CN114659254A - 一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,所述方法包括以下步骤:第一步,设计控制***总体架构;第二步,设计广播控制信号调制模块;第三步,设计广播控制信号解调模块;该方案提出了一种双层广播控制方法。在考虑最小温度调节量为1℃的条件下,通过把1℃的温度调节信号转换为广播概率控制信号,来实现空调负荷的功率的连续调节;将空调分为六种状态,引入优先级机制,温度设定点已经调整的空调更有优先权恢复到其原始设定点,大大提升了用户的舒适度。通过对空调的双层广播控制,提出了一种新型的频率控制方法,实验验证了该方法具有良好的频率控制性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制方法,具体涉及一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,属于电力***自动化领域。
背景技术
减少化石能源消耗,提高可再生能源占比,构建低碳社会,已成为全球共识。然而,随着大规模可再生能源接入电网,渗透率不断提高,其间歇性和随机性问题对电网安全稳定运行造成挑战。随着智能用电技术的快速发展,大量负荷侧资源参与到可再生能源消纳之中。在众多负荷侧资源中,空调负荷依靠房间内空气、固体的保温能力,具有类似于储能电池的响应特性,能够在可再生能源消纳中发挥重要作用。通过灵活地调节空调负荷的功率,对响应电网的需求,平衡电网有功功率,能起到十分重要的作用。
然而目前大多数文献在研究温度设定值控制策略的时候,将温度设定值作为连续变量,没有考虑到温度调节的离散性。对于大多数实际空调而言,遥控器的最小温度调节量为1℃。这导致现有的文献方法无法直接应用于实际的空调***。如果将1℃调节量的控制信号广播下发给所有的空调,会造成大量空调的压缩机同时开通或者关断,从而对电网的有功功率平衡造成冲击。
本方案针对这一问题,提出了一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制策略。在最小温度调节量为1℃的条件下,采用双层广播控制框架,将1℃的温度调节量转化为概率控制信息,来实现空调负荷功率的连续调节。同时考虑用户舒适度问题,来实现对空调负荷的双向调节、平滑调节和舒适调节。该方法能够平稳地调节空调负荷的聚合功率,具有良好的频率控制性能,同时,该方法大大降低了空调负荷的开关次数,减少了开关成本。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题,提供一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,该技术方案针对空调负荷参与需求响应,提出了一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制策略,在空调最小温度调节量为1℃的背景下,提出了双层广播控制框架,来防止空调负荷功率的离散响应。首先在考虑空调负荷参与电力***的频率控制下,设计控制***总体架构。其次需要制定空调负荷控制***的双层广播控制策略,设计了空调负荷控制中心模块和空调负荷的控制器模块。最后,各个控制器计算出指定的温度调节命令,下发给空调负荷集群模块,以此来参与电力***频率控制。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下,一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
第一步,设计控制***总体架构;
第二步,设计广播控制信号调制模块;
第三步,设计广播控制信号解调模块。
其中,第一步,设计控制***总体架构,具体如下,
