一种用于楼宇负荷调控的需求响应控制方法与流程

本发明涉及负荷调控技术领域，尤其是涉及一种用于楼宇负荷调控的需求响应控制方法。

背景技术

空调用电全年中集中于夏、冬季，且其中占比最大的楼宇中央空调白天开机，夜间关闭，导致电力系统季峰谷差和日峰谷差激增，调峰压力增大，网架利用率难以提升。开展空调负荷调控，实现海量资源的唤醒互动是提升电力系统运行效能的重要突破口。需求侧管理的相关学术研究在我国已开展多年，研究焦点集中在其对电力系统优化运行的影响，但目前需求响应的实际应用目前仍主要局限于有序用电、峰谷分时电价和阶梯电价等项目，缺少有电网自主参与调控需求响应方案。

技术实现要素：

本发明解决现有技术中电网缺少主动调控负载的技术手段的问题，提出一种用于楼宇负荷调控的需求响应控制方法，根据用户的需求进行楼宇负荷调控，既达到电网削峰的作用，又不影响用户的体验，实现双赢的目的。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种用于楼宇负荷调控的需求响应控制方法，包括以下步骤：

S1,获取网格楼宇内空调的控制权限和用户对温度舒适度的需求；

S2，构建室内空间的温度状态热模型；

S3，将用户对温度舒适度的需求与室内空间的温度状态热模型结合，构建楼宇温控负荷的响应控制模型；

S4，判断是否需要进行温度调控，若是，所述楼宇温控负荷的响应控制模型对空调的负载进行调控，若否，不进行操作，返回S4。

本发明在局域视角下，楼宇调节潜力收到建筑热力学和用户体验额双重显著，其响应具有复杂动态和不确定性。本发明基于室内空间的温度状态热模型，分析了温控负荷参与需求响应的运行机理；并根据用户对温度舒适度的需求，构建楼宇温控负荷的响应控制模型，既达到电网削峰的作用，又不影响用户的体验，实现双赢的目的。

作为优选，所述S1具体包括以下步骤：

S101，与用户签订同意在需要时提供减负荷服务的合同，从而获取空调的控制权限；

S102，安装控制器，所述控制器用于调控空调的负载；

S103，获取用户提供的目标舒适温度Tset(t)及温度偏离值δ。

作为优选，所述室内空间的温度状态热模型如下：

其中：T(t)为室内温度，τ为时间间隔，Q(t)为楼宇温控负荷提供的热能，Hr为室内-外部环境热能交互的等效热导，Cr为室内的等效热质量，Text为外界温度的变化率。

作为优选，所述Q(t)的计算式如下：

Q(t)＝KE·P(t)

其中：KE为楼宇温控负荷的能效比，P(t)为楼宇温控负荷的实时功率。

KE表示楼宇温控负荷固有的能量效率。在实际中，空调的能效比有不同定义方法，在本发明中，楼宇温控负荷的能效比统一用KE指代。

作为优选，所述楼宇温控负荷的响应控制模型如下：

其中：S(t)表示楼宇温控负荷的实时状态；当S(t)＝1时，表示空调运行在额定功率，当S(t)＝0时，表示空调暂时处于待机状态。在实际运行中，定频空调的状态只包含额定功率运行状态以及待机状态，而变频空调允许运行在S(t)∈[0,1]中的任何一个状态。

作为优选，所述P(t)的算式如下：

P(t)＝Pr·S(t)

其中：Pr表示楼宇温控负荷的额定功率。

作为优选，所述S4具体包括以下步骤：

S401，实时监控电网总负荷的变化情况，判断电网总负荷是否大于削峰阈值，若是，则判断为需要进行温度调控，进入S402，若否，不进行操作，返回S401；

S402，楼宇温控负荷的响应控制模型对空调的负载进行调控，降低空调的负载，判断在一定时间内是否接收到停止调控信号，所述停止调控信号，由电网系统操作员发出，若是，进行S403，若否，返回S402；

S403，楼宇温控负荷的响应控制模型对空调的负载进行调控，恢复用户对温度舒适度的需求中设定的温度。

本发明有以下有益效果：本发明根据用户的需求进行楼宇负荷调控，既达到电网削峰的作用，又不影响用户的体验，实现双赢的目的，相对现有有序用电、峰谷分时电价和阶梯电价的被动式调控，能够随时进行削峰，削峰效果好，响应快。

附图说明

图1是实施例的流程图；

图2是实施例空调的运行状态示意图；

图3是实施例空调运行状态下参与需求响应示意图；

图4是实施例空调待机状态下参与需求响应示意图。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种用于楼宇负荷调控的需求响应控制方法，参考图1，包括以下步骤：

S1,获取网格楼宇内空调的控制权限和用户对温度舒适度的需求；

S1具体包括以下步骤：

S101，与用户签订同意在需要时提供减负荷服务的合同，从而获取空调的控制权限；

S102，安装控制器，控制器用于调控空调的负载；

S103，获取用户提供的目标舒适温度Tset(t)及温度偏离值δ。

S2，构建室内空间的温度状态热模型；室内空间的温度状态热模型如下：

其中：T(t)为室内温度，τ为时间间隔，Q(t)为楼宇温控负荷提供的热能，Hr为室内-外部环境热能交互的等效热导，Cr为室内的等效热质量，Text为外界温度的变化率。

