CN114943140A - 考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法 - Google Patents

Abstract

考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，根据变频空调的电气量关系和房间的热力学特性，建立变频空调等效热参数模型；根据建立的变频空调等效热参数模型，利用给定的变频空调集群规模，计算出变频空调集群的聚合功率；引入用户意愿度函数，计算出用户体感舒适的温度区间；通过计算的温度区间，在分组轮控变频空调集群方式下计算出变频空调集群的响应潜力。本发明提供的一种考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，具有更加缓和的负荷削减曲线，有效防止了传统调控方式中负荷短时间骤降的问题。

Description

考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法

技术领域

本发明属于电力***需求侧响应领域的技术领域，具体涉及一种考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法。

背景技术

现有技术中风能、光能等新能源在能源侧所占的比例愈发扩大，但与此同时新能源的大规模并网也给电力***带来了诸多不稳定的安全隐患。由于风力发电方式和太阳能发电方式会受天气环境等自然因素的影响而导致电能质量相较于传统发电方式更低。因此新能源的大规模并网会大幅度增加电力***调峰调频压力。故为了提升电力***的稳定性，同时也为了减少传统火电机组的调峰调频压力，在需求侧所存在着的大规模的柔性负荷成为了电网领域研究的焦点。

空调负荷已然成为夏季居民主要用电负荷的主体，而随着近些年遥测技术、双向通讯技术的发展，控制空调负荷聚合进行调频调压已经成为了研究人员的焦点。而现有技术中大多数研究主要是定频空调的启停控制利用占空比聚合，在变频空调负荷聚合的领域仍有鲜见相关研究。然而近年来变频空调的市场占有率不断提高，如何对变频空调负荷聚合控制是当前要解决的技术问题。

发明内容

为了更好的控制变频空调集群和评估变频空调集群的响应潜力，本发明提供一种考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，具有更加缓和的负荷削减曲线，有效防止了传统调控方式中负荷短时间骤降的问题，为合理利用用户侧变频空调资源提供了依据。

本发明采取的技术方案为：

考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据变频空调的电气量关系和房间的热力学特性，建立变频空调等效热参数模型；

步骤二：根据步骤一中建立的变频空调等效热参数模型，利用给定的变频空调集群规模，计算出变频空调集群的聚合功率；

步骤三：引入用户意愿度函数，计算出用户体感舒适的温度区间；

步骤四：通过步骤三计算的温度区间，在分组轮控变频空调集群方式下计算出变频空调集群的响应潜力。

所述步骤二中，变频空调集群聚合功率的计算方法如下：

式中：P_S0表示调控前变频空调集群的负荷，N表示空调集群的空调总数，T_OUTt表示日内t时刻室外温度，T_S0i表示各个空调的初始设置温度，R_i表示各个空调所在房间的热阻，a_i,b_i,c_i,m_i,n_i分别表示各个空调的特性参数。

所述步骤三中，用户体感舒适的温度区间：

式(3)中：I_PMV表示热舒适度、t表示室内温度

式(4)中：t_maxw表示用户体感舒适的最大室内温度、t_minw表示室内体感舒适的最低温度。

所述步骤四中，分组轮控空调集群的削减潜力的计算如下：

空调集群初始时刻的集群功率已与式(1)所示,调控后t时刻第j组的空调集群功率P_sj为：

式中：N_j表示第j组的空调总数，T_SETi表示调控后组内各个空调的设定温度。

令调控前第j组的空调集群总功率为P_0j，则P_0j为：

式(7)中：T_0i表示第i个房间的初始室内温度。

则进入调控后第j组空调集群的负荷削减量为：

Re_j＝P_0j-P_sj；

于是调控期间任意j时段内变频空调集群的总负荷削减量Re_sj为：

Re_sj＝Re₁+Re₂+.....+Re_j。

本发明一种考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，技术效果效果如下：

1)本发明通过引入用户意愿度函数来表征用户的使用体验，并通过该函数确立了变频空调集群参与需求侧响应调控时的调控范围，为合理利用用户侧变频空调资源提供了依据。 2)相较于传统的在一个时段直接将变频空调集群的全部空调投入调控，本发明采用了分组聚合参与调控的方式，其具有更加缓和的负荷削减曲线，有效防止了传统调控方式中负荷短时间骤降的问题。

附图说明

图1为夏季日内变频空调集群聚合功率图。

图2为分组轮控下不同时段变频空调负荷削减量曲线图。

图3为分组轮控与传统控制在削减负荷上的对比图。

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

如图4所示，考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据变频空调的电气量关系和房间的热力学特性，建立变频空调等效热参数模型；

与定频空调以恒定功率工作不同，变频空调通过改变压缩机的频率来调节其功率。变频空调的压缩机在t时刻的频率f_t与空调的功率

以及空调制冷(或热)功率

之间的关系可以表示为：

式中，a,b,c,m,n均为常系数

房间的热力学模型一般由一阶的热参数模型来描述，室内温度与空调制冷功率间的关系式为：

式中，

为室外环境温度；△t为t与t+1时刻之间的时间间隔；R和C分别为房间的等效热容和热阻。

步骤S2：根据S1中建立的变频空调等效热参数模型，利用给定的变频空调集群规模，计算出变频空调集群的聚合功率，具体如下：

计算初始状态下变频空调集群的聚合功率：

应用于需求侧响应的变频空调有温度控制和频率控制两种控制方式，本发明采用频率控制方式，频率控制以温度(初始设定温度月调控后设定温度的偏差值)为表征控制变量。变频空调稳定运行时压缩机以恒定频率运行，此时的变频空调集群功率为：