控制***由双层广播控制模块和电力***模块组成,其中双层广播控制模块包括广播控制信号调制模块和广播控制信号解调模块,所述广播控制信号调制模块由控制中心模块组成,广播控制信号解调模块由控制器模块和空调负荷集群模块组成,当控制中心接收电力***频率偏差Δf,计算出空调负荷集群所需的功率调整uc,并将其转换为全局控制信息Ub,广播给下层的空调的控制器模块,控制器模块里的各个空调控制器接收到Ub后,为对应的空调计算一个特定的Tset调整命令,并将其转换为空调的状态切换信息下发给空调负荷集群模块,空调负荷集群的各个空调负荷根据具体上调或下调Tset命令来进行调节,最后,空调负荷集群将其聚合功率ΔPACs上传到电力***模块,以此来参与频率控制,广播控制信号Ub中包含了不同状态空调的切换概率信息,以实现对空调负荷的三个控制目标:双向调节、平滑调节和舒适调节。
其中,第二步,设计广播控制信号调制模块,具体如下,广播控制信号调制模块是由控制中心模块组成,控制中心收到电力***频率偏Δf,计算出空调负荷集群所需的功率调整uc,并根据功率调整信号uc,产生广播控制信号Ub={Is,vp+,vp0,vp-}并发送给下层的空调控制器模块,以实现对空调负荷的双向调节、平滑调节和舒适调节,步骤如下:
步骤2.1:计算功率调节需求uc,首先计算空调的参考功率调节需求ΔPref,使得空调的聚合功率ΔPACS能连续跟踪ΔPref,ΔPref可以与频率偏差Δf成比例或积分关系,一次调频需要ΔPref与Δf成比例关系,二次调频需要ΔPref与Δf成积分关系,为了实现对参考功率调节需求ΔPref的跟踪控制,首先计算ΔPref与ΔPACs之差ΔPerror,然后将该差值输入PI控制器,最终得到功率调节需求量uc;
步骤2.2:舒适调节,舒适调节的目标是在调节空调温度设定点的同时需要考虑用户的舒适度,为了实现空调负荷的舒适调节,引入优先级机制,根据空调负荷当前的温度设定点Tset和开关状态,将空调分为了六种状态:ACsON+、ACsON0、ACsON-、ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-,ACsON表示空调属于ON-ACs(原始状态为开的空调):ACsON+表示ON-AC的温度设定值Tset已调高;ACsON-表示ON-AC的温度设定值Tset已经下调;ACsON0表示ON-AC的温度设定值Tset尚未移位,ACsOFF表示空调属于OFF-ACs(原始状态为关的空调):ACsOFF+表示OFF-AC的温度设定值Tset已调高;ACsOFF-表示OFF-AC的温度设定值Tset已经下调;ACsOFF0表示OFF-AC的温度设定值Tset尚未移位,温度设定点已经调整的空调更有优先权恢复到其原始设定点,例如,ACsON+和ACsOFF+对Tset下调有较高的优先级,对Tset上调有较低的优先级,ACsON-和ACsOFF-对Tset下调有较低的优先级,对Tset上调有较高的优先级,ACsON0和ACsOFF0对Tset下调和上调的优先级处于中间地位;
步骤2.3:平滑调节,平滑调节要求在温度设定点上移或下移1℃的条件下,实现聚合空调功率连续变化,考虑到平滑调节的要求,分别为六种状态的空调定义了一组上调或下调概率,由于概率是连续控制变量,因此可以实现对空调负荷的平滑调节,ACsON+、ACsON0和ACsON-的总功率由Pon+、Pon0和Pon-表示,ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-的总功率由Poff+、Poff0和Poff-表示,然后可以相应地导出调整概率vp+、vp0、vp-。如果uc>0,则需要增加负载,对OFF-AC应向下调整温度设定点Tset。ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-的向下调整概率vp+,vp0,vp-可以由下式导出:
同样,如果uc<0,则需要减少负载,并且需要对ON-AC的温度设定点Tset进行上调,ACsON+、ACsON0和ACsON-的上调概率vp+,vp0,vp-可由下式导出:
步骤2.4:双向调节,双向调节的要求是实现空调的温度设定点可以上升和降低,考虑到双向调节的要求,广播控制信号包含上/下调整指标Is,来指示向上或向下调节Tset的信息,Is=1表示负载增加(Tset向下调整),Is=-1表示负载减少(Tset向上调整),由于Is的值表示Tset的向下调整或向上调整,因此可由uc的符号决定:
综上,得到广播控制信号Ub={Is,vp+,vp0,vp},广播给广播控制信号解调模块。
