一种基于等舒适度损失原则的中央空调负荷削减调温方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力需求响应领域，主要涉及商务楼宇参与需求响应的策略，该策略 在基于楼宇内部房间差异性的中央空调模型基础上，依据等舒适度损失的原则，制定了商 务楼宇通过中央空调负荷削减参与需求响应的方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统负荷不断增长，需求响应技术越来越引起重视。针对当前第三产业 发达的大城市，商务楼宇负荷占全部负荷比重日益提高，因而商务楼宇正逐渐被视为重要 的需求响应资源。商务楼宇参与需求响应的主要设备是楼内中央空调系统，中央空调系统 由于自身系统特点决定了其负荷的可控性，理论上中央空调系统的复合控制方式有多种， 但目前主要研究的方法是中央空调的轮停技术。中央空调的轮停技术实现方法较为简单， 负荷削减效果明显，但是中央空调机组反复的启停势必对系统产生不利的影响，并且从用 户实际情况出发，通过末端温度设定值的改变的方法更为直接方便。此外，目前的中央空调 负荷削减方法也少有考虑用户舒适度的，对于实施空调负荷削减后，用户舒适度损失情况 缺乏有效地评估。所以本文在此背景下提出了一种基于等舒适度损失原则的中央空调负荷 削减调温方法。
【发明内容】
[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种针对商务楼宇内部 各房间差异性的中央空调功率模型，在此基础上基于楼宇内部各房间舒适度损失值相等的 原则，制定了合理的中央空调各房间调温方法，并通过室内各房间冷负荷的组合实现商务 楼宇负荷的平缓。
[0004] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0005] -种基于等舒适度损失原则的中央空调负荷削减调温方法，在中央空调模型的基 础上，考虑各个房间的末端设定温度值以及商务楼宇中各个房间的室内冷负荷状况，依据 各个房间的人体舒适度损失值相等的原则，获得各个房间的负荷削减持续时间，进而进行 各个房间的调温控制，实现中央空调系统的负荷削减。
[0006] 上述方法包如下步骤：
[0007] (1)建立考虑商务楼宇内部各房间差异性的中央空调模型
[0008] 设中央空调系统的室内冷负荷由η个单一空间构成，即商务楼宇内部总共有η个 房间，每个房间有一个末端设定温度，每个房间的末端均安装一台风机；
[0009] 建立风机的物理模型如下：
[0010]
[0011] 其中：Pfan为末端风机总功率，kW ;P fani为第i个房间的风机功率，kW，i e [1，n]; mal"为第i个房间的风机实际风量，kg/s ;QSl为第i个房间的室内冷负荷，kW ;TNl、TSl分别 为第i个房间的室内空气设计温度和送风温度，°C;c_= 1.0 lkJAkg. °C )，为干空气定压 比热；fal"为第i个房间的风机流量比；m_deslgn为风机设计最大风量，kg/s ;f pll为第i个 房间的部分负荷因数；cfl、cf2、c f3、cf4为风机特性系数；P fani为第i个房间的风机功率，kW ; Λ P为风机设计压力，Pa ;efan为风机效率；P _为空气密度，kg/m3;
[0012] 对风机模型进行如下的数学处理：
cfl>0, c' f2>0, c' f3〈0, c' f4>0 ;对上式求导得：
[0015] dPfani/dQSl= c' f2+2c' f3 · QSl+3c' f4 · Qsi2
[0016] 求得导数函数最小值为：
[0017]
-:/.4
[0018] 考虑实际情况，上式始终大于零，因而有第i个房间的风机功率Pfani关于第i 个房间的室内冷负荷Qsi是单调递增的；同时，由于P fani表达式关于Q Sl存在2阶连续 导数，因而可以对Pfani表达式进行分段线性插值，实现P fani表达式的分段线性化，得到 ?_=以11)^^汍1)，其中1^汍 1)为€汍1)的分段线性插值函数，得到在各插值区间内
3此通过分段线性插值，可以将所有房间的风机功率之和 ./:=1' 1=\ 1=\ 转化为室内冷负荷之和的函数，
[0019] 建立制冷机的物理模型如下：
[0020]
[0021] 其中：Pehlllel^制冷机功率，kW ;Q avall为制冷机可用冷量，kW ;Q 为制冷机名义冷 量，kW ;PLRehlllra^J部分负荷率；Qelse为室内其余产热负荷量（包括照明负荷以及散热量以 及人员产热量），kW ;C0Praf为制冷机名义制冷系数；CEP为制冷机EIR与部分负荷率的关系 因数，= +? ，a3、b3、C 3为制冷机特性系数；
[0022] 建立中央空调功率与室内冷负荷之和的模型，即：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 其中：DI1⑴表示t时刻第i个房间的人体舒适度指数；T1⑴表示t时刻第i个 房间的室内温度；RH 1U)表示t时刻第i个房间的相对湿度；V1U)表示t时刻第i个房间 的风速，m/s Jraf为基准温度，°C; /)/,v表示第i个房间内人体在Λ t时间内的累积舒适度 的损失值；Δ h为第i个房间的负荷削减持续时间（也是舒适度损失的持续时间），min ;k 为比例系数；t为第i个房间的负荷削减起始时刻；DI 为基准舒适度，即室内人体感觉最 舒适的舒适度值；D/"V|为基准房间内用户在其受控时间Λ t。内的累积舒适度的损失值，为 预先的设定值；
