(yīng)用能源》（Applied Energy）期刊上。
清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2019級(jí)直博生鄧翔天為論文的第一作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院張一副教授為論文的通訊作者。論文作者還包括清華大學(xué)建筑學(xué)院江億院士、清華大學(xué)自動(dòng)化系張毅教授、中國(guó)建筑科技集團(tuán)齊賀教授級(jí)高級(jí)工程師。該研究得到中國(guó)建筑集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和中國(guó)南方電網(wǎng)公司基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.122188
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
