一种电网友好型空调控制器及其控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种电网友好型空调控制器及其控制方法。该装置包括空调控制MCU模块、电网参数检测模块、温度测量模块、储存模块、通讯模块、显示功能模块和电源模块。所述电网参数检测模块能够按照一定周期检测并存储电网的实时电压及频率。所述温度测量模块可实时检测并存储当前环境温度。所述存储模块储存有两种工作模式数据。所述显示功能模块用于显示当前的电网参数、环境参数以及空调的工作状态。所述空调控制MCU模块用于根据电网电压变化情况实时调整空调运行参数，控制空调的运行状态。该装置以不影响用户用电体验为前提，实现空调负荷参与电网友好响应，有利于提高电网安全稳定运行的能力。
【专利说明】—种电网友好型空调控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空调控制器，具体涉及一种电网友好型空调控制器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]“电网友好”的概念最早由瑞典的Thiringer T教授提出。随后，这一概念多被使用在可再生能源的并网领域，成为风电、太阳能等波动性新能源并网的一个重要目标，但是其明确的含义并没有统一。在智能电网的体系框架下，电网友好被赋予了新的内涵，其技术核心是电源和负荷分别主动与电网协调互动，更经济、快捷、可靠地提高电力系统的平衡能力。
[0003]电网友好包括电网友好的发电和用电技术两方面。电网友好发电技术的提出主要是针对波动式新能源发电并网难的问题。围绕提高电网平衡能力的核心问题，对新能源电源而言，主要是提高其发电的可预测性、稳定性、可调可控性，在各种工况下以有利于电网稳定的方式运行，如低电压穿越；对传统电源而言，主要是提高爬坡能力、调峰能力、调频能力等可调可控能力。电网友好的用电技术主要体现在改善负荷的时间特性、频率特性和电压特性，以提高电力系统不同时间尺度的平衡能力，如目前欧美普遍开展的需求侧响应；同时，用电设备尽可能降低对系统电能质量的影响。电网友好技术强调的是主动参与、灵活互动和高度协调，是智能电网技术的重要组成部分，是智能电网发电和用电环节各种关键技术的高度概括。
[0004]电网友好的用电技术是指负荷能够主动参与电网的协调互动，通过改善负荷的时间特性、频率特性或电压特性，提高电力系统的平衡能力。具体来说，就是负荷能够主动参与电网的协调互动，当电网处于不稳定或异常状态时，能够主动迎合电网的需求对负荷做出必要调整，同时又考虑到用户的用电感受，从技术上可预防和避免电网大事故的发生，进而节省不必要的人力和资源浪费。
[0005]适用于电网友好技术的负荷主要是可中断负荷。在电力负荷中，一些负荷短时间中断并不影响用户的感受或设备的工作情况，这些负荷可以作为电网管理的备用容量。一股通过发电侧的容量调节电网速度较慢，而且成本较高；相比之下，通过负荷侧的管理不仅可以在短时间内响应电网的运行，而且成本相对较低，还可以减少电力功率和电量消耗，降低高峰用电，有效节约能源。
[0006]在居民用电中，可用于电网友好技术的负荷包括:①空调、②电冰箱、③洗衣机、④电热器、⑤热水器、⑥电动汽车等。
[0007]近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，用电需求节节攀升。特别是空调负荷的急剧增长已经成为季节性电力紧张的最主要原因。尤其是在广州，上海等都市化的大城市，其用电结构主要以居民住宅、商业等第三产业、办公、写字楼负荷为主，这类负荷对于气温变化敏感度较高，高温天气下，空调降温负荷所占比例可突破40%。据统计，2004年我国华东、华中等电网夏季空调负荷已占尖峰负荷的30%左右，其中北京、上海等大城市空调负荷已占尖峰负荷的40 %?50 %。2011年广西省空调用电负荷已经达到全区用电总负荷1/3。2012年重庆空调负荷比重已从往年的占比三分之一上升至40%，高峰时刻更是超过400万千瓦。而且这种增长趋势还会加快，因而调节空调负荷在峰段和谷段的比例，对于避免与工业生产抢电，调节城市电网的负荷分配有着重要的意义。
