一种空调-电池联合调控方法与流程

1.本发明涉及一种虚拟储能领域，尤其涉及一种空调-电池联合调控方法。


背景技术：

2.目前。风电、水电、光伏等可再生能源因其清洁性和环保性受到了广泛的关注，各国大力推行可再生能源的发展。但是，高比例可再生能源的接入对电网的安全稳定造成了很大的压力，可再生能源的波动性和间歇性增加了电力系统运行的不确定性，给电网的供需平衡带来了巨大的挑战，这对电力系统中的备用资源提出了更高的要求，如果仅由发电机组提供系统备用，所需的发电机备用容量大但效率低、经济成本高。
3.虚拟储能基于海量可调节负荷资源的需求响应潜力，通过组态调控和负荷聚合的调度策略，将负荷资源等效为虚拟储能，把响应容量转换为充放电能量，实现负荷资源的灵活调控。
4.为实现建筑光伏的友好并网，补偿光伏实际出力和预测出力之间的偏差，有以变频空调作为虚拟储能进行调度的方法。例如，一种在中国专利文献上公开的“一种面向电网调频服务的空调负荷虚拟储能调度方法”，其公告号cn111555304a，，包括：步骤s1，基于空调具备的储热能力，根据空调负荷热动力学模型和用户舒适度水平，构建单体空调的虚拟储能模型；步骤s2，考虑空调负荷的参数多样性和状态多样性，构建空调负荷群的虚拟储能聚合模型；步骤s3，根据空调开/关状态以及锁定/非锁定状态，对空调负荷进行分组排序，制定基于优先队列的空调负荷虚拟储能控制策略；步骤s4，建立空调负荷群聚合虚拟储能功率及其爬坡率的约束条件；步骤s5，求解确定某一电网调频信号下空调负荷虚拟储能的最优调度结果。
5.但是该方案没有由于空调功率调节不连续和响应延时不确定导致的实时功率偏差的问题。


技术实现要素：

6.本发明主要解决现有技术由于空调功率调节不连续和响应延时不确定导致的实时功率偏差的问题；提供一种空调-电池联合调控方法，将由楼宇电池根据电池-变频空调功率能量互补控制策略进行功率补偿，实现电池-变频空调复合储能对光伏波动的精准吸收。
7.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种空调-电池联合调控方法，包括以下步骤：s1：分别建立房间温度变化模型、变频空调模型和电池储能模型；s2：根据光伏实际出力和光伏预测出力，计算空调温度调整量；s3：降低/升高空调设定温度，根据线路的实际功率和目标功率计算功率偏差；s4：根据功率偏差和变频空调的实时功率变化值计算并调整电池充放电功率，执行电池-空调功率能量互补控制。
8.通过电池的功率调整，能够平抑频繁的光伏出力波动，对空调的响应延时和响应偏差进行功率补偿；而空调的响应容量也可以减少电池的充放电电量和功率，实现电池和变频空调的功率能量互补。
9.作为优选，所述的步骤s2具体包括以下过程：s201：初始化空调相应参数，根据房间参数、室内外温度和设定温度，利用房间温度变化模型，计算空调功率变化和房间温度变化的对应关系；s202：输入实际的光伏出力p
pv
(t)和光伏预测出力计算光伏平滑出力计算光伏平滑出力其中，k为滑动平均的取样点数；为减少光伏出力的频繁波动导致空调的反复温度调节，将原始光伏数据p
pv
(t)通过一滑动滤波器，以去除其中小功率波动得到平滑后的光伏功率
10.s203：根据采集的实时数据、平滑光伏出力和控制的目标功率确定空调的温度调整量。
11.作为优选，在电池未参与调控时，用作空调温度调整量计算的δps(t)表示为：根据空调的响应功率δps(t)，利用变频空调的分段滞回控制策略计算得到空调的设定温度调整量。以平抑主要的光伏波动。
12.作为优选，所述的房间温度变化模型为：q
gain
＝q
ac
+q
solar
+q
l
其中，t
air
为室内空气的温度；r为房间的等效热阻；c为房间的等效热容；t
out
为室外气温；q
gain
为房间和外界交换的热功率；q
ac
为空调的热功率，大于0表示制热，反之表示制冷；q
solar
为太阳辐射的热功率；q
l
为房间内其他电器的产热功率。