其中,第三步,设计广播控制信号解调模块,具体如下,广播控制信号解调模块由控制器模块和空调负荷集群模块组成,控制器模块包括ON-ACs控制模块集群和OFF-ACs控制模块集群,ON-ACs控制模块集群包括n个ON-AC控制模块,OFF-ACs控制模块集群包括m个OFF-AC,空调负荷集群模块包括ON-ACs负荷集群模块和OFF-ACs负荷集群模块,ON-ACs负荷集群和OFF-ACs负荷集群分别由n个ON-AC负荷和m个OFF-AC负荷组成,控制模块集群里的各个控制模块在接收到Ub后,为对应的空调负荷计算一个特定的Tset调整命令,并将其转换为空调的状态切换信息下发给空调负荷集群模块,空调负荷集群的各个空调负荷根据具体上调或下调Tset命令来进行调节,以第i个空调负荷作为例子来说明这个过程,步骤如下:
步骤3.1:各个空调的控制模块接收Ub={Is,vp+,vp0,vp-},根据空调的当前状态确定空调的调整概率vp,i,由下式所示:
步骤3.2:生成0~1之间的ψi随机数,
步骤3.3:如果Is=1,进入步骤3.4;如果Is=-1,进入步骤3.5,
步骤3.4:若ψi<vp,i,且空调属于OFF-ACs,则Tset,i下调1℃。若ψi>vp,i,则Tset,i不变,
步骤3.5:若ψi<vp,i,且空调属于ON-ACs,则Tset,i上调1℃。若ψi>vp,i,则Tset,i不变,
步骤3.6:当空调负荷接收到特定的Tset,i调整命令后,将进行相应的调节温度设定值的动作,同时进行相应的状态切换。
相对于现有技术,本发明具有如下优点,1)该技术方案在最小温度调节量为1℃的条件下,该方法能够实现空调负荷功率的连续调节;2)该方案通过将空调负荷分为六个状态,可以有效的避免某一特定空调的“过度调节”。温度调节次数被限制在一个相对较低的值,提高了用户的舒适度;3)该控制策略相对于以往的控制策略,大大降低了空调负荷的开关次数,减少了开关成本;4)该控制策略同时适用于一次调频和二次调频,具有良好的频率控制性能。
附图说明
图1为本发明提供的考虑空调负荷的控制***总体架构的示意图;
图2为本发明提供的广播控制信号调制模块的流程图;
图3为本发明提供的uc的计算过程的示意图;
图4为本发明提供的广播控制信号解调模块的流程图。
具体实施方式:
为了加深对本发明的理解,下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1:参见图1,一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,所述方法包括以下步骤:
第一步,设计控制***总体架构;
第二步,设计广播控制信号调制模块;
第三步,设计广播控制信号解调模块。
其中,第一步,设计控制***总体架构,具体如下,
控制***由双层广播控制模块和电力***模块组成,其中双层广播控制模块包括广播控制信号调制模块和广播控制信号解调模块,所述广播控制信号调制模块由控制中心模块组成,广播控制信号解调模块由控制器模块和空调负荷集群模块组成,当控制中心接收电力***频率偏差Δf,计算出空调负荷集群所需的功率调整uc,并将其转换为全局控制信息Ub,广播给下层的空调的控制器模块,控制器模块里的各个空调控制器接收到Ub后,为对应的空调计算一个特定的Tset调整命令,并将其转换为空调的状态切换信息下发给空调负荷集群模块,空调负荷集群的各个空调负荷根据具体上调或下调Tset命令来进行调节,最后,空调负荷集群将其聚合功率ΔPACs上传到电力***模块,以此来参与频率控制,广播控制信号Ub中包含了不同状态空调的切换概率信息,以实现对空调负荷的三个控制目标:双向调节、平滑调节和舒适调节。
其中,第二步,设计广播控制信号调制模块,具体如下,其流程图如图2所示。广播控制信号调制模块是由控制中心模块组成,控制中心收到电力***频率偏Δf,计算出空调负荷集群所需的功率调整uc,并根据功率调整信号uc,产生广播控制信号Ub={Is,vp+,vp0,vp-}并发送给下层的空调控制器模块,以实现对空调负荷的双向调节、平滑调节和舒适调节,步骤如下:
步骤2.1:计算功率调节需求uc,如图3所示。首先计算空调的参考功率调节需求ΔPref,使得空调的聚合功率ΔPACS能连续跟踪ΔPref,ΔPref可以与频率偏差Δf成比例或积分关系,一次调频需要ΔPref与Δf成比例关系,二次调频需要ΔPref与Δf成积分关系,为了实现对参考功率调节需求ΔPref的跟踪控制,首先计算ΔPref与ΔPACs之差ΔPerror,然后将该差值输入PI控制器,最终得到功率调节需求量uc;
步骤2.2:舒适调节,舒适调节的目标是在调节空调温度设定点的同时需要考虑用户的舒适度,为了实现空调负荷的舒适调节,引入优先级机制,根据空调负荷当前的温度设定点Tset和开关状态,将空调分为了六种状态:ACsON+、ACsON0、ACsON-、ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-,ACsON表示空调属于ON-ACs(原始状态为开的空调):ACsON+表示ON-AC的温度设定值Tset已调高;ACsON-表示ON-AC的温度设定值Tset已经下调;ACsON0表示ON-AC的温度设定值Tset尚未移位,ACsOFF表示空调属于OFF-ACs(原始状态为关的空调):ACsOFF+表示OFF-AC的温度设定值Tset已调高;ACsOFF-表示OFF-AC的温度设定值Tset已经下调;ACsOFF0表示OFF-AC的温度设定值Tset尚未移位,温度设定点已经调整的空调更有优先权恢复到其原始设定点,例如,ACsON+和ACsOFF+对Tset下调有较高的优先级,对Tset上调有较低的优先级,ACsON-和ACsOFF-对Tset下调有较低的优先级,对Tset上调有较高的优先级,ACsON0和ACsOFF0对Tset下调和上调的优先级处于中间地位;
步骤2.3:平滑调节,平滑调节要求在温度设定点上移或下移1℃的条件下,实现聚合空调功率连续变化,考虑到平滑调节的要求,分别为六种状态的空调定义了一组上调或下调概率,由于概率是连续控制变量,因此可以实现对空调负荷的平滑调节,ACsON+、ACsON0和ACsON-的总功率由Pon+、Pon0和Pon-表示,ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-的总功率由Poff+、Poff0和Poff-表示,然后可以相应地导出调整概率vp+、vp0、vp-。如果uc>0,则需要增加负载,对OFF-AC应向下调整温度设定点Tset。ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-的向下调整概率vp+,vp0,vp-可以由下式导出:
同样,如果uc<0,则需要减少负载,并且需要对ON-AC的温度设定点Tset进行上调,ACsON+、ACsON0和ACsON-的上调概率vp+,vp0,vp-可由下式导出:
步骤2.4:双向调节,双向调节的要求是实现空调的温度设定点可以上升和降低,考虑到双向调节的要求,广播控制信号包含上/下调整指标Is,来指示向上或向下调节Tset的信息,Is=1表示负载增加(Tset向下调整),Is=-1表示负载减少(Tset向上调整),由于Is的值表示Tset的向下调整或向上调整,因此可由uc的符号决定:
综上,得到广播控制信号Ub={Is,vp+,vp0,vp},广播给广播控制信号解调模块。
其中,第三步,设计广播控制信号解调模块,具体如下,其流程图如图4所示。广播控制信号解调模块由控制器模块和空调负荷集群模块组成,控制器模块包括ON-ACs控制模块集群和OFF-ACs控制模块集群,ON-ACs控制模块集群包括n个ON-AC控制模块,OFF-ACs控制模块集群包括m个OFF-AC,空调负荷集群模块包括ON-ACs负荷集群模块和OFF-ACs负荷集群模块,ON-ACs负荷集群和OFF-ACs负荷集群分别由n个ON-AC负荷和m个OFF-AC负荷组成,控制模块集群里的各个控制模块在接收到Ub后,为对应的空调负荷计算一个特定的Tset调整命令,并将其转换为空调的状态切换信息下发给空调负荷集群模块,空调负荷集群的各个空调负荷根据具体上调或下调Tset命令来进行调节,以第i个空调负荷作为例子来说明这个过程,步骤如下:
步骤3.1:各个空调的控制模块接收Ub={Is,vp+,vp0,vp-},根据空调的当前状态确定空调的调整概率vp,i,由下式所示:
