变频空调负荷的聚合控制削峰方法与流程
本发明公开了变频空调负荷的聚合控制削峰方法，属于电力调度的技术领域。
背景技术：
随着经济快速发展，电力需求迅速增长，相比之下电力设施建设明显滞后，而社会生产、生活对供电质量要求更高。其中，空调负荷占夏季负荷高峰比重较大，据统计华东地区空调负荷占夏季负荷高峰的比值超过30％，在北上广深等超大城市甚至接近50％。不断增长的空调负荷造成夏季负荷高峰不断攀升，造成供电压力，不利于电力系统安全稳定运行，空调使用时段的集中性加剧电网负荷的峰谷差，降低发、输电设备利用率并造成资源浪费。
同时，考虑到人体对温度变化不敏感且对舒适区间接受范围大，空调及空调房间可视为一种储能装置，空调负荷作为需求侧响应资源具有调度灵活、数量可观、潜力巨大的优点，通过合理的需求响应管理措施进行负荷控制能够有效降低高峰时段电力需求。
变频空调以其节能、省电、舒适的优点获得广大用户青睐，随着国家节能减排政策指导，变频空调市场占有率不断提高，对变频空调负荷的需求响应研究十分必要。另一方面，单台空调作为小负荷无法直接受到电网调控，对变频空调负荷的聚合控制策略有着重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了变频空调负荷的聚合控制削峰方法，实现了小型变频空调负荷的聚合控制，达到了有效削峰的目的，解决了单台空调因负荷小无法直接受到电网调控而难以响应用户需求的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种以达到最大削减潜力为目标的变频空调负荷聚合控制削峰方法，将预测日负荷曲线进行等时长划分，以时间片始端负荷作为该片时间的负荷量，在总控制次数范围内，循环检测峰值时间片，以峰值时间片始端为中点，选择待控制空调中削减潜力最大的空调，在中点前后各δt/2时间内进行单台空调温度控制，削减该段时间负荷，循环直到用完所有控制次数。
一种以达到最优经济性为目标的变频空调负荷聚合控制削峰方法，将预测日负荷曲线进行等时长划分，以时间片始端负荷作为该片时间的负荷量，在总控制次数范围内，循环检测峰值时间片，以峰值时间片始端为中点，选择待控制空调中经济性最优的空调，在中点前后各δt/2时间内进行单台空调温度控制，削减该段时间负荷，直到达到削减值目标。
以达到最大削减潜力为目标的聚合控制方法，具体包括以下步骤：
第一步，根据空调房间热力学模型和空调常规变频策略进行变频空调建模，空调功率、运行频率、制冷量与室内温度之间的数学联系如下：
其中，
第二步，初始化循环计数器ti和状态变量矩阵及空调控制次数计数器，将循环计数器置一，循环计数器最大值为单台空调允许控制次数与空调数的乘积，状态变量矩阵包含记录第j台空调在t时刻操作状态的二进制空调状态变量sj,t，将各二进制空调状态变量置零，其中，空调状态变量为0代表空调按原设定温度运行，空调状态变量为1代表空调受到控制，将空调控制次数计数器中表示第j台空调已接受控制次数tc(j)的变量置零；
第三步，检测并记录峰值时刻tp(ti)；
第四步，根据状态变量矩阵和空调控制次数计数器判断各空调状态，排除在该时间片内已经受到控制、可控制时长不足2δt或已经达到单台空调允许控制次数的空调，剩余的空调即为可调空调，
根据空调房间热力学模型得到如式(6)所示的可控时长tlast，可控控制时长即能够保持空调最低频率运行的时长，
式(6)中，ts1为空调的原设定温度，ts2为空调受控后的设定温度，tout为室外温度在短时间内的恒定值，qmin为空调制冷量的最低保持值，
用户舒适温度区间的上限tmax是在实际控制中空调受控后的设定温度，代入式(6)得到如式(7)所示的可控时长tlast：
实际控制时长大于2δt的空调可以考虑作为控制对象；
第五步，根据达到最大削减潜力的控制目标，选择削减潜力最大的可控空调进行控制：
控制前的可控空调处于稳定状态，基于单台变频空调负荷模型可得可控空调受控前的制冷量如式(8)所示：
式(8)中，tout为室外温度恒定值，ts1为可控空调的原设定温度，
将可控空调受控前的制冷量代入到变频空调试验得到的制冷量与频率关系式中得到可控空调稳定运行的频率fset为，
根据空调稳定运行的频率以及变频空调实验拟合的耗电功率与运行频率之间的关系式得到如式(10)所示可控空调稳定运行的耗电功率pac，也即受到调控之前的单台空调负荷，
将空调运行频率最小值rf代入变频空调实验拟合的耗电功率与运行频率之间的关系式得到如式(11)所示的可控空调制冷运行的最低功率pac0，也即受到调控之后的单台空调负荷，
pac0＝m·rf+n(11)，
控制前后的单台空调负荷差是即为可控空调的可削减功率δp，也即空调的削减潜力，δp如式(12)所示，
