本發(fā)明是一種基于李雅普諾夫優(yōu)化的空調(diào)負(fù)荷群分布式控制方法，用于平抑電力系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)，屬于電力系統(tǒng)需求響應(yīng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)前通信等技術(shù)迅速發(fā)展，為中小型負(fù)荷參與需求響應(yīng)提供了基礎(chǔ)。空調(diào)負(fù)荷具有良好的儲(chǔ)能特性，而且數(shù)量基數(shù)大，使其成為了需求響應(yīng)控制的優(yōu)選對(duì)象。目前關(guān)于空調(diào)負(fù)荷參與需求相應(yīng)的研究已經(jīng)很多，但是大多屬于集中式控制方法，這種控制方法對(duì)通信質(zhì)量要求高，在非理想通信環(huán)境下(丟包、誤碼或延時(shí))，空調(diào)負(fù)荷響應(yīng)效果較差，有時(shí)甚至失去響應(yīng)效果。因此，如何有效降低非理想通信對(duì)空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)控制效果的影響、提高需求響應(yīng)控制精度具有重要意義。

基于李雅普諾夫優(yōu)化的空調(diào)負(fù)荷群分布式控制方法是指中央控制中心根據(jù)控制需求計(jì)算需求響應(yīng)控制量(本文以平抑負(fù)荷波動(dòng)為目標(biāo))，同時(shí)根據(jù)空調(diào)負(fù)荷參數(shù)計(jì)算空調(diào)負(fù)荷虛擬溫度，并對(duì)其進(jìn)行降序排列，控制中心將需求響應(yīng)控制量及虛擬溫度序列號(hào)發(fā)送給各個(gè)空調(diào)負(fù)荷控制器，各空調(diào)負(fù)荷利用李雅普諾夫優(yōu)化算法進(jìn)行計(jì)算并調(diào)整空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)的方法。作為一種區(qū)別于集中控制方法，該分布式控制方法不僅降低了控制中心的數(shù)據(jù)處理量，同時(shí)減少了控制中心與各用戶之間的信息量，降低了非理想通信對(duì)控制效果的影響。

本發(fā)明基于雅普諾夫優(yōu)化的空調(diào)負(fù)荷群分布式控制方法，可避免非理想通信環(huán)境下對(duì)控制效果的影響，從而更好的滿足了現(xiàn)實(shí)環(huán)境中了空調(diào)負(fù)荷群的需求響應(yīng)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種空調(diào)負(fù)荷群的優(yōu)化控制方法，是一種基于李雅普諾夫優(yōu)化的分布式控制方法，對(duì)分散的空調(diào)負(fù)荷群進(jìn)行優(yōu)化控制，使得空調(diào)負(fù)荷在非理想通信的條件下不僅能夠快速有效響應(yīng)，同時(shí)保證了用戶的舒適度。

技術(shù)方案：本發(fā)明通過(guò)李雅普諾夫優(yōu)化算法，將空調(diào)負(fù)荷的溫度進(jìn)行處理，通過(guò)分布式優(yōu)化控制，增強(qiáng)了空調(diào)負(fù)荷群在非理想環(huán)境下的控制效果，所述方法包括下述步驟：

第一步：控制中心根據(jù)控制需要，確定需求響應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)量；

第二步：控制中心根據(jù)空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)及室外溫度，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻溫度，計(jì)算虛擬溫度，并對(duì)其進(jìn)行降序排列；

第三步：控制中心將需求響應(yīng)量及各個(gè)空調(diào)負(fù)荷的虛擬溫度序號(hào)整理打包形成控制信號(hào)，分別發(fā)送給相應(yīng)的空調(diào)負(fù)荷控制器；

第四步：空調(diào)負(fù)荷控制器根據(jù)接收到控制信號(hào)后，結(jié)合空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)及溫度，利用李雅普諾夫優(yōu)化算法計(jì)算并調(diào)整空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)；

第五步：將調(diào)整后的運(yùn)行狀態(tài)返回給控制中心。

其中：

所述的第一步：控制中心根據(jù)控制需要，確定需求響應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算空調(diào)負(fù)荷優(yōu)化目標(biāo)：