13.房间的储热能力和变频空调的响应能力密切相关，室内外温度也影响着变频空调的运行功率。因此，需要准确计算房间的实时温度，以便能根据实时的响应功率需求，对空调进行对应的功率(设定温度)调整。
14.作为优选，变频空调的分段滞回控制策略为：
式中：f
ac
表示变频空调的运行频率；f
max
和f
min
分别为空调变频器的最高工作频率和最低工作频率；a为变频器的比例控制系数；b为变频器基础频率；ti为i时刻的室内温度；t
set
为设定温度；变频空调的运行频率与功率的关系为：p
ac
＝s
ac
(mf
ac
+n)式中，p
ac
为变频空调的运行功率；s
ac
为变频空调的运行状态，1表示空调正常运行，0表示空调关机；f
ac
表示变频空调的运行频率；m和n是表征变频空调频率与功率关系的两个系数。
15.变频空调可通过调整空调压缩机变频器的频率，使单位时间内空调的制冷/制热量和房间的热量获得/流失匹配，从而维持室温稳定。相较于定频空调，室内温度偏差更小，且压缩机不需要频繁启停。
16.作为优选，所述的步骤s3具体包括以下步骤：s301：判断空调的响应功率δps(t)是否大于0，若是，则降低空调设定温度；否则，升高空调设定温度；s302：计算功率偏差δp(t)；p
line
(t)＝p
pv
(t)+p
bat
(t)-p
ac
(t)-p
l
(t)其中，p
line
(t)和分别表示联络线的实际功率和目标功率，大于0表示向电网送电，小于0表示从电网购电；p
pv
(t)表示光伏的实际出力；p
bat
(t)表示电池的实时功率，大于0表示放电，小于0表示充电；p
ac
(t)表示变频空调的实时功率；p
l
(t)表示其他电器的实时总功率；为光伏预测出力；为未参与调控的变频空调功率；为未参与调控的其他电器实时总功率。
17.为实现建筑光伏的友好并网，通过控制电池-变频空调构成的复合储能，补偿光伏实际出力和预测出力之间的偏差。控制目标为楼宇与电网间联络线的实际功率和目标功率之差δp(t)最小。
18.作为优选，所述的电池充放电功率为：p
bat
(t)＝δp(t)-δp
ac
(t)其中，p
bat
(t)表示电池的实时功率，大于0表示放电，小于0表示充电；δp(t)为功率偏差；δp
ac
(t)为变频空调的实时功率变化值。
19.通过电池的功率调整，能够平抑频繁的光伏出力波动，对空调的响应延时和响应偏差进行功率补偿；而空调的响应容量也可以减少电池的充放电电量和功率，实现电池和变频空调的功率能量互补。
20.作为优选，所述的电池-空调功率能量互补控制的响应时间段依次包括第一空调响应延时段、空调功率稳定时段和第二空调响应延时段；电池-空调功率能量互补控制的流程包括电池功率补偿和空调能量支撑。根据能量互补控制的相应过程的各时间段，用电池对变频空调进行补足。
21.作为优选，所述的电池功率补偿包括：在第一空调响应延时段和第二空调响应延时段，对空调延时导致的功率偏差进行补偿：由于空调的响应延时，无法快速跟踪光伏出力波动导致的联络线功率波动，通过调整电池的充放电功率，对空调延时导致的功率偏差进行补偿。
22.在空调功率稳定时段，电池功率补偿为：p
bat
(t)＝p
target-p
ac
(t)其中，p
bat
(t)为电池的实时功率，大于0表示放电，小于0表示充电；为联络线的目标功率；p
ac
(t)为变频空调的实时功率；p
target
为联络线实际功率削减后的目标功率。
23.温度调整后的空调功率重新达到稳定，由于设定温度的离散特性导致空调的削减功率无法准确匹配调节需求，从而出现响应偏差。
24.作为优选，所述的空调能量支撑包括：对于电池-空调功率能量互补控制的响应时间段，由空调提供的能量支撑由下式得到：其中，e
ac
(t)为空调提供的能量支撑；p
start
为联络线实际起始功率p
start
p
ac
(t)为变频空调的实时功率；为联络线的目标功率；ts和te分别为电池-空调功率能量互补控制的响应时间段的起止时间。