δp＝pac-pac0(12)，
最后，采用公式(8)至公式(12)计算所有可控空调的削减潜力δpj，其中值最大的是削减潜力最大的空调jc，即为选择的控制对象；
第六步，采用基于单台空调的温度控制方法对第五步选择的削减潜力最大的空调进行控制：
首先，调查记录各空调用户能够接受的舒适区间[tmin,tmax]，tmax、tmin分别为空调用户能够接受的最高、最低舒适温度，
然后，根据空调常规变频方法中频率与温差之间的关系，要求控制对象设定温度的所属区间[tsmin,tsmax]满足下式条件：[tsmin-n,tsmax+n]∈[tmin,tmax]，即满足，
tmin+n≤tsmin<tsmax≤tmax-n(13)，
tmax、tmin分别为空调用户能够接受的最高、最低舒适温度，tsmax、tsmin分别为控制对象设定温度的最大、最小值，
最后，以空调最低频率rf(即，最低功率)短暂运行可削减功率最大的空调，逐步升高控制对象的设定温度，在控制对象设定温度达到最高舒适温度tmax时结束对控制对象的控制；
第七步，更新日负荷曲线，在峰值时刻tp(ti)左右各δt/2时段内削减δpjc，更新状态变量矩阵、循环次数计数器、空调控制次数计数器，
第八步，达到削减目标值或用完所有控制次数时完成变频空调负荷聚合控制并退出循环，否则，循环次数计数器的值加一并返回第三步。
以达到最优经济性为目标的变频空调负荷聚合控制削峰方法，具体方法为：
第一步至第四步和以达到最大削减潜力为目标的聚合控制方法相同；
第五步，根据达到经济最优的控制目标，选择经济性最优的空调进行控制，选择经济性最优的空调的方法具体包括以下步骤：
首先，收集每台空调用户的温度舒适度区间和单次控制激励费用，
接着，采用公式(8)至公式(12)计算所有可用空调的削减潜力δpj，即可得到单次控制削减潜力，
最后，根据式(11)计算削减单位负荷所需激励费用，
对所有空调进行求解削减单位负荷所需激励费用，其中值最小的是经济性最优的空调jc，即为选择的被控对象；
第六步，按照以达到最大削减潜力为目标的聚合控制方法的第六步对经济性最优的空调进行控制；
第七步，更新日负荷曲线，在峰值时刻tp(ti)左右各δt/2时段内削减δpjc，更新状态变量矩阵、循环次数计数器、空调控制次数计数器，
第八步，达到削减目标值或用完所有控制次数时完成变频空调负荷聚合控制并退出循环，否则，循环次数计数器的值加一并返回第三步。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：对小型变频空调负荷进行聚合，通过对空调用户自身参数和用户参与意愿的收集，能够优先选择最合适的空调进行调控，在有效削减负荷的同时不影响用户的舒适度，削峰效果显著，具有方法简单易推广的优点。
附图说明
图1(a)为本发明中聚合控制器的分布设置图，图1(b)为主控制器与分控制器交互信息的示意图。
图2为本发明变频空调负荷聚合控制削峰的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
变频空调负荷聚合控制削峰方法，将预测日负荷曲线划分为片长相等的时间片，对各时间片进行循环检测，在需要削减负荷的时间片上选择可控空调，利用单台空调温度控制的方法削减负荷。在调度中，电网可以根据需要选择发挥空调负荷最大削减潜力或是考虑经济因素选择经济性最优的控制方案。
聚合控制器的分布设置图如图1(a)所示，在j个用户组成的智能电网社区中，为每个用户配备一台变频空调，并且为每台空调装设一个可以与社区中主控制器进行信息交互的分控制器。主控制器与分控制器之间的信息交互如图1(b)所示，主控制器发布预测负荷曲线给分控制器，分控制器收集空调的参数及状态并将可削减负荷上报至主控制器，主控制器根据分控制器上报的可削减负荷下发表征需求响应的操作指令，分控制器根据总控制器下达的操作指令对空调进行相应操作以使空调进入所需状态。
对负荷的组成进行简化，考虑空调负荷为可变负荷，其余负荷均假定为基础负荷，有固定的计划需求和功耗，根据用户的用电习惯以及各项电器的耗电状况可以得到一天之内的固定负荷曲线。同时以气象局发布的次日分时气温报告为依据，考虑用户对温度的舒适习惯，对未受控制情况下空调负荷进行预估，并合并固定负荷形成预测的负荷曲线，以预测的负荷曲线为聚合控制的输入量。
变频空调负荷聚合控制削峰方法如图2所示：
第一步，根据空调房间热力学模型和空调常规变频策略进行变频空调建模，空调功率、运行频率、制冷量与室内温度之间的数学联系如下：
其中，