式中：f_0i表示第i台空调的压缩机频率，T_OUTt表示日内t时刻的室外温度，n表示空调集群的空调总数，T_S0i表示各个空调的初始设置温度，R_i表示各个空调所在房间的热阻，a_i,b_i,c_i,m_i,n_i表示各个空调的特性参数。

步骤S3：利用I_PMVFranker热舒适度方程，根据ISO7730标准，计算出用户体感舒适的温度区间：

式中：I_PMV表示热舒适度，t表示室内温度t_maxw表示用户体感舒适的最大室内温度，t_minw表示室内体感舒适的最低温度。

步骤S4：利用步骤S3中计算出的用户体感舒适的温度区间，在不分组的情况下计算出变频空调集群的响应潜力，具体如下：

将S3中计算出的用户体感舒适的温度区间，作为调控后变频空调集群的各个空调设定温度上下限，以此计算出传统控制模式下变频空调的调控后集群功率的上、下限，并计算出变频空调集群的响应能力：

Re₁＝P_S0-P_S2minw(10)

式中：P_S2maxw表示控制后空调集群负荷功率的最大值，P_S2minw表示控制后空调集群负荷功率的最小值，Re₁表示变频空调集群考虑用户体验后的响应潜力。

步骤S5：首先将变频空调集群随机分成n组，在第j个时间段开始时让第j组空调参与调控，其余组别空调保持上个时间段的运行状态。利用S3的数据作为调控后允许的温度上下限，计算出分组调控时每组的聚合功率上下限，并以此计算出变频空调集群在调控时期内每一时段的负荷削减量：

第j组调控前初始状态聚合功率：

式中：T_OUTt表示t时刻室外温度，T_0i表示第i个房间的初始室内温度。

第j组调控后聚合功率上限：

第j组调控后聚合功率下限：

第j组变频空调集群的响应潜力：

Re_2j＝P_0j-P_Sjminw (14)

整个变频空调集群在j个时间段内的总响应潜力：

Re₂＝Re₂₁+Re₂₂+.....+Re_2j (15)

Re_2j表示第j个时段内单是时段的响应潜力。

步骤S6：对比步骤S4与步骤S5两种方法的负荷削减曲线，得出分组调控变频空调的优势。

实施例：

本发明以含有3000台变频空调的变频空调集群的MATLAB仿真作为实例对具体实施方式进行说明。

根据步骤S1，通过这3000台变频空调的电气参数和所在房间的热参数建立变频空调的等效热参数模型，各个参数如下表1所示：

表1空调与房间的特性参数

根据步骤S2，计算出初始状态下变频空调集群的聚合功率，聚合功率的计算结果为 6074.8KW。

根据步骤S3，利用I_PMVFranker热舒适度方程，根据ISO7730标准，计算出用户体感舒适的温度区间。用户的舒适体感温度区间为[25.4,26.6]。

根据步骤S4，夏季一天24小时内的室外温度如表2所示。通过下表计算出夏季日内各个时段的变频空调集群总功率如图1所示，由图1可知，在中午12时由于外界气温达到日内最高，空调集群的负荷也达到最高。而在凌晨5时由于外界气温降至最低点，空调集群正体负载也降至最低点。

表2夏季日内24小时室外温度

根据步骤S5，将变频空调集群随机平均分成6组，每间隔20min加入一组参与调控，整个调控时长为2h，其响应潜力随时间的变化曲线为图2所示。由图2可以看出，采用分组轮控以后，随着时间的推移变频空调集群的负荷削减量呈阶梯状上升。每过20min变频空调负荷削减量上升一节。

根据步骤S6，对比传统的不分组所有空调同时参与调控相比，分组轮控的负荷削减曲线更为缓和，有效的防止了段时间内电网负荷下降过度导致的电网不稳定，对比图如图3 所示。

Claims (3)

1.考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：根据变频空调的电气量关系和房间的热力学特性，建立变频空调等效热参数模型；

步骤二：根据步骤一中建立的变频空调等效热参数模型，利用给定的变频空调集群规模，计算出变频空调集群的聚合功率；

步骤三：计算出用户体感舒适的温度区间；

步骤四：通过步骤三计算的温度区间，在分组轮控变频空调集群方式下计算出变频空调集群的响应潜力。

2.根据权利要求1所述考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，其特征在于：所述步骤二中，

变频空调集群聚合功率的计算方法如下：

式中：P_S0表示调控前变频空调集群的负荷，N表示空调集群的空调总数，T_OUTt表示日内t时刻室外温度，T_S0i表示各个空调的初始设置温度，R_i表示各个空调所在房间的热阻，a_i,b_i,c_i,m_i,n_i分别表示各个空调的特性参数。

3.根据权利要求1所述考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法，其特征在于：所述步骤四中分组轮控空调集群的削减潜力的计算如下：

空调集群初始时刻的集群功率调控后，t时刻第j组的空调集群功率P_sj为：

式中：N_j表示第j组的空调总数，T_SETi表示调控后组内各个空调的设定温度；

令调控前第j组的空调集群总功率为P_0j，则P_0j为：

式(7)中：T_0i表示第i个房间的初始室内温度；

则进入调控后第j组空调集群的负荷削减量为：

Re_j＝P_0j-P_sj；

于是调控期间任意j时段内变频空调集群的总负荷削减量Re_sj为：

Re_sj＝Re₁+Re₂+.....+Re_j。

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