一種基于空調(diào)用電模式的負(fù)荷優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于空調(diào)用電模式的負(fù) 荷優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 需求響應(yīng)是智能電網(wǎng)的核心手段或技術(shù)，也是智能電網(wǎng)的最佳應(yīng)用之一，在智能 電網(wǎng)技術(shù)支持下，需求響應(yīng)自動(dòng)化將使得負(fù)荷調(diào)度真正成為可能，并在系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行中扮 演重要角色，從而提高能源利用效率，擴(kuò)大新能源利用，而這也是智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)之一。 目前，發(fā)電側(cè)和輸電側(cè)的電網(wǎng)智能化技術(shù)已經(jīng)相對成熟，用電側(cè)的智能化還有很大的差距， 需求響應(yīng)的智能化對于智能電網(wǎng)技術(shù)在用戶側(cè)的發(fā)展具有重要意義。隨著需求響應(yīng)等技術(shù) 不斷發(fā)展，電力終端用戶在使用用電設(shè)備時(shí)，單純的節(jié)約用電成本或奢侈性用電都不是恰 當(dāng)?shù)挠秒娔Ｊ?，同時(shí)，家庭能源系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展也為研究用戶負(fù)荷特性以及空調(diào) 的用電模式提供了良好的環(huán)境和技術(shù)支撐。
[0003] 目前，雖然家庭能量管理系統(tǒng)已經(jīng)能夠根據(jù)用戶的偏好自動(dòng)設(shè)置空調(diào)模式，但是 對于空調(diào)能耗的降低效果以及人體舒適度的提高并不明顯，并且傳統(tǒng)空調(diào)缺少從消費(fèi)者心 理學(xué)及人體舒適理論等方面去綜合考慮用戶體驗(yàn)，室內(nèi)空調(diào)都是以恒溫控制為主，使室內(nèi) 的環(huán)境處于一種靜態(tài)的溫度控制中，因此，如何構(gòu)建綜合考慮人體舒適因素和節(jié)能因素的 家庭空調(diào)系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)控制方案，在智能電網(wǎng)建設(shè)和自動(dòng)需求響應(yīng)項(xiàng)目中應(yīng)用，是一個(gè) 亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于空調(diào)用電模式的負(fù)荷優(yōu)化控制 方法。本發(fā)明以家用定頻空調(diào)作為主要的研究對象，在浮動(dòng)電價(jià)的環(huán)境下，充分研究了在空 調(diào)使用過程中用戶的舒適度和空調(diào)的用電成本，并建立基于用戶空調(diào)用電模式的負(fù)荷控制 模型，定義了人體舒適滿意度、電費(fèi)成本經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)參量，并且實(shí)現(xiàn)了對用戶綜合滿意度的 優(yōu)化以及用戶需求響應(yīng)潛力的挖掘，從電網(wǎng)層面，通過調(diào)整售電價(jià)格，使得用戶在特定時(shí)段 選擇合適的用電模式，從而實(shí)現(xiàn)了通過空調(diào)負(fù)荷的自動(dòng)需求響應(yīng)，在線調(diào)用空調(diào)負(fù)荷的可 調(diào)節(jié)能力。
[0005] 實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為：
[0006] -種基于空調(diào)用電模式的負(fù)荷優(yōu)化控制方法，該方法包括如下步驟：
[0007] (1)根據(jù)定頻空調(diào)的一階熱動(dòng)力學(xué)模型，建立室內(nèi)溫度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系；
[0008] ⑵根據(jù)定頻空調(diào)的特征，結(jié)合由用戶偏好設(shè)置的室內(nèi)溫度控制區(qū)間，確定空調(diào)工 作狀態(tài)的占空比；
[0009] (3)建立人體舒適滿意度量化模型和用電成本經(jīng)濟(jì)性量化模型；
[0010] (4)根據(jù)人體舒適滿意度和用電成本經(jīng)濟(jì)性建立用戶綜合滿意度的優(yōu)化模型； [0011] (5)建立空調(diào)用電模式的綜合調(diào)控策略。
[0012] 優(yōu)選的，所述室溫隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系為：
[0014] 式中：S為空調(diào)的狀態(tài)，1表示關(guān)閉，0表示開啟；
為t時(shí)刻的室內(nèi)溫度；
(t+i)時(shí)刻的室外溫度；Δ t為控制時(shí)間間隔，R為空調(diào)的熱阻，C為空調(diào)的熱容；η為空調(diào) 能效比；P為空調(diào)的額定制冷消耗功率，單位是kw，η P為空調(diào)的額定制冷量；TRe為時(shí)間常 數(shù)；t為時(shí)間。e為自然常數(shù)，
為t+Ι時(shí)刻的室內(nèi)溫度。
[0015] 優(yōu)選的，所述空調(diào)工作狀態(tài)的占空比的計(jì)算包括：
[0016] 設(shè)定空調(diào)的額定功率為P，空調(diào)一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)室外環(huán)境溫度為恒定值Tciut:
[0020] 式中：T+，T表示空調(diào)控制周期內(nèi)空調(diào)溫度的上限和下限；τ m表示一個(gè)工作周期 內(nèi)，空調(diào)處于開狀態(tài)的時(shí)間；Tciff表示一個(gè)工作周期內(nèi)，空調(diào)處于關(guān)停狀態(tài)的時(shí)間；τ。表示 一個(gè)工作周期的時(shí)間；ε為散熱函數(shù)，
[0021] 所述空調(diào)工作狀態(tài)的占空比φ為：
[0022] 優(yōu)選的，所述人體舒適滿意度量化模型：
?