[0027] (3)建立目标函数
[0028]
[0029] 其中：Λ t_x为最长的负荷削减持续时间，即所有η个Λ t i中的最大值。
[0030] 有益效果：本发明提供的基于等舒适度损失原则的中央空调负荷削减调温方法， 相对于现有技术，具有如下优点：
[0031] 1、本发明方法考虑商务楼宇内部各房间的差异性，建立了中央空调的功率模型， 与实际中央空调运行情况更贴近，保证了模型的实际意义；
[0032] 2、本发明所采用的中央空调负荷削减方法不是传统的中央空调机组轮停技术，采 取的是室内房间升高设定温度的方法，实现中央空调系统的负荷削减，实用价值更高，且不 会对中央空调系统产生磨损等不利影响；
[0033] 3、本发明提到的负荷削减方法，是基于舒适度损失相等的原则提出的；现有的中 央空调负荷削减技术，稍有考虑舒适度的，对于实施中央空调负荷削减时，也缺少对用户舒 适度损失情况的计算；而本发明中的等舒适度损失原则，则量化了用户舒适度的损失值，并 以此作为削减方案制定的标准；
[0034] 4、本发明中，将负荷削减量映射到冷负荷削减量，通过冷负荷的组合使得冷负荷 削减量达到尽量平缓的目标，从而实现单一楼宇负荷削减量的平缓化，实现了单个楼宇负 荷削减曲线的整形，而冷负荷是关于设定温度的函数，因而等舒适度原则下的温度设定策 略可以转换为冷负荷的组合策略，因此最终从操作角度，只需要对调温策略进行组合，即可 等效地实现室内负荷组合整形。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明实施流程图；
[0036] 图2为等舒适度损失原则下，参考房间削减策略为25°C，持续时间120分钟情况 下，其它房间削减策略解集曲线。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0038] 如图1所示为本发明的具体实施步骤流程图，其详细步骤如下：
[0039] 步骤一：建立考虑商务楼宇内部各房间差异性的中央空调模型
[0040] 1. 1考虑商务楼宇每一个房间冷负荷之和建立如下的中央空调功率模型：
[0041 ] PaC P fan+Ppump+Pchiller+Pcoolingtower+Pcoolingpump
[0042] 其中：PAe为中央空调功率，P fan为末端所有风机总功率，P _p为冷冻水栗功率， Pai11ct为制冷机功率，P _lingtc_S冷却塔功率，P _ling_P为冷却水栗功率；由于P _P、 P_iing_p和p 在系统运行中的占比较小，因而可以忽略P _Φ、P coolingpump萍口 P coolingtower 随系统运行而发生的变化，将？_|5上。。11__和13。。。 11_。1^视为常数；故在上述中央空调功率 模型中，可变量仅为PfaJP p Ai11ct。
[0043] 假设中央空调系统的室内冷负荷由η个单一空间构成，即商务楼宇内部总共有η 个房间，每个房间有一个末端设定温度，每个房间的末端均安装一台风机。基于该假设进行 后续步骤。
[0044] 1. 2建立风机的物理模型
[0045]
[0046] 其中：Pfani为第i个房间的风机功率，kW，i e [l，n] ;mairi为第i个房间的风机实 际风量，kg/s ;QSl为第i个房间的室内冷负荷，kW ;T Nl、TSl分别为第i个房间的室内空气设 计温度和送风温度，°C ;cau= I. 01kJ/(kg. °C )，为干空气定压比热；f aiH为第i个房间的 风机流量比；Hiall^slgn为风机设计最大风量，kg/s ;f pll为第i个房间的部分负荷因数；c fl、 Cf2、Cf3、Cf4为风机特性系数；P fani为第i个房间的风机功率，kW ;Λ P为风机设计压力，Pa ; efan为风机效率；P _为空气密度，kg/m3。
[0047] Tsi可以通过实际测量确定，并且认为送风温度恒定；风机特性系数、风机设计压 力和风机效率可以通过风机提供的参数确定。
[0048] 1. 3建立制冷机的物理模型
[0049] 首先中央空调制冷量因数CC可以约等于1，因而有：
[0050] QavalI= Qref * CC = Qref
[0051] 据此建立制冷机的物理模型为：
[0052]
[0053] 其中：Pehlllel^制冷机功率，kW ;Q avall为制冷机可用冷量，kW ;Q 为制冷机名义冷 量，kW ;PLRehlllra^j部分负荷率；Qelse为室内其余产热负荷量（包括照明负荷以及散热量以 及人员产热量），kW ;C0Praf为制冷机名义制冷系数；CEP为制冷机EIR与部分负荷率的关系 因数，CEF二，a3、b3、C3为制冷机特性系数。Qelse可以通过实 际测量确定；Qavall