[0008]空调的主要动力是异步电动机，具有与异步电动机相似的负荷特性。空调负荷的静态无功-电压特性表现为:在额定电压附近，空调负荷的无功随电压的升降而增减，当电压明显低于额定值时，无功功率随电压下降反而具有上升的性质。空调负荷的这一无功-电压特性对电网的电压稳定性将具有明显的负作用。这是因为，要维持整个系统的电压水平，必须有足够的无功电源来满足系统负荷对无功功率的需求和补偿无功功率的损耗。如果系统无功电源不足，则会使电网处于低电压水平上的无功功率平衡，即靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功电源的不足。然而空调负荷在低电压时吸收无功功率反而增加的特性，将进一步降低电网的电压水平，从而对电网的电压稳定性产生威胁。
[0009]空调的特殊的自身特性会对电网产生极大的冲击，严重的时候甚至导致电网的崩溃，因此，研究空调负荷对配电网电压的影响是十分有必要的，对于配电网电压的稳定有着重要的意义。另外，空调负荷这类环境敏感型负荷易受用电环境的影响，在不同的季节，空调负荷所占的比重大不相同。据资料显示，在夏季，空调负荷在某些南方大型城市所占的比重甚至高达50%。在家庭用电设备中，空调相对于洗衣机、冰箱等电网友好型负荷，使用功率也大的多，这些也使得将空调负荷作为研究对象是实实在在有必要的。最后，当我们做电网电压的调整时，短时间的切掉部分空调，对用户的感官不会产生太多的影响，增减了我们的研究空调负荷的可行性。所以，若能使空调能主动响应电网运行，根据不同的用电环境及当前电网的实时状态(如电网电压)，自动调整优化其自身的用电方式，在不影响用户用电体验的同时，又有利于协助维持电网的安全稳定运行。
【发明内容】
[0010]本发明旨在发明一种能够主动响应电网运行，根据当前电网的实时电压，自动调整优化其自身的用电方式，在不影响用户用电体验的同时，又有利于协助维持电网的安全稳定运行的电网友好型空调控制器及其控制方法。
[0011]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0012]一种电网友好型空调控制器，包括空调控制MCU模块、电网参数检测模块、温度测量模块、存储模块、通讯模块、显示功能模块和电源模块，电网参数检测模块、温度测量模块和电源模块的输出端与空调控制MCU模块电连接，存储模块、通讯模块和显示功能模块与空调控制MCU模块双向电连接。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述空调控制MCU模块采用具有16KB系统内存可编程flash的8位AVR微控制器Atmegal6。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述电网参数检测模块为AD及调理电路，用于将220V交流电信号转化为AD芯片能够处理的5V电压信号，实现对电网电压量的采集及处理，同时可以把不需要的干扰信号滤除，避免干扰，AD输出的结果实时传递给MCU模块。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述温度测量模块采用DS18B20数字温度传感器。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述通讯模块为红外学习模块。[0017]作为本发明的进一步改进，所述显示功能模块为触摸屏MT6050i。
[0018]本发明还包括一种应用于上述电网友好型空调控制器的空调控制方法，其特征在于包括如下步骤:
[0019]步骤一:电网参数检测模块按照一定的周期实时检测当前的电网电压；
[0020]步骤二:当电网电压水平达到空调的响应阈值时，空调控制MCU模块按照存储模块中储存的工作模式使空调调整其自身运行参数；
[0021]步骤三:当电网电压水平状况达到空调的恢复阈值时，空调控制MCU模块使空调恢复至原来运行状态；
[0022]步骤四:当被切断的空调经过一段时间再次处于温度控制的边缘时，空调将不考虑电网的运行状态而自动开启；自动开启后的一段时间内，不论电网电压状态如何，将不允许空调关闭。