[0024] P1表示人體舒適滿意度；Τ_，Τ_分別為用戶所能接受的室內(nèi)溫度的上限和下 限；T in表示室內(nèi)溫度的值；a，b，c表示根據(jù)用戶偏好設(shè)置的用戶參數(shù)，對于不同的用戶，其 值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。
[0025] 優(yōu)選的，所述用電成本經(jīng)濟(jì)性量化模型：
[0027] 式中：μ 2表示空調(diào)的用電成本經(jīng)濟(jì)性；P為空調(diào)的額定功率；S_，Sniax為用戶所能 接受的空調(diào)用電成本的最小值和最大值；λ為電力公司發(fā)布的實(shí)時(shí)電價(jià)；Φ為空調(diào)工作狀 態(tài)的占空比。
[0028] 優(yōu)選的，所述用戶綜合滿意度由人體舒適滿意度和用電成本經(jīng)濟(jì)性確定，包括：
[0029] 設(shè)一天N個(gè)優(yōu)化時(shí)段，對于每一個(gè)優(yōu)化時(shí)段，都有如下式：
[0030] max ( α μ 丄+β μ 2) (7)
[0031] 約束條件：
[0032] μ 1表示人體舒適滿意度；μ 2表示用電成本經(jīng)濟(jì)性；α，β分別表示人體舒適滿意 度和用電成本經(jīng)濟(jì)性所占用戶綜合滿意度的權(quán)重；T in表示室內(nèi)溫度；
[0033] T_，Tniax為用戶所能接受的室內(nèi)溫度的下限和上限；S _，Sniax為用戶所能接受的空 調(diào)用電成本的最小值和最大值；P為空調(diào)的額定功率；λ為電力公司發(fā)布的實(shí)時(shí)電價(jià)，每小 時(shí)變化一次；Φ為空調(diào)工作狀態(tài)的占空比
表示在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)都使得 用戶綜合滿意度最大。
[0034] 優(yōu)選的，所述綜合調(diào)控策略，在自動(dòng)需求響應(yīng)項(xiàng)目中，電力公司可以通過調(diào)整電價(jià) 的大小，影響電費(fèi)成本經(jīng)濟(jì)性的變化，在綜合滿意度（μ:+μ 2)最大的約束下，通過尋優(yōu)找 出該電價(jià)條件所對應(yīng)的空調(diào)用電模式，從而確定空調(diào)工作時(shí)的占空比，達(dá)到對空調(diào)用電模 式控制，由此可以確定電價(jià)的變化所能控制的空調(diào)負(fù)荷的削減量，從而挖掘出在自動(dòng)需求 響應(yīng)項(xiàng)目中定頻空調(diào)的需求響應(yīng)潛力。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0036] 1、用戶綜合滿意度中，創(chuàng)新性地定義了人體舒適滿意度和空調(diào)的電費(fèi)成本經(jīng)濟(jì)性 兩個(gè)參量，從而實(shí)現(xiàn)了考慮用戶舒適度和經(jīng)濟(jì)性方面的多重影響的綜合負(fù)荷優(yōu)化控制，更 加的符合實(shí)際的用戶用電模式使用情況；
[0037] 2、關(guān)于人體舒適滿意度的模型中，根據(jù)實(shí)際的空調(diào)用電模式的使用情況，擬合出 了室內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)值與人體舒適滿意度的二次函數(shù)關(guān)系，有效的量化了溫度對人體舒適度 的影響。
[0038] 3、空調(diào)的電費(fèi)成本經(jīng)濟(jì)性模型中，根據(jù)電網(wǎng)平臺實(shí)時(shí)電價(jià)的具體實(shí)施情況和定頻 空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行情況，擬合出了實(shí)時(shí)電價(jià)和空調(diào)的工作模式（運(yùn)行占空比）的函數(shù)關(guān)系，實(shí) 現(xiàn)了從電網(wǎng)層面通過調(diào)整實(shí)時(shí)電價(jià)的變化來對空調(diào)的運(yùn)行模式進(jìn)行優(yōu)化。