控制中心根據(jù)控制需要，確定需求響應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)量，其模型如下：

δph(t)＝pn(t)-pw(t)-pl(t-1)

其中，pl(t)為外網(wǎng)提供給控制區(qū)域的功率；pw(t)可再生能源注入功率；pn(t)為非空調(diào)負(fù)荷功率；δph(t)為空調(diào)負(fù)荷功率，t為運(yùn)行時(shí)刻。

所述的第二步：計(jì)算虛擬溫度序列具體方法為：

1.收集各個(gè)空調(diào)負(fù)荷參數(shù)，建立空調(diào)負(fù)荷熱力學(xué)等效熱參數(shù)模型：

ti(t+1)＝to(t)-ui(t)ηiqiri-(to(t)-ui(t)ηiqir-ti(t))e^-δt/rc

其中，i為空調(diào)負(fù)荷序號(hào)；ti(t)表示t時(shí)刻空調(diào)負(fù)荷溫度；to(t)表示t時(shí)刻外部環(huán)境溫度；ui(t)∈{0,1}表示空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，ui(t)＝1表示開(kāi)啟，ui(t)＝0表示關(guān)閉；ri為等效熱阻；ci為等效熱容；qi為溫控額定功率；ηi為空調(diào)能效比；δt為時(shí)間步長(zhǎng)。

2.分別推導(dǎo)計(jì)算空調(diào)負(fù)荷在一個(gè)控制間隔內(nèi)不同運(yùn)行情況的室內(nèi)溫度波動(dòng)量，公式如下：

其中，ti,f，ti,o分別為空調(diào)負(fù)荷i關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)室內(nèi)溫度變化量；to為室外溫度；[tmin,tmax]為室內(nèi)溫度變化區(qū)間；ki,f,ki,o分別為空調(diào)負(fù)荷i在關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)溫度在溫度區(qū)間變化所需要的時(shí)間間隔數(shù)目；qi為空調(diào)額定功率；ηi為空調(diào)能效比；δt為一個(gè)控制間隔時(shí)長(zhǎng)。

則空調(diào)負(fù)荷溫度模型可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

ti(t+1)＝ti(t)+ti,f-ui(t)ti,o

3.為了更好地運(yùn)用李雅普諾夫?qū)照{(diào)負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化控制，定義虛擬溫度變量：

其中，n為空調(diào)數(shù)量；di為輔助參數(shù)，其范圍區(qū)間是[di,min,di,max]；qp為單個(gè)空調(diào)運(yùn)行時(shí)的功率；v為成本系數(shù)。

4.定義優(yōu)化序列：

將所有空調(diào)負(fù)荷根據(jù)yi(t)進(jìn)行降序排列，形成一個(gè)虛擬溫度的序列。用ik表示空調(diào)負(fù)荷i在虛擬隊(duì)列中序號(hào)為k。

所述的第三步：控制中心將需求響應(yīng)量及各個(gè)空調(diào)負(fù)荷的溫度序列整理形成控制信號(hào)，分別發(fā)送給相應(yīng)的空調(diào)負(fù)荷用戶，具體為：

控制中心將第一步計(jì)算得到的需求響應(yīng)量及第二步獲得的各個(gè)空調(diào)負(fù)荷的虛擬溫度序列號(hào)分別打包整理并發(fā)送給相應(yīng)的空調(diào)負(fù)荷用戶。

所述的第四步：空調(diào)負(fù)荷用戶根據(jù)接收到控制信號(hào)后，根據(jù)自己的空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)及室內(nèi)溫度，計(jì)算調(diào)整空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，具體為：

1.接收控制中心傳遞過(guò)來(lái)的控制信號(hào)；

2.根據(jù)控制信號(hào)和當(dāng)前空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算并調(diào)整空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)，模型如下：

其中，k為空調(diào)負(fù)荷虛擬溫度序列號(hào)；ui為空調(diào)i的運(yùn)行狀態(tài)，1表示開(kāi)啟，0表示關(guān)閉。

