统一最大削减负荷持续时间的变频空调群组潜力评估方法与流程

文档序号：11430561阅读：246来源：国知局

本发明涉及一种评估方法，具体涉及一种统一最大削减负荷持续时间的变频空调群组潜力评估方法，属于电力需求响应技术领域。

背景技术：

空调负荷是居民负荷的主要组成部分，变频空调在市场占有的份额越来越大，且其具有良好的调节特性，因此对变频空调参与需求响应的控制方法进行研究很有必要。变频空调可以通过改变压缩机的转速而连续地调节其容量以适应动态变化的空调房间负荷需要，较常规定速空调器具有更优越的运行经济性和舒适性。目前空调需求响应的控制方法主要包括开关控制、周期性暂停控制和提高设定温度，变频空调的工作原理决定了其只适合提高设定温度的控制方法。变频空调提高设定温度后，将以最低频率运行一段时间，不同的设定温度和空调参数，最大削减功率的大小和持续时间的长短不一致，较难统一控制，为实现空调群组削减负荷的平稳和准确，本文提出了通过统一最大削减负荷持续时间的变频空调群组需求响应控制方法。

技术实现要素：

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种统一最大削减负荷持续时间的变频空调群组潜力评估方法，本发明提供一种基于变频空调工作原理和房间一阶热参数模型的变频空调功率模型，在此基础上提出了统一最大削减功率持续时间，建立负荷削减模型，实现平稳准确削减空调群组负荷并抑制反弹负荷，评估群组需求响应潜力的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种统一最大削减负荷持续时间的变频空调需求响应控制方法，在变频空调模型的基础上，考虑提高设定温度的需求响应控制方法，通过确定统一的最大削减负荷持续时间，计算各台空调的稳定削减功率和设定温度，建立负荷削减模型，确定空调群组的控制方案，设计群组退出受控流程，保证负荷削减的平稳准确和退出受控后的负荷平稳，评估空调群组的潜力。

上述方法包如下步骤：

(1)建立变频空调的负荷模型，

(1.1)建立房间模型，

房间模型主要描述空调房间在室内外冷热源作用下的温度变化，当前基于空调房间热力学的仿真中最常用的为等效热参数模型，其原始微分方程过于复杂，其简化后的一阶微分方程形式如下：

式中，tin(t)为t时刻室内气体温度，℃；r为空调房间等效热阻，ω；c为空调房间等效热容，f；tout(tk)为tk时刻室外环境温度，℃；qac(tk)为时刻tk注入房间的冷量，kw；

(1.2)建立控制系统模型；

变频空根据室内温度与用户设定温度之差δt来计算目标频率f，室内温度传感器每一分钟检测一次δt：

(1.3)功率和制冷量模型，

相关文献的一系列实验证明变频空调的电功率及制冷功率与压缩机的频率、冷凝器的外部温度、蒸发器的回水温度成一次线性关系。可建立空调功率与室内温度、室外温度、频率之间的一次函数关系，空调冷量与室内温度、室外温度、频率之间的一次函数关系：

p(tk)＝a1+b1tin(tk)+c1tout(tk)+d1f(tk)(3)

q(tk)＝a2+b2tin(tk)+c2tout(tk)+d2f(tk)(4)

其中，a1为空调功率常数项，kw；b1为空调功率室内温度系数，kw/℃；c1为空调功率室外温度系数，kw/℃；d1为空调功率频率系数，kw/hz。a2为空调冷量常数项，kw；b2为空调冷量室内温度系数，kw/℃；c2为空调冷量室外温度系数，kw/℃；d2为空调冷量频率系数，kw/hz。根据空调的运行特点和大量实际运行数据分析，在压缩机的频率、冷凝器的外部温度、蒸发器的回水温度在一定范围内时，系数为定值，a1为负，b1、c1、d1为正，c2为负，a2、b2、d2为正；