[0039] 4、基于用電模式的空調(diào)負(fù)荷控制策略中，提出了優(yōu)化用戶綜合滿意度的概念，并 用具體的算例進(jìn)行了相關(guān)闡述和說明，從而實(shí)現(xiàn)了對空調(diào)用電模式的優(yōu)化控制，并且挖掘 出了定頻空調(diào)在自動(dòng)需求響應(yīng)項(xiàng)目中的較大需求響應(yīng)潛力。
【附圖說明】
[0040] 圖1本發(fā)明提供的基于空調(diào)用電模式的負(fù)荷控制策略實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0041] 圖2電價(jià)與占空比之間的關(guān)系；
[0042] 圖3電價(jià)與用戶滿意度之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于空調(diào)用電模式的負(fù)荷控制方法，主要包 括六個(gè)步驟：根據(jù)定頻空調(diào)的一階熱動(dòng)力學(xué)模型，建立室溫隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系；根據(jù) 定頻空調(diào)的特征，結(jié)合室溫控制區(qū)間，確定空調(diào)工作狀態(tài)的占空比；建立主要受室內(nèi)溫度影 響的人體舒適度和主要由電價(jià)和占空比控制的電費(fèi)成本經(jīng)濟(jì)性的衡量公式；在以上的基礎(chǔ) 上，確定由人體舒適度和電費(fèi)成本經(jīng)濟(jì)性共同確定的用戶綜合滿意度，建立用戶對空調(diào)用 電模式的自動(dòng)需求響應(yīng)綜合調(diào)控策略；空調(diào)負(fù)荷控制策略的算例分析。下面具體介紹各個(gè) 步驟的具體內(nèi)容。
[0045] 所述給予用電模式空調(diào)負(fù)荷控制策略是在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，考慮各種輸入輸出等需 求響應(yīng)命令的執(zhí)行以及控制命令的生成等提出的一種控制策略；
[0046] 步驟1)家庭用戶和小型工商業(yè)用戶的空調(diào)機(jī)組可以用簡化的等效熱參數(shù)模型 (equivalent thermal parameters，ETP)來表示其熱動(dòng)力學(xué)原理，根據(jù)空調(diào)的熱動(dòng)力學(xué)模 型可以建立室內(nèi)溫度T和時(shí)間t的關(guān)系：
[0048] 式中：s為空調(diào)的狀態(tài)，1表示關(guān)閉，0表示開啟；
為t時(shí)刻的室內(nèi)溫度；
(t+i)時(shí)刻的室外溫度；Δ t為控制時(shí)間間隔，R為空調(diào)的熱阻，C為空調(diào)的熱容；η為空調(diào) 能效比；P為空調(diào)的額定制冷消耗功率，單位是kw，η ρ為空調(diào)的額定制冷量；τκε為時(shí)間常 數(shù)；t為時(shí)間，e為自然常數(shù)，
為t+Ι時(shí)刻的室內(nèi)溫度。
[0049] 步驟2)考慮到空調(diào)的工作特征，空調(diào)負(fù)荷控制過程中要滿足用戶舒適度要求，即 室溫區(qū)間[T，T +]，要求用戶的室溫不能超過該區(qū)間，當(dāng)室溫越接近于T+時(shí)，對應(yīng)的空調(diào)負(fù) 荷可關(guān)停持續(xù)時(shí)間越長，空調(diào)達(dá)到溫度設(shè)定最小值T，則進(jìn)入"關(guān)停"狀態(tài)，達(dá)到最大值T ciut, 則進(jìn)入"開啟"狀態(tài)，如下式：
[0051] 式中：s表示空調(diào)的工作狀態(tài)，S (t)表示t時(shí)刻空調(diào)的工作狀態(tài)，S (t-Ι)表示t-1 時(shí)刻空調(diào)的工作狀態(tài)。
[0052] 設(shè)定空調(diào)的額定功率為P，控制周期內(nèi)室外環(huán)境溫度為恒定值Tciut:
[0056] 式中：T+，T表示空調(diào)控制周期內(nèi)溫度的上限和下限；τ ^表示一個(gè)工作周期內(nèi)，空 調(diào)處于開狀態(tài)的時(shí)間；T