所述的第五步：將調(diào)整后的運(yùn)行狀態(tài)返回給控制中心。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：基于李雅普諾夫優(yōu)化的空調(diào)負(fù)荷分布式控制方法是一種對(duì)分散空調(diào)負(fù)荷群進(jìn)行分布式優(yōu)化控制的方法，通過(guò)分布式控制使得空調(diào)負(fù)荷在非理想通信的條件下不僅能夠快速有效響應(yīng)，還可保證用戶的舒適度，同時(shí)避免了侵犯用戶的隱私。本方法具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)用戶自行判斷優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)，減少了中央控制中心的計(jì)算負(fù)擔(dān)，降低了控制中心與用戶間的通信量，提高了在非理想通信情況下空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)的控制效果。

(2)避免了集中控制算法頻繁的獲取用戶運(yùn)行狀態(tài)，降低了對(duì)用戶隱私的侵犯。

(3)保證了用戶溫度舒適度，同時(shí)調(diào)整用戶溫度舒適度和優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重關(guān)系，靈活控制空調(diào)負(fù)荷。

附圖說(shuō)明

圖1是非空調(diào)負(fù)荷功率變化圖；

圖2是風(fēng)力發(fā)電功率變化圖；

圖3是室外溫度變化圖；

圖4是控制后聯(lián)絡(luò)線功率變化示意圖；

圖5是成本系數(shù)分別為500、700和7000情況下的控制效果分析示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)算例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步具體的說(shuō)明：

所述方法包括下述步驟：

第一步：控制中心根據(jù)控制需要，確定需求響應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)量；

第二步：控制中心根據(jù)空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)及室外溫度，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻溫度，計(jì)算虛擬溫度，并對(duì)優(yōu)化序列進(jìn)行降序排列；

第三步：控制中心將需求響應(yīng)量及各個(gè)空調(diào)負(fù)荷的虛擬溫度序號(hào)整理打包形成控制信號(hào)，分別發(fā)送給相應(yīng)的空調(diào)負(fù)荷控制器；

第四步：空調(diào)負(fù)荷控制器根據(jù)接收到控制信號(hào)后，結(jié)合空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)及溫度，利用李雅普諾夫優(yōu)化算法計(jì)算并調(diào)整空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)；

第五步：將調(diào)整后的運(yùn)行狀態(tài)返回給控制中心。

算例以平抑含風(fēng)力發(fā)電微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線功率為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)進(jìn)行控制，具體參數(shù)表如下：

1.確定需求響應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)量：

根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻非空調(diào)負(fù)荷功率、風(fēng)力發(fā)電功率和上一時(shí)刻聯(lián)絡(luò)線功率，計(jì)算空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)量，進(jìn)而轉(zhuǎn)入第二步操作；

2.計(jì)算虛擬溫度并進(jìn)行降序排列：

(1)根據(jù)室外溫度，分別計(jì)算空調(diào)負(fù)荷不同運(yùn)行狀態(tài)下控制間隔內(nèi)的溫度變化量。

(2)通過(guò)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)和單位控制間隔內(nèi)的溫度變化量預(yù)測(cè)該時(shí)刻空調(diào)負(fù)荷室內(nèi)溫度。

(3)計(jì)算虛擬溫度，并根據(jù)優(yōu)化序列進(jìn)行降序排列。

3.控制中心將需求響應(yīng)量及各個(gè)空調(diào)負(fù)荷的序列號(hào)整理形成控制信號(hào)，分別發(fā)送給相應(yīng)的空調(diào)負(fù)荷用戶。

4.空調(diào)負(fù)荷用戶根據(jù)接收到控制信號(hào)后，根據(jù)自己的空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)及室內(nèi)溫度，計(jì)算調(diào)整空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

通過(guò)該方法控制后聯(lián)絡(luò)線功率變化如圖4：

成本系數(shù)v是一個(gè)重要的參數(shù)，它的大小直接影響了需求響應(yīng)控制的成本和效果。為了更直觀的體現(xiàn)不同權(quán)重系數(shù)時(shí)，需求響應(yīng)控制的效果。分析了成本系數(shù)分別為500、700和7000情況下的控制效果，對(duì)其控制誤差進(jìn)行了如圖5分析。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或采用類(lèi)似的方式替代，但不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或超越所附權(quán)力要求書(shū)所定義的范圍。