第二步，初始化循环计数器ti和状态变量矩阵及空调控制次数计数器，将循环计数器置一，循环计数器最大值为单台空调允许控制次数与空调数的乘积，状态变量矩阵包含记录第j台空调在t时刻操作状态的二进制空调状态变量sj,t，将各二进制空调状态变量置零，其中，空调状态变量为0代表空调按原设定温度运行，空调状态变量为1代表空调受到控制，将空调控制次数计数器中表示第j台空调已接受控制次数tc(j)的变量置零；
第三步，检测并记录峰值时刻tp(ti)；
第四步，根据状态变量矩阵和空调控制次数计数器判断各空调状态，排除在该时间片内已经受到控制、可控制时长不足2δt或已经达到单台空调允许控制次数的空调，剩余的空调即为可调空调，
根据空调房间热力学模型得到如式(6)所示的可控时长tlast，可控控制时长即能够保持空调最低频率运行的时长，
式(6)中，ts1为空调的原设定温度，ts2为空调受控后的设定温度，tout为室外温度在短时间内的恒定值，qmin为空调制冷量的最低保持值，
用户舒适温度区间的上限tmax是在实际控制中空调受控后的设定温度，代入式(6)得到如式(7)所示的可控时长tlast：
实际控制时长大于2δt的空调可以考虑作为控制对象；
第五步，根据达到最大削减潜力的控制目标，选择削减潜力最大的可控空调进行控制：
控制前的可控空调处于稳定状态，基于单台变频空调负荷模型可得可控空调受控前的制冷量如式(8)所示：
式(8)中，tout为室外温度恒定值，ts1为可控空调的原设定温度，
将可控空调受控前的制冷量代入到变频空调试验得到的制冷量与频率关系式中得到可控空调稳定运行的频率fset为，
根据空调稳定运行的频率以及变频空调实验拟合的耗电功率与运行频率之间的关系式得到如式(10)所示可控空调稳定运行的耗电功率pac，也即受到调控之前的单台空调负荷，
将空调运行频率最小值rf代入变频空调实验拟合的耗电功率与运行频率之间的关系式得到如式(11)所示的可控空调制冷运行的最低功率pac0，也即受到调控之后的单台空调负荷，
pac0＝m·rf+n(11)，
控制前后的单台空调负荷差是即为可控空调的可削减功率δp，也即空调的削减潜力，δp如式(12)所示，
δp＝pac-pac0(12)，
最后，采用公式(8)至公式(12)计算所有可控空调的削减潜力δpj，其中值最大的是削减潜力最大的空调jc，即为选择的控制对象；
第六步，采用基于单台空调的温度控制方法对第五步选择的削减潜力最大的空调进行控制：
首先，调查记录各空调用户能够接受的舒适区间[tmin,tmax]，tmax、tmin分别为空调用户能够接受的最高、最低舒适温度，
然后，根据空调常规变频方法中频率与温差之间的关系，要求控制对象设定温度的所属区间[tsmin,tsmax]满足下式条件：[tsmin-n,tsmax+n]∈[tmin,tmax]，即满足，
tmin+n≤tsmin<tsmax≤tmax-n(13)，
tmax、tmin分别为空调用户能够接受的最高、最低舒适温度，tsmax、tsmin分别为控制对象设定温度的最大、最小值，
最后，以空调最低频率rf(即，最低功率)短暂运行可削减功率最大的空调，逐步升高控制对象的设定温度，在控制对象设定温度达到最高舒适温度tmax时结束对控制对象的控制；
第七步，更新日负荷曲线，在峰值时刻tp(ti)左右各δt/2时段内削减δpjc，更新状态变量矩阵、循环次数计数器、空调控制次数计数器，
第八步，达到削减目标值或用完所有控制次数时完成变频空调负荷聚合控制并退出循环，否则，循环次数计数器的值加一并返回第三步。
以达到最优经济性为目标的变频空调负荷聚合控制削峰方法，具体方法为：
第一步至第四步和以达到最大削减潜力为目标的聚合控制方法相同；
第五步，根据达到经济最优的控制目标，选择经济性最优的空调进行控制，选择经济性最优的空调的方法具体包括以下步骤：
首先，收集每台空调用户的温度舒适度区间和单次控制激励费用，
接着，采用公式(8)至公式(12)计算所有可用空调的削减潜力δpj，即可得到单次控制削减潜力，
最后，根据式(11)计算削减单位负荷所需激励费用，
对所有空调进行求解削减单位负荷所需激励费用，其中值最小的是经济性最优的空调jc，即为选择的被控对象；
第六步，按照以达到最大削减潜力为目标的聚合控制方法的第六步对经济性最优的空调进行控制；
第七步，更新日负荷曲线，在峰值时刻tp(ti)左右各δt/2时段内削减δpjc，更新状态变量矩阵、循环次数计数器、空调控制次数计数器，
第八步，达到削减目标值或用完所有控制次数时完成变频空调负荷聚合控制并退出循环，否则，循环次数计数器的值加一并返回第三步。
以上仅为本发明的实施例，本领域的技术人员在上述实施例的基础上可以做出多种变化以确定能够实现本发明的目的多个实施例，通过这种变化确定的多个实施例落入本发明的保护范围。
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