步骤3.2:生成0~1之间的ψi随机数,
步骤3.3:如果Is=1,进入步骤3.4;如果Is=-1,进入步骤3.5,
步骤3.4:若ψi<vp,i,且空调属于OFF-ACs,则Tset,i下调1℃。若ψi>vp,i,则Tset,i不变,
步骤3.5:若ψi<vp,i,且空调属于ON-ACs,则Tset,i上调1℃。若ψi>vp,i,则Tset,i不变,
步骤3.6:当空调负荷接收到特定的Tset,i调整命令后,将进行相应的调节温度设定值的动作,同时进行相应的状态切换。
需要说明的是上述实施例,并非用来限定本发明的保护范围,在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (4)
1.一种基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
第一步,设计控制***总体架构;
第二步,设计广播控制信号调制模块;
第三步,设计广播控制信号解调模块。
2.根据权利要求1所述的基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,其特征在于,第一步,设计控制***总体架构,具体如下,
控制***由双层广播控制模块和电力***模块组成,其中双层广播控制模块包括广播控制信号调制模块和广播控制信号解调模块,所述广播控制信号调制模块由控制中心模块组成,广播控制信号解调模块由控制器模块和空调负荷集群模块组成,当控制中心接收电力***频率偏差Δf,计算出空调负荷集群所需的功率调整uc,并将其转换为全局控制信息Ub,广播给下层的空调的控制器模块,控制器模块里的各个空调控制器接收到Ub后,为对应的空调计算一个特定的Tset调整命令,并将其转换为空调的状态切换信息下发给空调负荷集群模块,空调负荷集群的各个空调负荷根据具体上调或下调Tset命令来进行调节,最后,空调负荷集群将其聚合功率ΔPACs上传到电力***模块,以此来参与频率控制,广播控制信号Ub中包含了不同状态空调的切换概率信息,以实现对空调负荷的三个控制目标:双向调节、平滑调节和舒适调节。
3.根据权利要求2所述的基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,其特征在于,第二步,设计广播控制信号调制模块,具体如下,广播控制信号调制模块是由控制中心模块组成,控制中心收到电力***频率偏Δf,计算出空调负荷集群所需的功率调整uc,并根据功率调整信号uc,产生广播控制信号Ub={Is,vp+,vp0,vp-}并发送给下层的空调控制器模块,以实现对空调负荷的双向调节、平滑调节和舒适调节,步骤如下:
步骤2.1:计算功率调节需求uc,首先计算空调的参考功率调节需求ΔPref,使得空调的聚合功率ΔPACS能连续跟踪ΔPref,ΔPref可以与频率偏差Δf成比例或积分关系,一次调频需要ΔPref与Δf成比例关系,二次调频需要ΔPref与Δf成积分关系,为了实现对参考功率调节需求ΔPref的跟踪控制,首先计算ΔPref与ΔPACs之差ΔPerror,然后将该差值输入PI控制器,最终得到功率调节需求量uc;
步骤2.2:舒适调节,舒适调节的目标是在调节空调温度设定点的同时需要考虑用户的舒适度,为了实现空调负荷的舒适调节,引入优先级机制,根据空调负荷当前的温度设定点Tset和开关状态,将空调分为了六种状态:ACsON+、ACsON0、ACsON-、ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-,ACsON表示空调属于ON-ACs(原始状态为开的空调):ACsON+表示ON-AC的温度设定值Tset已调高;ACsON-表示ON-AC的温度设定值Tset已经下调;ACsON0表示ON-AC的温度设定值Tset尚未移位,ACsOFF表示空调属于OFF-ACs(原始状态为关的空调):ACsOFF+表示OFF-AC的温度设定值Tset已调高;ACsOFF-表示OFF-AC的温度设定值Tset已经下调;ACsOFF0表示OFF-AC的温度设定值Tset尚未移位,温度设定点已经调整的空调更有优先权恢复到其原始设定点,ACsON+和ACsOFF+对Tset下调有较高的优先级,对Tset上调有较低的优先级,ACsON-和ACsOFF-对Tset下调有较低的优先级,对Tset上调有较高的优先级,ACsON0和ACsOFF0对Tset下调和上调的优先级处于中间地位;
