基于空调分组聚类大规模空调负荷虚拟调峰机组构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力需求侧管理技术领域，尤其涉及一种基于空调分组聚类大规模空 调负荷虚拟调峰机组构建方法。
【背景技术】
[0002] 随着先进计量体系（AdvancedMeteringInfrastructure，AMI)和智能家居的发 展，国外已有针对居民空调的远程负荷控制项目。这些项目要求用户侧安装一种称作温控 器（thermostats)的可编程逻辑控制装置，电力公司向温控器发送无线电控制信号，以实 现对空调的轮停控制（dutycyclingcontrol，DCC)。美国目前已有近50%的家庭安装了温 控器，大多数电力供应商提供空调控制服务，如长岛电管局的LIPAedge项目，超过2万户家 庭接受DCC;澳大利亚ETSAAirConditionerCycling项目，向居民用户提供4种轮停控制 策略，取得了显著的削峰和节电效果。居民空调数据巨大，并且因住宅的朝向、外墙和内部 结构千差万别引起的空调负荷差别很大，不可能将每个用户的每台空调机组作为独立的受 控对象，必须实施聚类分组，构建一台或几台虚拟调峰机组参与控制。现有文献对这方面的 研宄成果很少；基于聚类分析和时间浓缩的空调可靠性评估《工业工程与管理》2013年第4 期|刘卫东宋浩玮赵志伟李捷南昌大学机电工程学院江西南昌330031珠海格力电器股份 有限公司广东珠海519070 ;基于火电机组容量差异的调峰辅助服务补偿机制改进模型《电 力系统自动化》2013年第4期|赵晓丽王玫赵越吴秋兵华北电力大学经济与管理学院北京 市102206华北电力大学低碳经济与贸易研宄所北京市102206新能源电力系统国家重点实 验室、华北电力大学北京市102206。
[0003] 现有技术无法解决受控容量小、数量多的小型单体空调参与远程调峰控制的问 题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于空调分组聚类大规模空调负荷虚拟调峰机组构 建方法，旨在解决受控容量小、数量多的小型单体空调参与远程调峰控制的问题。
[0005] 本发明是这样实现的，一种基于空调分组聚类大规模空调负荷虚拟调峰机组构建 方法：根据热力平衡原理，建立空调停机和运转时室温时变模型，模拟出不同外界环境、不 同建筑结构、不同空调制冷功率的房间室温变化过程，并推导得出特征温度RCT和温变指 数TCI两个影响室温的关键参量，将该两个参量作为受控空调房间的特征属性，特征属性 相近表明受控空调的控制响应速度、可控制时间及用户舒适度均近似。进而采用聚类分析 方法，将特征属性相近的受控空调整合成一个大容量虚拟空调参与调峰控制，从而实现大 规模空调负荷虚拟调峰机组的搭建，满足了受控容量小、数量多的小型单体空调参与调峰 控制的需求。将大量的单体空调在设定的市场运作规则下进行聚类分组，构建起若干台虚 拟调峰机组参与调峰控制，满足大规模居民空调参与调峰控制的需求，减少调峰控制中的 决策变量，便于电力调度指令下发和管理。
[0006] 具体步骤包括：
[0007] 步骤一、根据热力平衡原理，建立空调停机和运转时室温时变模型，模拟出外界环 境、不同建筑结构、不同空调制冷功率的房间室温变化过程，并推导得出特征温度RCT和温 变指数TCI两个影响室温的关键参量；
[0008] 步骤二、以特征温度RCT和温变指数TCI为特征属性，在设定的市场运作规则下， 采用聚类技术实施居民空调分组；
[0009] 步骤三、将聚类结果中归属为同一簇、申报占空比相同的空调归并为一组；对于同 时愿意参与任意占空比控制的空调，则完全根据聚类结果划分组别；
[0010] 步骤四、由组中空调特征属性的均值确定该组的典型特征温度4,,/<和典型温 变指数足7^,该组的空调制冷能力、制冷空间是组中所有成员空调制冷能力、制冷空间之 和，将每一组作为一台虚拟调峰机组，响应电力调度中心的调峰控制。显著减少调峰控制中 的决策变量，满足了受控容量小、数量多的小型单体空调参与调峰控制的需求，便于电力调 度指令下发和管理。
[0011] 进一步，所述的基于空调分组聚类大规模空调负荷虚拟调峰机组构建方法的市场 运作方法如下：
[0012] (1)电力公司事先明确DCC执行的时间，并事先确定DCC用户的补偿价格。