25.通过空调的功率削减为电池提供能量支撑，显著减少单一电池为维持联络线功率
稳定所需要释放的电量，电池-变频空调功率能量互补控制实现了两者的优势互补，相较于单独的空调响应或者电池调控，不仅能快速精确跟踪光伏变化，而且还能减少电池的充放电能量。
26.本发明的有益效果是：1.通过空调的功率削减为电池提供能量支撑，显著减少单一电池为维持联络线功率稳定所需要释放的电量。
27.2.电池-变频空调功率能量互补控制实现了两者的优势互补，相较于单独的空调响应或者电池调控，不仅能快速精确跟踪光伏变化，而且还能减少电池的充放电能量。
28.3.通过电池的功率调整，能够平抑频繁的光伏出力波动，对空调的响应延时和响应偏差进行功率补偿；而空调的响应容量也可以减少电池的充放电电量和功率，实现电池和变频空调的功率能量互补。
附图说明
29.图1是本发明的空调-电池联合调控方法流程图。
30.图2是本发明的电池-变频空调功率能量互补控制流程示意图。
31.图中，l1.空调功率曲线，l2.目标功率曲线，l3.电池功率曲线，a1.电池放电区域，a2.电池充电区域。
具体实施方式
32.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
33.实施例：本实施例的一种空调-电池联合调控方法，如图1所示，包括以下步骤：s1：分别建立房间温度变化模型、变频空调模型和电池储能模型。
34.通常利用等效热参数模型描述房间温度的动态变化，房间温度的变化情况如下式所示：q
gain
＝q
ac
+q
solar
+q
l
其中，t
air
为室内空气的温度；r为房间的等效热阻；c为房间的等效热容；t
out
为室外气温；q
gain
为房间和外界交换的热功率；q
ac
为空调的热功率，大于0表示制热，反之表示制冷；q
solar
为太阳辐射的热功率；q
l
为房间内其他电器的产热功率。
35.房间的储热能力和变频空调的响应能力密切相关，室内外温度也影响着变频空调的运行功率。因此，需要准确计算房间的实时温度，以便能根据实时的响应功率需求，对空调进行对应的功率(设定温度)调整。
36.此外，当室内温度超过用户预设的舒适温度区间时，需要立即改变设定温度以保证用户的舒适性。
37.实时电量是电池充放电能力的重要指标，通常使用荷电状态(state of charge，soc)来描述：式中，p
soc
(t)为当前时刻电池的荷电状态；s
soc
(t-1)为上一时刻电池的荷电状态；p
bat
(t-1)为上一时刻电池的功率，功率为正表示放电，为负表示充电；η表示电池的充放电效率；c
bat
表示电池的容量。
38.除了荷电状态，储能电池任意时刻的功率p
bat
(t)受到最大放电功率和最大充电功率的约束：为延长储能电池的寿命，避免电池的过充和过放，其荷电状态s
soc
(t)需要维持在最小荷电状态和最大荷电状态之间：变频空调可通过调整空调压缩机变频器的频率，使单位时间内空调的制冷/制热量和房间的热量获得/流失匹配，从而维持室温稳定。相较于定频空调，室内温度偏差更小，且压缩机不需要频繁启停。
39.变频空调的运行频率与功率具有较强的线性关系，其关系可以表示为：p
ac
＝s
ac
(mf
ac
+n)式中，p
ac
为变频空调的运行功率；s
ac
为变频空调的运行状态，1表示空调正常运行，0表示空调关机；f
ac
表示变频空调的运行频率；m和n是表征变频空调频率与功率关系的两个系数。
40.变频空调压缩机的工作频率取决于设定温度与室内温度，以制冷模式为例，当室内温度和设定温度之差超过最大温差阈值δt
max
时，空调以最大功率运行；当室内温度和设定温度之差低于最小温差阈值δt
min
时，空调进入待机状态；当室内温度和设定温度之差在最下温差阈值δt
min
和最大温差阈值δt
max
之间时，温差越大，频率越高，具体关系如下式所示：式中：f
ac
表示变频空调的运行频率；f
max
和f
min