Q(t)的计算式如下：

Q(t)＝KE·P(t)

其中：KE为楼宇温控负荷的能效比，P(t)为楼宇温控负荷的实时功率。

KE表示楼宇温控负荷固有的能量效率。在实际中，空调的能效比有不同定义方法，在本发明中，楼宇温控负荷的能效比统一用KE指代。

S3，将用户对温度舒适度的需求与室内空间的温度状态热模型结合，构建楼宇温控负荷的响应控制模型；楼宇温控负荷的响应控制模型如下：

其中：S(t)表示楼宇温控负荷的实时状态；当S(t)＝1时，表示空调运行在额定功率，当S(t)＝0时，表示空调暂时处于待机状态。在实际运行中，定频空调的状态只包含额定功率运行状态以及待机状态，而变频空调允许运行在S(t)∈[0,1]中的任何一个状态。

P(t)的算式如下：

P(t)＝Pr·S(t)

其中：Pr表示楼宇温控负荷的额定功率。

S4，判断是否需要进行温度调控，若是，楼宇温控负荷的响应控制模型对空调的负载进行调控，若否，不进行操作，返回S4。

S4具体包括以下步骤：

S401，实时监控电网总负荷的变化情况，判断电网总负荷是否大于削峰阈值，若是，则判断为需要进行温度调控，进入S402，若否，不进行操作，返回S401；

S402，楼宇温控负荷的响应控制模型对空调的负载进行调控，降低空调的负载，判断在一定时间内是否接收到停止调控信号，停止调控信号，由电网系统操作员发出，若是，进行S403，若否，返回S402；

S403，楼宇温控负荷的响应控制模型对空调的负载进行调控，恢复用户对温度舒适度的需求中设定的温度。

假设楼宇温控负荷在夏季高温时段运行，保持室内温度在设定温度Tset±δ范围内。参考图2，其中图2(a)表示室内温度的变化曲线，图2(b)表示楼宇温控负荷消耗功率的曲线。

图2(a)描述了室内温度随时间的变化趋势图。设定温度Tset由用户设定，δ是楼宇温控负荷的温度迟滞控制区间，代表了实际温度与设定温度的最大差值。因此，在这样的控制策略下，室内的实际温度保持在Tset±δ区间内。

楼宇温控负荷的功率消耗趋势图如图2(b)所示。楼宇温控负荷在夏季制冷时主要有2种运行状态，分别是运行模式与待机模式。当室内温度低于温度下限Tset-δ时，楼宇温控负荷将会变为待机模式。相反地，当室内温度高于温度上限时Tset+δ，楼宇温控负荷状态将会设定为运行模式。一般来说，楼宇温控负荷的运行/待机模式下，消耗的功率设定为额定功率/零功率。

根据如上所示的单独交流的运行特性，本发明分析单个楼宇温控负荷的运行备用性能。控制策略是通过重新设置交流温度来降低功耗。例如，可将楼宇温控负荷制冷状态下的设定温度调高，降低功率，参与需求响应。参与需求响应方案的建筑均已安装终端控制器，客户可设置楼宇温控负荷的舒适温度范围。一旦需要断电，控制中心将向各终端控制器发送控制信号，包括楼宇温控负荷设定温度的调整量、需求响应的开始时间和结束时间。在接收到控制信号后，楼宇温控负荷会对设定的温度进行调整，削减负荷群总功率，参与需求响应。楼宇温控负荷设定温度的调整量将由用户设定在最大-最低可接受范围内以保证用户的用电舒适。如果在指示的结束时间之前，系统操作员决定不再需要降低功率，则可以发送复位信号，提前将楼宇温控负荷调回到原来的设置状态。否则，在规定的结束时间后，将恢复原设定的温度。

根据楼宇温控负荷在接收控制信号时的运行状态，以定频空调的制冷模式为例，将楼宇温控负荷的运行备用性能分为以下两类：运行状态下楼宇温控负荷提供的运行备用和待机状态下楼宇温控负荷提供的运行备用。

参考图3，显示单个楼宇温控负荷在运行模式下接收控制信号时的备用运行情况。图3(a)为第k^th房间温度变化曲线，图3(b)为第k^th楼宇温控负荷运行功率变化曲线，实线为实际运行曲线，虚线为未调整设定温度时的运行曲线。当楼宇温控负荷收到控制信号时，设定温度将会从Tset1变为Tset2，此时楼宇温控负荷将会立即变为待机状态直到室内温度达到新的温度上界Tset2+δ。因此，楼宇温控负荷在接收控制信号后，可以立即削减负荷，并延长待机时间，从而实现负荷的削减以及短时转移效果。

参考图4，显示单个楼宇温控负荷在待机模式下接收控制信号时的备用运行情况。图4(a)为第k^th房间温度变化曲线，图4(b)为第k^th楼宇温控负荷运行功率变化曲线，实线为实际运行曲线，虚线为未调整设定温度时的运行曲线。若楼宇温控负荷收到控制信号时没有功率负荷，其将会保持待机状态直至温度到达新的设定温度范围Tset2。这样，下一个运行模式将会被推迟，实际的待机时间延长，实现负荷的短时转移效果。