一种考虑用户意愿的中央空调参与需求响应能力量化方法与流程

本发明涉及电力需求响应的，具体涉及一种考虑用户意愿的中央空调参与需求响应能力量化方法。

背景技术：

1、可再生能源发电的大量纳入使得用电结构改变迅速，为电力系统的灵活性带来巨大挑战。利用不断发展的通信技术及负荷控制手段，灵活调节用户侧可调节资源，为电力系统带来新的调节容量，这种手段被称为需求响应技术。

2、电力需求响应是电力需求侧管理的重要组成部分，主要通过价格信号和激励措施引导用户改变用电行为，保障电网稳定运行，抑制电价上升。作为一种优化和调整电能消耗方式的有效手段，需求响应的成本远低于新发电设备的投建成本，因此在实践中应用日益广泛。

3、中央空调负荷在用户总用电负荷中占比高，可调潜力巨大。中央空调进行需求响应时，所处房间温度不会发生骤变，对用户的短期影响较小，并且中央空调负荷的高峰期与电力系统负荷高峰期重合，参与需求响应能有效削峰，因此研究中央空调响应能力的量化方法意义重大。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑用户意愿的中央空调参与需求响应能力量化方法。建立中央空调所处房间的热模型，其次建立中央空调的电力运行模型，最后建立用户响应意愿模型，基于响应意愿模型，确定中央空调的需求响应能力量化标准，量化单台中央空调的响应能力和中央空调群的响应能力。

2、一种考虑用户意愿的中央空调参与需求响应能力量化方法，具体实施步骤如下：

3、步骤1，建立中央空调所处房间的热模型；所述热模型为针对房间内的热量变化情况建立的热传导模型；

4、步骤2，建立中央空调的电力运行模型；所述电力运行模型为根据中央空调设定温度和房间内实际温度的最大温差的范围计算出中央空调在不同运行状态下消耗的电功率；

5、步骤3，建立用户响应意愿模型；考虑用户参与需求响应意愿获取用户参与需求响应意愿系数，并根据用户参与需求响应意愿系数调整中央空调设定温度和房间内实际温度的最大温差的范围；

6、步骤4，根据步骤2和步骤3的电力运行模型和用户相应意愿模型确定中央空调的需求响应能力量化标准，依次量化单台中央空调的响应能力和中央空调群的响应能力。

7、进一步地，所述步骤1中，所述热传导模型的具体方法，采用公式如下：

8、

9、其中，cair为房间内空气比热容，ρair为空气密度，vroom为房间容积，troom为房间实时温度，t为时刻，dtroom/dt为房间内热度的单位时间变化量，hraise和hdown分别为房间内热度单位之间的上升值和房间内热度单位之间的降低值；

10、hraise值的计算方法为：

11、hraise＝hac+hin＝p·cop+εa (2)

12、其中，hac为中央空调产生的热量，hin为房间内产生的热量，cop为中央空调的能效比，p为中央空调运行功率，a为房间容积，ε为房间内单位容积产热量；

13、对cop进行拟合，通过实验数据测得α和β两个拟合系数，公式为：

14、cop＝-α·|troom-tout|+β (3)

15、式中，tout表示室外温度，α和β表示拟合系数；

16、hdown公式表示为：

17、hdown＝uo-rasurface(troom-tout)+cairρairvroom(troom-tout)μ (4)