(2)空调参与需求响应控制相关参数计算，

通过一定的需求响应控制手段控制空调运行，即使得空调升高温度后的稳定削减功率和最大削减功率以及最大削减功率持续时间可控。由空调的最大削减功率持续时间tlast2，可以推导出空调新的设定温度tset2，根据tset2可以推导出空调的重新稳定运行时的频率，继而推导出稳定削减功率，空调最大削减功率即空调正常运行的功率和最低频率运行时的功率之差，

相关参数计算公式如下：

(2.1)室温上升时间，

因此，空调设定温度由室温ts1调到温度上限tss(tss＞ts1)，带入公式(1)可以推导升温过程的持续时间tlast,i：

其中qmin为最小频率时注入的冷量，

(2.2)最大削减功率，

最小频率时，将室内温度tin近似为ts1，室外温度tout视为定值，代入公式(3)可得空调功率为pmin＝a1+b1ts1+c1tout+d1fmin。设定温度提高前的功率可以近似为p＝a1+b1ts1+c1tout+d1fs1，最大削减功率为

δpmax＝d1(fs1-fmin)(6)，

(2.3)设定温度计算，

空调保持最小频率运行时，根据公式(1)室温在δt内变化的大小δtin,min可近似为：

空调原状态运行时，根据公式(1)室温在δt内变化的大小δtin,max可近似为：

因此新的设定温度应为

(2.4)运行频率估算，

根据新的设定温度ts2和室外温度tout(tk)，代入公式(1)，整理可得将其代入公式(4)，得到压缩机的设定频率fs2：

(2.5)稳定削减功率，

将tset2，fs2代入公式(3)，得到稳定削减功率为

δpw＝b1(ts1-ts2)+d1(fs1-fs2)(11)

(3)建立群组负荷削减模型；

(3.1)假设小组中共有n台空调(n≥k)，目标为在tct时间内响应削减电力pm，统一的最大削减功率持续时间为tlast2，计算第i台空调新的设定温度ts2,i和稳定削减功率δpw,i，最大削减功率δpmax,i，求解负荷削减模型，计算各时段受控的空调台数，

(3.2)选择第一个时段的受控空调，以受控空调削减功率之和与目标削减功率偏差最小为目标：

其中，α1,i为空调在第一时段是否受控，1为受控，0为不受控，δpmax,i为第i台空调最大削减功率。求解出受控空调编号为集合ct1；

(3.3)选择第二个时段的受控空调，以受控空调削减功率之和与目标削减功率偏差最小为目标：

其中，δpw,i为第i台空调稳定削减的功率，α2,i为第i台空调在第二个时段是否受控，1为受控，0为不受控，

约束条件：只可以调用未参与第一个时段的空调：

α1,i+α2,i≤1i＝1,2,...,n(14)；

受控空调编号为集合ct2；

(3.4)以此类推，选择第k个时段的受控空调，以受控空调削减功率之和与目标削减功率偏差最小为目标：

其中，αn,i为第i台空调在第n个时段是否受控，1为受控，0为不受控；

约束条件：只可以调用未参与前n-1个时段的空调：

α1,i+α2,i+...+αk,i≤1i＝1,2,...,n(16)

受控空调编号为集合ctk；

(4)设计空调群组需求响应潜力评估流程，

(4.1)计算一个群组中各台空调设定温度提高至上限时的最大削减功率持续时间tlast,i，再计算群组统一的最大削减功率持续时间tlast2，tlast2满足

tlast2≤tlast,ii＝1,...,n(17)

k×tlast2＝tctk∈z(18)

为保证空调群组的需求响应潜力最大，k尽量小；

(4.2)计算各台空调新的设定温度和稳定削减功率；

(4.3)评估空调群组的需求响应潜力，假设空调群组的最大削减功率目标值为δpmax，由负荷削减模型求解控制方案，当受控的空调数量大于上限，实际的削减功率与目标削减功率的最大误差也小于允许值时，该假设的目标削减功率即为空调群组的最大需求响应潜力。否则，当受控空调数量小于上限时，增大目标削减功率；当实际的削减功率与目标削减功率的最大误差大于允许值时，减小目标削减功率。

