CN102486330A - 基于用户主动安全响应的空调智能调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于用户主动安全响应的空调智能调节装置。该装置包括频率检测模块、电压检测模块、中央处理模块、响应控制模块。所述频率/电压检测模块采用专用频率/电压测量芯片对电网频率及电压进行实时测量。所述中央处理模块内嵌根据电网历史数据制定的控制策略表，通过分析实测电网频率/电压数据，判断电网实时运行情况，查询控制策略表，根据策略表调整用电功率与参数，发出响应信号。所述响应控制模块接收响应信号后发出响应指令，短期(几秒钟至几分钟)调整空调运行参数。该装置以不影响用户用电体验为前提，实现负荷的主动安全响应，提高电网保持安全稳定运行的能力。
Description
技术领域
本发明涉及电气领域，具体而言，涉及一种基于用户主动安全响应的空调智能调节装置。
背景技术
一、需求响应
需求响应是在电力需求侧管理的基础上发展起来的短期负荷响应行为和市场机制，它指用户在正常的消费方式下，根据市场电价变化或通过激励报酬机制降低高峰电力需求或在***可靠性受到威胁时进行反应。通过改变其固有用电模式，使批发电力市场具有价格弹性，从而减少高峰电力负荷，提高***的可靠性，降低***的整体成本，提高市场效率，并防止市场成员操纵市场，使市场参与者规避***安全和价格波动的风险。此外，利用需求响应进行移峰，可以减少传统电力***运行需要的备用容量，降低维护电网可靠运行的压力。
二、可中断负荷
电力***中的部分负荷对供电可靠性的要求不是太高，在一定的经济补偿或赔偿条件下，对小概率停电事故可以容忍，如可中断负荷(Interruptible Load，IL)。按对用户的补偿方式，可中断负荷分为停电前低电价补偿和停电后高电价赔偿2类。即户接受停电概率换取的折扣电价补偿与在实际停电后按合约赔偿。前者对应于日常的低代价，且像支付发电侧备用的容量费那样，与停电是否实际发生无关；而后者则对应于小概率的高代价，且像支付发电侧备用的电量费那样，只有在实际停电后才支付。
三、空调负荷对我国电网的影响
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，各种空调***得到了广泛应用。据测算，我国一些大中城市的空调负荷已占到夏季最大负荷的30％以上，某些地区甚至已经超过了50％，并且该数量在未来几年还将呈现高速增长态势。受空调负荷影响，各电网夏季用电负荷迅速增长，峰谷差进一步拉大，空调负荷的急剧增长已经成为夏季电网负荷特性恶化和电力供需紧缺的重要原因。
近年来，对空调负荷进行的研究结果较为一致地表明：空调负荷所占比例增大，其特殊的启动特性和电压恢复特性将会对电网的电压稳定性产生越来越不利的影响。如果***无功电源不足，则会使电网处于低电压水平上的无功功率平衡，即通过电压的降低、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功电源的不足。然而，当电压明显低于额定值时，空调负荷的无功需求随电压下降反而有上升，加剧电网的无功供需紧张局面，增加电网发生电压崩溃的危险。1987年7月日本东京曾发生过一次令人震惊的电压崩溃事故，空调类负荷在事故中起很大的负面作用。
因此，必须高度重视空调负荷对电网安全、稳定、经济运行的影响，积极利用需求管理、用户主动安全响应等经济、行政和技术手段，实现空调负荷的有效管理。
四、用户主动安全响应
为满足电力***瞬时供需平衡要求，以往的研究总是从出力侧考虑，根据电力负荷变化情况调整发电出力和输变电设备。作为现有可中断负荷及需求响应研究的延伸，从负荷侧出发，用户或用电设备根据电网实时运行状况，如电压、频率等，结合电网实时价格信息，主动调整自己的用电行为，控制自身负荷投切状况，进行避峰用电或错峰用电，实现经济用电，协助维护电网的安全稳定运行。通过用户或用电设备的主动调整来提高电力***的稳定性和经济性，是保证电力***安全有效稳定运行的有效手段之一。为了规避空调负荷对电网的不利影响，本专利基于上述研究成果，发明一种基于用户主动安全响应的空调智能调节装置。