分别为空调变频器的最高工作频率和最低工作频率；
a为变频器的比例控制系数；b为变频器基础频率；ti为i时刻的室内温度；t
set
为设定温度。
41.s2：根据光伏实际出力和光伏预测出力，计算空调温度调整量。
42.初始化空调相应参数，根据房间参数、室内外温度和设定温度，利用房间温度变化模型，计算空调功率变化和房间温度变化的对应关系。
43.q
gain
＝q
ac
+q
solar
+q
l
输入实际的光伏出力p
pv
(t)和光伏预测出力计算光伏平滑出力
44.为减少光伏出力的频繁波动导致空调的反复温度调节，将原始光伏数据p
pv
(t)通过一滑动滤波器，以去除其中小功率波动得到平滑后的光伏功率式中k为滑动平均的取样点数。
45.随后根据采集的实时数据、平滑光伏出力和控制的目标功率确定空调的温度调整量。
46.在电池未参与调控时，用作空调温度调整量计算的δps(t)可以表示为：根据空调的响应功率δps(t)，利用变频空调的分段滞回控制策略计算得到空调的设定温度调整量，以平抑主要的光伏波动。
47.s3：降低/升高空调设定温度，计算功率偏差。
48.判断空调的响应功率δps(t)是否大于0，若是，则降低空调设定温度；否则，升高空调设定温度。
49.计算功率偏差δp(t)。
50.p
line
(t)＝p
pv
(t)+p
bat
(t)-p
ac
(t)-p
l
(t)其中，p
line
(t)和分别表示联络线的实际功率和目标功率，大于0表示向电网送电，小于0表示从电网购电；p
pv
(t)表示光伏的实际出力；p
bat
(t)表示电池的实时功率，大于0表示放电，小于0表示充电；p
ac
(t)表示变频空调的实时功率；p
l
(i)表示其他电器的实时总功率；为光伏预测出力；为未参与调控的变频空调功率；
为未参与调控的其他电器实时总功率。
51.为实现建筑光伏的友好并网，通过控制电池-变频空调构成的复合储能，补偿光伏实际出力和预测出力之间的偏差。控制目标为楼宇与电网间联络线的实际功率和目标功率之差δp(t)最小。
52.s4：计算并调整电池充放电功率。
53.在空调温度调整完成后，由于空调响应的功率不连续性和响应延时的不确定性，需要依靠电池的充放电来补偿偏差；此外，还需要依靠电池吸收光伏快速的功率波动，因此实时的电池充放电功率可以表示为：p
bat
(t)＝δp(t)-δp
ac
(t)通过电池的功率调整，能够平抑频繁的光伏出力波动，对空调的响应延时和响应偏差进行功率补偿；而空调的响应容量也可以减少电池的充放电电量和功率，实现电池和变频空调的功率能量互补。
54.电池-变频空调功率能量互补控制流程如图2所示，l3表示电池实时功率p
bat
(t)，l2表示联络线目标功率l1表示空调实时功率p
ac
(t)。a1区域表示电池放电，a2区域表示电池充电。
55.t1时刻，由于光伏出力骤降，需要将功率从起始功率p
start
削减到目标功率p
target
，具体的响应流程可以分为电池功率补偿和空调能量支撑两部分。
56.(1)电池功率补偿在t
1-t4和t
6-t9阶段，由于空调的响应延时，无法快速跟踪光伏出力波动导致的联络线功率波动，通过调整电池的充放电功率，对空调延时导致的功率偏差进行补偿：在t
4-t6时段，温度调整后的空调功率重新达到稳定，由于设定温度的离散特性导致空调的削减功率无法准确匹配调节需求，从而出现响应偏差，所需的电池功率补偿为：p
bat
(t)＝p
target-p
ac
(t)(2)空调能量支撑对于t
1-t9整个响应过程，通过空调的功率削减为电池提供能量支撑，显著减少单一电池为维持联络线功率稳定所需要释放的电量，由空调提供的能量支撑可以由下式得到：电池-变频空调功率能量互补控制实现了两者的优势互补，相较于单独的空调响应或者电池调控，不仅能快速精确跟踪光伏变化，而且还能减少电池的充放电能量。
57.应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。