(5)设计空调群组退出受控流程，

(5.1)计算各台空调降低到原始设定温度，最高频率运行的持续时间，根据公式(1)得到：

选择控制时间间隔δttc，其尽量小，但大于等于所有空调的最高频率运行持续时间，满足：

δttc≥tre,ii＝1,2,...,n(20)；

(5.2)每个δttc时段，选择nc台空调退出受控，nc台空调变为最高功率运行，在δttc内均逐步降为原始设定温度运行的功率，下一个时段，再选择nc+1台空调退出控制，直至所有空调都退出受控，每个时段控制整个群组的总功率不大于正常运行时的功率的一定范围。

第c个时段选择nc台空调退出受控：

其中，α为允许大于正常运行的功率的范围，p1为不受控的空调的平均功率，nc为原控制方案中受控的空调总个数，nj为第j个时段退出控制的空调台数，pch为受控中的空调的平均功率，pmax为保持最大频率运行时的功率。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案考虑变频空调功率冷量和频率之间的关系，在房间一阶等效热参数模型的基础上建立了变频空调负荷模型，与实际变频空调的运行情况更贴近，保证了模型的实际意义；2)该技术方案采用了统一最大削减负荷持续时间，计算各台空调在设定温度提高的上限的最大削减负荷持续时间，确定统一的最大削减负荷持续时间，计算各台空调的设定温度和稳定削减功率，实际采取提高设定温度的方法实现变频空调的负荷削减，实用价值更高，在用户的舒适度允许范围内进行控制；充分利用了变频空调提高设定温度后以最低频率运行时的最大削减功率；3)本发明提到的负荷削减办法，模型的准确性是在假设室外环境温度不变的前提下，考虑全天室外环境温度变化，目标削减时间不宜过长，以实现负荷削减的平稳准确，空调分组投入控制，先投入的空调受控时间相对较长但在用户运行受控时间内，不会影响用户的舒适度；4)本发明提出的空调群组潜力评估方法，可以充分挖掘空调群组的需求响应潜力，保证尽可能多的空调参与控制，且削减效果平稳准确；5)本发明中考虑了空调退出控制反弹负荷较大，设计了群组退出受控的流程，减小了退出受控后空调负荷对系统运行的冲击。

附图说明

图1为本发明实施流程图；

图2为本发明抽象后的单台空调提高设定温度后的负荷变化曲线；

图3为本发明理论空调群组负荷削减曲线；

图4为本发明实际负荷削减曲线；

图5为本发明理论退出受控后负荷曲线。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：一种统一最大削减负荷持续时间的变频空调需求响应控制方法，所述方法包括

以下步骤，(1)建立变频空调的负荷模型，

(1.1)建立房间模型，

式中，tin(t)为t时刻室内气体温度，℃；r为空调房间等效热阻，ω；c为空调房间等效热容，f；tout(tk)为tk时刻室外环境温度，℃；qac(tk)为时刻tk注入房间的冷量，kw。

(1.2)建立控制系统模型，

变频空根据室内温度与用户设定温度之差δt来计算目标频率f，室内温度传感器每一分钟检测一次δt：

(1.3)功率和制冷量模型，

p(tk)＝a1+b1tin(tk)+c1tout(tk)+d1f(tk)(3)

q(tk)＝a2+b2tin(tk)+c2tout(tk)+d2f(tk)(4)

(2)空调参与需求响应控制相关参数计算，

通过相关参数的计算控制空调运行，即使得空调升高温度后的稳定削减功率和最大削减功率以及最大削减功率持续时间可控，提高设定温度后负荷变化情况如附图2所示。由空调的最大削减功率持续时间tlast2，可以推导出空调新的设定温度tset2，根据tset2可以推导出空调的重新稳定运行时的频率，继而推导出稳定削减功率。空调最大削减功率即空调正常运行的功率和最低频率运行时的功率之差。