步骤2.3:平滑调节,平滑调节要求在温度设定点上移或下移1℃的条件下,实现聚合空调功率连续变化,考虑到平滑调节的要求,分别为六种状态的空调定义了一组上调或下调概率,由于概率是连续控制变量,实现对空调负荷的平滑调节,ACsON+、ACsON0和ACsON-的总功率由Pon+、Pon0和Pon-表示,ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-的总功率由Poff+、Poff0和Poff-表示,然后可以相应地导出调整概率vp+、vp0、vp-,如果uc>0,则需要增加负载,对OFF-AC应向下调整温度设定点Tset,ACsOFF+、ACsOFF0和ACsOFF-的向下调整概率vp+,vp0,vp-可以由下式导出:
同样,如果uc<0,则需要减少负载,并且需要对ON-AC的温度设定点Tset进行上调,ACsON+、ACsON0和ACsON-的上调概率vp+,vp0,vp-可由下式导出:
步骤2.4:双向调节,双向调节的要求是实现空调的温度设定点可以上升和降低,考虑到双向调节的要求,广播控制信号包含上/下调整指标Is,来指示向上或向下调节Tset的信息,Is=1表示负载增加(Tset向下调整),Is=-1表示负载减少(Tset向上调整),由于Is的值表示Tset的向下调整或向上调整,因此可由uc的符号决定:
综上,得到广播控制信号Ub={Is,vp+,vp0,vp},广播给广播控制信号解调模块。
4.根据权利要求3所述的基于温度设定值离散调整的空调负荷频率控制方法,其特征在于,第三步,设计广播控制信号解调模块,具体如下,广播控制信号解调模块由控制器模块和空调负荷集群模块组成,控制器模块包括ON-ACs控制模块集群和OFF-ACs控制模块集群,ON-ACs控制模块集群包括n个ON-AC控制模块,OFF-ACs控制模块集群包括m个OFF-AC,空调负荷集群模块包括ON-ACs负荷集群模块和OFF-ACs负荷集群模块,ON-ACs负荷集群和OFF-ACs负荷集群分别由n个ON-AC负荷和m个OFF-AC负荷组成,控制模块集群里的各个控制模块在接收到Ub后,为对应的空调负荷计算一个特定的Tset调整命令,并将其转换为空调的状态切换信息下发给空调负荷集群模块,空调负荷集群的各个空调负荷根据具体上调或下调Tset命令来进行调节,以第i个空调负荷作为例子来说明这个过程,步骤如下:
步骤3.1:各个空调的控制模块接收Ub={Is,vp+,vp0,vp-},根据空调的当前状态确定空调的调整概率vp,i,由下式所示:
步骤3.2:生成0~1之间的ψi随机数,
步骤3.3:如果Is=1,进入步骤3.4;如果Is=-1,进入步骤3.5,
步骤3.4:若ψi<vp,i,且空调属于OFF-ACs,则Tset,i下调1℃,若ψi>vp,i,则Tset,i不变,
步骤3.5:若ψi<vp,i,且空调属于ON-ACs,则Tset,i上调1℃,若ψi>vp,i,则Tset,i不变,
步骤3.6:当空调负荷接收到特定的Tset,i调整命令后,将进行相应的调节温度设定值的动作,同时进行相应的状态切换。
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CN115344070A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-15 | 南京师范大学 | 一种基于温度设定值和主电源开关联合控制的空调用能优化方法 |
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- 2022-03-17 CN CN202210277278.8A patent/CN114659254B/zh active Active
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