一种分散式电采暖用电负荷特性分析方法与流程

本发明属于电力系统中电采暖领域，涉及一种分散式电采暖用电负荷特性分析方法。

背景技术：

在环境污染及化石能源紧缺的大环境下，实施电采暖对于推动我国能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展具有重大意义。

电采暖是利用电锅炉、热泵及各类耗电的发热装置等把电能转换为热能供给用户采暖，分为分散式与集中式电采暖两种。其中，分散电采暖设备主要有蓄热式电暖气、电热膜、发热电缆及热泵系统等。分散电采暖设备可以安装在地板、吊顶或墙面等位置，具有节水、节地、便于分室分时控制、实施行为节能的优点。目前，分散电采暖广泛应用于居民住宅、学校、医院、办公楼、写字楼等各类建筑中。

然而，大规模清洁供热的接入在满足能源清洁化要求的同时，也将给配电网的建设运行带来前所未有的挑战。所谓用电负荷特性，即是指采暖设备最终消耗的电能。电采暖用电负荷具有功率大、刚性强且时间集中的特点。电采暖用电负荷将对电力系统负荷日峰谷差、季节峰谷差、设施利用率带来显著影响。目前，对大规模清洁电采暖用电负荷特性的分析方法的缺乏造成了配电网建设改造的目标和技术升级路线的不明确。

因此，对电采暖用电负荷特性的研究对于电力系统配电网建设改造和技术升级路线具有重要的实用价值和意义。

技术实现要素：

为了解决目前缺乏对电力系统中电采暖用电负荷特性分析的问题，本发明提供了一种分散式电采暖用电负荷特性分析方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种分散式电采暖用电负荷特性分析方法，包括如下步骤：

步骤一：分析区域分散式电采暖设备工作原理及技术特性，计算设备单位制热量的耗电量；

步骤二：分析用户电采暖需求及用户取暖设备使用特性，计算分散式电采暖设备热负荷特性；

步骤三：分析不同政策与电价条件下分散式电采暖用户的用电行为等因素，结合设备单位制热量的耗电量和分散式电采暖设备热负荷特性，计算分散式电采暖设备用电负荷特性。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明的分散式电采暖用电负荷特性分析方法结合分散式电取暖设备工作原理，同时考虑了用户的行为及需求，计算了电力系统中分散式电采暖用电负荷。按照本发明所述分析方法对电力系统中分散式电采暖用电负荷进行计算，其结果为电采暖用电负荷接入电力系统后，电力系统中配电网建设改造方案提供了理论基础，同时也为后续电力系统调度等工作提供了理论依据。

附图说明

图1为热泵的单位制热量的耗电量与环境温度的关系(不除霜)；

图2为热泵的单位制热量的耗电量与环境温度的关系(除霜)；

图3为基准建筑模型；

图4为基准住宅建筑分散式电采暖设备热负荷特性；

图5为基准办公建筑分散式电采暖设备热负荷特性；

图6为基准办公建筑中热泵装置在典型周(168小时)的用电负荷特性。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种分散式电采暖用电负荷特性分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

步骤一：分析区域分散式电采暖设备工作原理及技术特性，计算设备单位制热量的耗电量。

本步骤中，依据分散式电采暖设备及其发热元件工作原理，对分散式电采暖设备实际耗电量进行。特别的，对于热泵系统，即能够把能量从低品位热源传递到高品位热源的设备系统来说，其性能一般用能效比(coefficentofperfomance，cop)来评价。能效比的定义为：由低温物体传到高温物体的热量与所需的动力之比。通常热泵的能效比2～4，甚至可以达到5以上。

对于热泵系统来说，其单位制热量的耗电量是出水温度、室外温度及部分负荷效率的函数，用eir(·)表示。则单位制热量的耗电量可以表示为：

eirt＝eir(thws,oat)*eir(plr,thws-oat)；

式中，eirt是热泵系统的单位制热量的耗电量；thws是热泵的出水温度，单位为℃；ota是室外空气温度，单位为℃；plr是部分负荷率。

步骤二：分析用户电采暖需求及用户取暖设备使用特性，计算分散式电采暖设备热负荷特性。

本步骤中，分散式电采暖设备热负荷特性是内扰与外扰因素综合作用下的热量需求，即：

qh＝qhw+qhn；

式中，qh为采暖热负荷，单位为kwh；qhw为外扰引起的热负荷，单位为kwh；qhn为内扰引起的热负荷，单位为kwh。其中，外扰因素主要指太阳和大气，而内扰因素主要指人员、照明和设备等室内热源。