18、式中，uo-r为热传导系数，asurface为房间表面积，μ为房间内外热交换次数。

19、进一步地，所述中央空调制冷时，中央空调产生的热量hac为负值。

20、进一步地，所述步骤2中，建立中央空调的电力运行模型的具体方法为：

21、为房间i的中央空调设定温度，为房间内的实际温度，为和的最大差值，则的取值区间为

22、设定中央空调状态为工作状态和待机状态当时，中央空调转变为状态；当时，中央空调转变为状态；则设中央空调实时状态si的公式表达为：

23、

24、处于工作状态时，设中央空调消耗的电功率为处于待机状态时，中央空调消耗的电功率为则中央空调的电功率pi表达式为：

25、

26、进一步地，所述步骤3中，建立用户响应意愿模型的具体方法为：

27、定义用户用电的预期价格为pex，实际价格为preal，用户参与需求响应意愿系数χ表示为

28、

29、其中，pmax为一月内历史最高电价；

30、为考虑用户意愿时的值，公式为：

31、

32、进一步地，所述步骤4中，确定中央空调的需求响应能力量化标准的具体方法包括：

33、(1)工作状态下单台中央空调响应能力

34、设定需求响应指令下发时间为tss，中央空调接收到指令的时间为tsr，中央空调参与需求响应后，温度从初始值提高到此时低于需求响应后的温度可调区间最小值因此中央空调进入状态，功率从变为当一段时间后，变为需求响应后的温度可调区间最大值中央空调再次以开始运行，即完成一次需求响应；

35、(2)待机状态下单台中央空调响应能力

36、中央空调接收到需求响应时正处于待机状态，因此短时间内中央空调不必动作，当升高至需求响应后的温度可调区间最大值时，中央空调开始制冷，即完成一次需求响应；若不参与需求响应，中央空调应在时刻开始动作，但因响应延迟了动作时间，因此认为为待机状态下需求响应的开始时间，为待机状态下需求响应的结束时间。

37、进一步地，所述步骤(4)中，量化单台中央空调响应能力的具体方法为：

38、以调节容量rc、响应时间rt和持续时间dt作为单台中央空调的需求响应能力量化标准：

39、调节容量rc指单台中央空调最大的调节功率，中央空调制冷时，调节容量值等于中央空调消耗的电功率：

40、

41、响应时间rt指需求响应指令下发时间到中央空调开始执行需求响应指令的时间间隔，待机状态和工作状态下的响应时间不同，表示为：

42、

43、其中，表示指令开始下发时中央空调处于工作状态，表示指令开始下发时中央空调处于待机状态。

44、持续时间dt指中央空调开始执行需求响应指令到结束响应动作的持续时间，表示为

45、

46、进一步地，所述步骤(4)中，量化中央空调聚合群的调节能力的具体方法为：

47、以调节容量rca、响应时间rta、持续时间dta和爬坡率rra作为中央空调聚合群的需求响应能力量化标准。

48、需求响应指令下发时间tss时刻中央空调聚合群的运行功率为ppoly；聚合群中的单台中央空调由于状态不一定相同，在接收到需求响应指令后不会同时开始执行指令，空调聚合群的功率在tds时刻达到最小值pmin；

49、中央空调聚合群的调节容量rca为

50、rca＝ppoly-pmin (12)

51、中央空调聚合群的功率不会稳定在标准的水平线上，考虑到现实的负荷功率曲线，设置λ％为最大负荷削减量的有效间隔，rca·λ％范围中的功率都可视为需求响应有效调节；有效调节功率pvalid按下式计算：

52、pvalid＝pmin+rca·λ％ (13)

53、需求响应开始时间可以看作是中央空调聚合群第一次达到有效调节功率的时刻tds，最后一次达到有效调节功率的时刻tde为需求响应结束时间；中央空调聚合群的响应时间rta为：

54、rta＝tds-tss (14)

55、持续时间dta为：

56、dta＝tde-tds (15)

57、爬坡率rra为：

58、rra＝rca·(1-λ％)/rta (16)

59、本发明的有益效果为：

60、本发明通过建立中央空调所处房间的热模型，其次建立中央空调的电力运行模型，最后建立用户响应意愿模型，基于响应意愿模型，确定中央空调的需求响应能力量化标准，量化单台中央空调的响应能力和中央空调群的响应能力，以具体指标量化中央空调响应能力，有利于中央空调的调控潜力的计算，为中央空调资源聚合奠定基础，在需求响应行业和虚拟电厂行业具有重要意义。