[0023]作为本发明的进一步改进，所述的存储模块中储存的工作模式为以下两种:
[0024]工作模式一:
[0025]当电网电压偏离正常值且满足V≤Vtjff，且在At = m-T(m为常数)的时间段内一直满足V < Vtjff，则空调设备自动停止运行；当检测到电网电压恢复并满足V≥Vm，且在At = n-T(n为常数)的时间段内一直满足V≤Vm，则空调设备自动重新启动；其中VtjffS电压响应阈值，Von为电压恢复阈值，T为电压检测周期；
[0026]工作模式二:
[0027]在初始情况下，设此时电网的电压值为Vtl，用户设定的空调的温度为Ttl，其对应的温度上、下限分别为rt和rt，满足:
[0028]
【权利要求】
1.一种电网友好型空调控制器，其特征在于:包括空调控制MCU模块(I)、电网参数检测模块(2)、温度测量模块(3)、存储模块(4)、通讯模块(5)、显示功能模块(6)和电源模块(7 )，电网参数检测模块(2 )、温度测量模块(3 )和电源模块(7 )的输出端与空调控制MCU模块(I)电连接，存储模块(4)、通讯模块(5)和显示功能模块(6)与空调控制MCU模块(I)双向电连接。
2.根据权利要求1所述的电网友好型空调控制器，其特征在于:所述空调控制MCU模块(I)采用具有16KB系统内存可编程flash的8位AVR微控制器Atmegal6。
3.根据权利要求1所述的电网友好型空调控制器，其特征在于:所述电网参数检测模块(2)为AD及调理电路，用于将220V交流电信号转化为AD芯片能够处理的5V电压信号，实现对电网电压量的采集及处理，同时可以把不需要的干扰信号滤除，避免干扰，AD输出的结果实时传递给MCU模块。
4.根据权利要求1所述的电网友好型空调控制器，其特征在于:所述温度测量模块(3)采用DS18B20数字温度传感器。
5.根据权利要求1所述的电网友好型空调控制器，其特征在于:所述通讯模块(5)为红外学习模块。
6.根据权利要求1所述的电网友好型空调控制器，其特征在于:所述显示功能模块(6)为触摸屏MT6050i。
7.一种应用于权利要求1至6所述的电网友好型空调控制器的空调控制方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:电网参数检测模块(2)按照一定的周期实时检测当前的电网电压； 步骤二:当电网电压水平达到空调的响应阈值时，空调控制MCU模块(I)按照存储模块(4)中储存的工作模式使空调调整其自身运行参数； 步骤三:当电网电压水平状况达到空调的恢复阈值时，空调控制MCU模块(I)使空调恢复至原来运行状态； 步骤四:当被切断的空调经过一段时间再次处于温度控制的边缘时，空调将不考虑电网的运行状态而自动开启；自动开启后的一段时间内，不论电网电压状态如何，将不允许空调关闭。
8.根据权利要求7所述的空调控制方法，其特征在于:所述的存储模块(4)中储存的工作模式为以下两种: 工作模式一: 当电网电压偏离正常值且满足且在O?为常数)的时间段内一直满足 则空调设备自动停止运行；当检测到电网电压恢复并满足，且在(/?为常数)的时间段内一直满足则空调设备自动重新启动；其中^为电压响应阈值，Von为电压恢复阈值，T为电压检测周期； 工作模式二: 在初始情况下，设此时电网的电压值为匕，用户设定的空调的温度为/；，其对应的温度上、下限分别为和:T1Twrf，满足:
9.根据权利要求8所述的空调控制方法，其特征在于:所述电压响应阈值K,和电压恢复阈值 Von 随机化处理，取 Voff= Rand (0.924，0.93 Vn), Von = Rand (0.95 Vn,0.96 K)，其中，匕为电网的正常额定电压。
10.根据权利要求8所述的空调控制方法，其特征在于:所述电压响应阈值Voff为0.93匕，所述电压恢复阈值Von为0.954，电压检测周期r为ls，ffi和/7分别为f 10。
【文档编号】F24F11/00GK104019519SQ201410208090
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】曹小明, 张志丹 申请人:湖南智仁科技有限公司