本步骤包括以下子步骤：

步骤二一：建立基准建筑模型；

步骤二二：获取基准建筑的热工参数设定值；

步骤二三：统计建筑中人员密度及在室率，所谓在室率(occupation)是指人员在室内的时刻表，其在每个时间段的输入方式为最大在室人数的百分比；

步骤二四：获取建筑的采暖设定温度；

步骤二五：利用软件计算分散式电采暖设备热负荷特性。

步骤三：分析不同政策与电价条件下分散式电采暖用户的用电行为等因素，结合设备单位制热量的耗电量和分散式电采暖设备热负荷特性，计算分散式电采暖设备用电负荷特性：

ehc＝qhc*eirhc；

式中，ehc为分散式电采暖设备用电负荷，单位为kwh；qhc为分散式电采暖设备实际制热量，在近似计算中认为其值与采暖热负荷qh相等；eirhc为分散式电采暖设备的单位制热量的耗电量。

实施例：

本实施例考虑分散式电采暖设备中空气源热泵供热系统。本实施例所述的分散式电采暖用电负荷特性分析方法，包括以下步骤：

步骤一：分析区域分散式电采暖设备中空气源热泵供热工作原理及技术特性，计算设备单位制热量的耗电量。

空气源热泵是一种以室外空气为热源的热泵，设备通过和室外空气进行热交换，将室外的低温空气能量回收，供室内采暖的一种热泵形式。空气源热泵包括空气-空气热泵机组和空气-水热泵机组。

此外，空气源热泵供热系统在实际使用过程中，要面临电辅热除霜的问题。在室外温度在4℃以上时，室外换热器的结霜过程不是非常明显；但是在4℃以下时，结霜非常明显，电辅热除霜是一个必要过程。

通过对某空气源热泵系统的单位制热量的耗电量进行实验统计，得到不考虑除霜与考虑除霜条件下热泵系统的单位制热量的耗电量与环境温度的关系，分别如图1和图2所示。当环境温度由4℃下降到-10℃时，单位制热量的耗电量从由0.44kw/kw上升到1.14kw/kw。

步骤二：分析用户电采暖需求及用户取暖设备使用特性，计算分散式电采暖设备热负荷特性。

步骤二一：建立区域建筑模型。以北京市建筑形态统计分析结果为例，将采取分散式电采暖的建筑的形状假设为长方体，居住建筑取长宽比3:1，办公建筑取长宽比1:1。基准模型选取中等体量的建筑为原型，体形系数取0.2。基准建筑模型图如图3所示。

步骤二二：获取基准建筑的热工参数。本实施例中办公建筑和居住建筑的围护结构热工参数分别如表1和表2所示。

表1办公建筑围护结构热工参数

表2居住建筑围护结构热工参数

步骤二三：统计建筑中人员密度及在室率。

本实施例中，办公建筑和居住建筑的人员密度如表3所示，办公建筑的人员在室率如表4所示，居住建筑的人员在室率如表5所示。

表3办公建筑和居住建筑的人员密度

表4办公建筑人员在室率

表5居住建筑人员在室率

步骤二四：获取建筑的采暖设定温度。本实施例中，办公建筑的采暖设定温度考虑实际的工作时间设定，如表6所示。居住建筑采暖设定温度按照冬季18℃设定，并考虑实际在室率要求。

表6办公建筑温度设定时间表

步骤二五：利用软件计算分散式电采暖设备热负荷特性。

本实施例中，通过equest软件对基准住宅建筑和办公建筑的全年8760小时的分散式电采暖设备热负荷特性进行计算，结果分别如图4和图5所示。

步骤三：分析不同政策与电价条件下分散式电采暖用户的用电行为，计算分散式电采暖设备用电负荷特性。本实施例中，考虑采暖是刚性需求，考虑分散式电采暖用户侧受外界政策和电力价格影响较小。因此，用户的使用行为仅考虑开关特性。

在本实施例中，居住建筑的采暖控制温度按照全天18℃进行设定，即采暖设备全天处于开启的状态。对于办公建筑，其开关特性如表7所示。

表7办公建筑温度设定开关特性时间表

本实施例中，以办公建筑为例分析采用热泵技术采暖的耗电特性。通过计算，热泵装置在典型周(168小时)的用电负荷特性如图6所示。