[0013] (2)电力公司采用签约的方式吸纳居民用户参与DCC项目，用户需要上报的信息 包括：①空调制冷面积、房间层高和楼层位置；②空调额定的制冷功率、额定制冷量和能效 比；
[0014] 居民用户可能同时使用多台空调，对于这种情况，允许用户按其空调使用习惯决 定按多台上报还是综合为一台上报；作为一台上报时，需将所有空调的制冷量、电功率和所 涉房间面积加总后上报，电力公司进而根据上述参数对居民空调进行分组；
[0015] (3)用户可同时申报希望参与的热舒适度档位，用bti= 1表示用户k愿意参与特 定的第i档，bti= 0表示用户k不愿意参与特定的第i档；用户也可表示愿意参与所有档 位、交由电力公司决定其档位，此时置bkjibk，n=bk，m= 1 ;
[0016] (4)约定DCC期空调温度设定值TS6t，该值决定了DCC期室温的下限。
[0017] 进一步，基于空调分组聚类大规模空调负荷虚拟调峰机组构建方法中，居民空调 轮停控制过程中，每一控制周期由停机期、制冷期和维持期三个阶段构成；
[0018] 停机期的房间热平衡方程为：
[0020] 制冷期的房间热平衡方程为：
[0022] 其中：Ca= 0. 28X/(kg?°C)，为空气定压重量比热；Vk为用户k的制冷空间体积， 由制冷面积与层高之积计得；Pa= 1. 29kg/m3,为室内空气密度；Tk，niMff (t)和Tk，niMn(t) 分别为用户k在第n个控制周期停机期t时刻的室温和制冷期t时刻的室温；Tn°ut为第n 个控制周期的室外气温；Qk，nelPQkx分别为瞬时得热量和建筑内墙面蓄热量，分别为：
[0025] 上式中，ak和0k，nS由建筑物面积、围护结构传热系数、第n控制周期外界气温 决定的系数；Sk为内墙面蓄热系数（单位WAm2* °C))、Akin为内墙面积（单位m2)。
[0026] 进一步，居民空调房间在停机期的室温时变方程为：
[0028] 居民空调房间在制冷期的室温时变方程为：
[0030] 上两式中，为了简化公式，用\nK、BkK、Xk，代号表示建筑热工参数、空调参数、蓄热 参数等，分别为
[0031] TtniMff (0)和Tk，ni!?(0)分别为用户k在第n个控制周期停机期初始0时刻的室 温和制冷期初始〇时刻的室温；ak和k，nS由建筑物面积、围护结构传热系数、第n控制 周期外界气温决定的系数；Sk为内墙面蓄热系数，单位WAm2 ?°C) ;Akin为内墙面积，单位 m2〇
[0032] 本发明的基于空调分组聚类大规模空调负荷虚拟调峰机组构建方法满足了大规 模居民空调参与轮停控制的需求，大大减少了轮停控制策略优化模型中的决策变量，能够 减少90%以上，便于电力调度指令下发和管理。且空调参与数量越多，效果越明显。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明实施例提供的基于空调分组聚类大规模空调负荷虚拟调峰机组构 建方法流程图。
【具体实施方式】
[0034] 为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下：本发明不存在软件或方法的创新。
[0035] 本发明根据得到的特征温度RCT和温变指数TCI两个影响室温的关键参量，采用 聚类分析的方法，将大量的单体空调在设定的市场运作规则下进行聚类分组，构建起若干 台虚拟调峰机组参与调峰控制，显著减少调峰控制中的决策变量，满足大规模居民空调参 与调峰控制的需求，便于电力调度指令下发和管理。
[0036] 请参阅图1:
[0037] 本发明是这样实现的，一种基于空调分组聚类大规模空调负荷虚拟调峰机组构建 方法包括：
[0038] S101、根据热力平衡原理，建立空调停机和运转时室温时变模型，模拟出外界环 境、不同建筑结构、不同空调制冷功率的房间室温变化过程，并推导得出特征温度RCT和温 变指数TCI两个影响室温的关键参量；
[0039] S102、以特征温度RCT和温变指数TCI为特征属性，在设定的市场运作规则下，采 用聚类技术实施居民空调分组；
[0040] S103、综合考虑用户占空比档位的申报情况，将聚类结果中归属为同一簇、且申报 占空比相同的空调归并为一组；对于同时愿意参与任意占空比控制的空调，则完全根据聚 类结果划分组别；
[0041] S104、由组中空调特征属性的均值确定该组的典型特征温度和