发明内容
本发明旨在发明一种基于用户主动安全响应的空调智能调节装置。该装置内嵌响应控制策略表，通过分析实时检测到的电网频率及电压变化，判断电网实时运行情况，根据策略表调整用电功率与参数。当电网频率或电压偏移达到一定响应门槛时，以不影响用户用电体验为前提，短期(几秒钟至几分钟)调整空调运行参数，提高电网保持平衡的能力。
本发明分为频率检测模块、电压检测模块、中央处理模块、响应控制模块。
频率/电压检测模块采用专用频率/电压测量芯片，每隔t秒检测一次电网频率/电压，并将数据传输到中央处理模块。
中央处理模块嵌入根据电网历史数据制定的控制策略表，根据电网历史数据编写，分为制冷和制热两个模式。每个模式各包含4方面情况下的响应控制策略：(1)实测的频率和电压数值均低于额定值；(2)实测的频率和电压数值均高于额定值；(3)实测的频率数值高于额定值，实测的电压数值低于额定值；(4)实测的频率数值低于额定值，实测的电压数值高于额定值。该策略表将电网频率偏离其额定值的程度分为m个等级，电压偏离其额定值的程度分为n个等级，设置实测频率与电压数值偏离额定值的程度为：Δf1＜Δf2＜…＜Δfm，ΔV1＜ΔV2＜…＜ΔVn。在不同的响应门槛(频率/电压偏离额定值的等级)下制定不同的响应策略，响应控制策略分为(m+n)级。响应门槛值设置同时考虑空调自身的启动特性、堵转特性等特有属性。
中央处理模块接收频率和电压检测模块传来的实测数据并进行综合分析，然后查询控制策略表，依据相应策略，调整用电功率与参数。调整参数包括温度调节的最终值(在当前所测室内温度的基础上提高或降低T度)及其持续时间长度。
响应控制模块接收到中央处理模块发出的响应信号之后，通过红外学习模块发出参数调整命令，同时终止频率和电压检测模块的检测过程。在达到预设的响应动作时间后，终止响应过程，由响应控制模块发出响应终止信号，中央处理模块接到信号后恢复频率/电压检测模块的正常运行。
由于可调参数的调节范围小，因此可以实现在不影响用户用电体验的情况下，短期调整负荷，以提高电网保持平衡的能力。此外，本发明的人机交互界面在进行空调负荷短时调整时可以同步显示当前空调设定温度、室温等实时状态参数，供用户查询。
附图说明
图1示出了本发明基于用户主动安全响应的空调智能调节装置的功能结构框图；
图2示出了本发明基于用户主动安全响应的空调智能调节装置的响应原理图。
图3示出了本发明基于用户主动安全响应的空调智能调节装置的控制策略表示例。
具体实施方式
本发明通过专用频率/电压检测芯片检测电网实时频率和电压，根据实测数据，分析电网实时运行状态，查询控制策略表，依据相应的控制策略，发出响应信号，自主执行响应指令。
如图1所示：本发明基于用户主动安全响应的空调智能调节装置通过频率/电压检测模块从交流电网取得电网实时频率、电压信息，然后将数据传送入中央处理器进行数据分析。根据分析结果，查询控制策略表。然后根据相应的策略向控制模块发出响应动作信号，控制模块在接到命令后动作，完成响应过程。在响应动作期间，频率和电压检测模块停止检测。在达到预设的响应动作时间后，终止响应过程，响应控制模块向中央处理模块发出响应终止信号，恢复频率/电压检测模块的正常运行。人机交互界面在进行空调负荷短时调整的同时可实时显示当前空调设定温度、室温等实时状态参数，供用户查询。
如图2所示：本发明基于用户主动安全响应的空调智能调节装置同时检测电网实时频率和电压，并将之与正常值进行比较，计算其偏移量。如果偏移量超出正常范围，立即查询控制策略表，得到当前频率或电压状态下的响应策略，发出响应信号，执行响应动作。策略中可调节参数包括空调温度调整量和调节持续时间长度。
如图3所示：本发明基于用户主动安全响应的空调智能调节装置以编程方式将策略表写入中央处理器的芯片，对于不同的频率电压偏离值进行程序化选择。以制冷模式下实测的频率和电压数值均低于额定值时应采取的策略为例，说明如下：
调整参数设置：温度调整量Th(-2℃＜Th＜2℃，h＝1，2…，k)；调节持续时间长度th(0＜th＜5min，h＝1，2，…，k)。
策略P0：频率的偏离等级为Δf1，电压的偏离等级为ΔV1时，默认电网正常运行，参数调整值为0，装置不响应。
策略P1：频率的偏离等级为Δf1，电压的偏离等级为ΔV2；或频率的偏离等级为Δf2，电压的偏离等级为ΔV1时，空调温度参数上调为T1，调节持续时间长度为t1。
策略P2：频率的偏离等级为Δf2，电压的偏离等级为ΔV2；或频率的偏离等级为Δf1，电压的偏离等级为ΔV3；或频率的偏离等级为Δf3，电压的偏离等级为ΔV1时，空调温度参数上调T2，调节持续时间为t2。
以此类推，可得在不同偏离等级下的空调温度调整策略。策略的最高级为Pm+n级，可短时(5分钟左右)令空调停止工作。
不同的温度调整策略对应不同的响应信号，将该响应信号发送给响应控制模块，从而执行响应指令。
Claims (7)
1.一种基于用户主动安全响应的空调智能调节装置，其特征在于：该装置内嵌根据电网历史数据制定的响应控制策略表，可实时检测电网频率及电压的变化，判断电网实时运行情况，根据策略表调整用电功率与参数；当电网频率或电压偏移达到一定响应门槛时，以不影响用户用电体验为前提，以保护用电设备和协助电网安全稳定运行为目标，短期(几秒钟至几分钟)调整空调运行参数，调整一定时间后自动恢复。
2.根据权利要求1所述的基于用户主动安全响应的空调智能调节装置，其特征在于：装置分为频率检测模块，电压检测模块，中央处理模块和响应控制模块。
3.根据权利要求2所述的基于用户主动安全响应的空调智能调节装置，其特征在于：频率检测模块和电压检测模块每隔t秒(两个模块的检测时间可分别设置，时间可调或固定)检测一次电网频率和电压，并将检测数据及时传送到中央处理模块。
4.根据权利要求2所述的基于用户主动安全响应的空调智能调节装置，其特征在于：中央处理模块嵌入根据电网历史数据制定的控制策略表，根据电网历史数据编写，分为制冷和制热两个模式；每个模式各包含4方面情况下的响应控制策略：(1)实测的频率和电压数值均低于额定值；(2)实测的频率和电压数值均高于额定值；(3)实测的频率数值高于额定值，实测的电压数值低于额定值；(4)实测的频率数值低于额定值，实测的电压数值高于额定值。
5.根据权利要求2所述的基于用户主动安全响应的空调智能调节装置，其特征在于：中央处理模块中嵌入的控制策略表将电网频率偏离其额定值的程度分为m个等级，电压偏离其额定值的程度分为n个等级，设置实测频率与电压数值偏离额定值的程度为：；该策略表在不同的响应门槛(频率/电压偏离额定值的等级)下制定不同的响应策略，响应控制策略分为(m+n)级。空调设定的目标温度的可调范围为0～±2度；响应持续时间的可调范围为0～5分钟。
6.根据权利要求2所述的基于用户主动安全响应的空调智能调节装置，其特征在于：中央处理模块根据电网实时频率和电压数据，查询策略表确定空调智能调节装置响应策略，在不同的响应门槛下，根据策略表调整用电功率与参数，发出响应信号。
7.根据权利要求2所述的基于用户主动安全响应的空调智能调节装置，其特征在于：响应控制模块接收到中央处理模块发出的响应信号之后，将通过红外学习模块发出参数调整命令，同时终止频率和电压检测模块的检测过程；在达到预设的响应动作时间后，由响应控制模块发出响应终止信号，中央处理模块接到该终止信号后恢复频率/电压检测模块的正常运行。
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