一种面向集群需求响应的中央空调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种面向集群需求响应的中央空调控制方法，包括以下步骤：对负载率型中央空调的机理进行建模；基于给定的总响应指令，利用空间搜索单峰削去算法，得到每个中央空调的最优响应指令；集群中央空调负荷需求响应控制中心，结合最优响应指令和中央空调设备开关状态、以及综合指标值，制定设备级的综合指标优先队列控制策略，受控设备群体接受综合指标优先队列控制策略后，更新设备状态，反馈至信息收集单元。本发明专利技术利用综合指标优先队列算法和空间搜索单峰削去算法，以中央空调为需求响应资源，设计并建立了集群需求响应策略架构，为电力系统控制提供辅助服务。

【技术实现步骤摘要】
一种面向集群需求响应的中央空调控制方法
本专利技术涉及智能电网技术、需求响应领域，尤其涉及一种面向集群需求响应的中央空调控制方法。
技术介绍
近年来，用户负荷增长迅猛，给电网的平稳、经济运行带来了较大影响。其中，空调负荷占据了很大比重，对空调负荷的合理调控有利于优化资源配置，缓解电网运行压力。相比一般居民用户使用的单体空调，商业用户(如酒店、商场等)所使用的中央空调具有更好的调控性，在实现电网削峰填谷方面具有很大潜力。较为有效的实现途径，是利用需求响应(DemandResponse，DR)技术，即对用户用电模式进行调整或对用户用电负荷进行管理。其中，基于激励的DR主要是指调度中心通过制定确定性的或者随时间变化的政策，来激励用户在系统过于紧张或是电价过高时及时削减负荷。中央空调属于一种空气调节系统(Heating,Ventilation,Air-conditioningandCooling，HVAC)，针对HVAC的建模和控制策略已有一些较为深入的探讨。单体负荷(如单体空调，热泵等)方面：已有研究提出的模型考虑了负荷的热力学特性和参数多样性，并已应用于直接负荷控制；建立负荷模型，在基于物理模型基础上充分考虑了用户的用电行为特点。中央空调建模与控制策略方面：考虑中央空调能耗特性，建立了冷却水系统模型，并设计了相应的PID调节器；将神经网络的PID控制器应用于中央空调的调控，提高了响应精度及速度；考虑到船舶上空调系统的特殊要求，基于空调系统气流运动特点，设计了一组空气循环系统，最终实现节能30％；对中央空调主机施加占空比控制策略，实现了需求响应；已有研究通过将模糊控制和变频技术结合，构建了中央空调的能耗监管系统；已有研究提出了基于物理模型的方法，聚合每小时的空调负荷来体现群体的用电特性；基于冷水机组性能曲线建立了主机和水泵系统的数学模型，应用模拟退火算法进行了节能优化。此外，近年来在需求响应和电力市场研究领域，也取得了较多进展，这些都为中央空调负荷参与需求响应提供了理论基础。以上各研究均属于对中央空调“自上而下”的建模和控制，调控对象多为主机或水循环系统，每次调控会影响全体的中央空调终端用户，较少关注以终端用户为调控核心的“自下而上”的控制手段，对用户的调控缺乏选择性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种面向集群需求响应的中央空调控制方法，本专利技术以中央空调为需求响应资源，为电力系统控制提供辅助服务，详见下文描述：一种面向集群需求响应的中央空调控制方法，所述中央空调控制方法包括以下步骤：对负载率型中央空调的机理进行建模；基于给定的总响应指令，利用空间搜索单峰削去算法，得到每个中央空调的最优响应指令；集群中央空调负荷需求响应控制中心，结合最优响应指令和中央空调设备开关状态、以及综合指标值，制定设备级的综合指标优先队列控制策略，受控设备群体接受综合指标优先队列控制策略后，更新设备状态，反馈至信息收集单元。其中，所述基于给定的总响应指令，利用空间搜索单峰削去算法，得到每个中央空调的最优响应指令具体为：使用中央空调运行状态和优化目标将各中央空调的响应目标分配结果划分为多个单峰区域；辨识并且排序最有可能包含最优解的区域；在最有希望的区域使用拉丁方采样拟合克里金模型，辨识最优点；向下一个最有希望区域移动，直到所有有希望的区域都被执行过，全局最优响应指令可通过比较所有的局部最优最终确定。进一步地，所述综合指标值具体为：其中，Ii,t代表t时刻第i个设备的综合指标。该指标决定于多种因素，包括：t时刻第i个设备的历史开关次数指标室内温度指标用户意愿指标电价指标λHSN为历史开关次数指标系数，λTEM为室内温度指标系数，λWF为用户意愿指标系数，λPF为电价指标系数。当考虑某一指标的影响时，该指标的系数取1，否则取0。其中，所述综合指标与用户意愿之间存在正相关关系，当用户意愿较高时，通过增大用户意愿指标值来反应用户的该种需求；相反地，所述综合指标与设备历史开关次数之间存在负相关关系，增长设备使用寿命，设备开关次数被限制在合理范围之内。进一步地，所述方法通过添加设备开关次数指标系数反映开关次数的影响，设备开关次数越多，设备开关次数指标系数越小；综合指标与电价指标之间存在负相关关系，通过添加设备开关次数指标系数来反映开关次数的影响。进一步地，所述设备级的综合指标优先队列控制策略具体为：根据响应信号的数值大小，基于综合指标对中央空调终端设备进行排序，通过堆栈方法精确筛选需要调控的设备，直至满足响应信号的要求，并改变需调控终端设备的开关状态。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、本专利技术基于中央空调的热力学动态特性及其电-热耦合关系，构建了一种负载率型中央空调的数学模型；2、本专利技术构建了综合指标优先队列算法，在考虑多种影响因素的前提下，为中央空调参与需求响应提供精确的设备优化筛选方法，保证被调控的设备是当前设备群体当中最适合的对象；3、本专利技术利用空间搜索单峰削去算法，以中央空调为需求响应资源，设计并建立了集群需求响应策略架构，为电力系统削峰填谷提供帮助，为电力系统控制提供辅助服务。附图说明图1为一种面向集群需求响应的中央空调控制方法的流程图；图2为本专利技术提供的中央空调工作机理及构成图；图3为本专利技术提供的房屋室内温度变化示意图；图4为本专利技术提供的空间搜索单峰削去算法的流程图；图5为本专利技术提供的温度指标变化示意图；图6为本专利技术提供的仅考虑温度指标的需求响应效果示意图；图7为本专利技术提供的仅考虑电价指标的需求响应效果示意图；图8为本专利技术提供的仅考虑历史开关次数指标的需求响应效果示意图；图9为本专利技术提供的考虑温度和电价指标的需求响应效果示意图；图10为本专利技术提供的考虑温度和历史开关次数的需求响应效果示意图；图11为本专利技术提供的考虑温度、电价、历史开关次数指标的需求响应效果示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提出的中央空调需求响应控制策略即是一种“自下而上”的控制方法，通过综合指标优先队列算法与空间搜索单峰削去算法，依托设备运行状态进行中央空调群体筛选，并考虑电价约束、运行成本约束、舒适度约束、给定目标等多约束条件，计算出中央空调群体最优控制目标，并下发控制指令，为电力系统平抑波动提供服务，并完成多种辅助服务功能。实施例1一种面向集群需求响应的中央空调控制方法，参见图1和图2，该中央空调控制方法包括以下步骤：101：对负载率型中央空调的机理进行建模；102：基于给定的总响应指令，利用空间搜索单峰削去算法，得到每个中央空调的最优响应指令；103：集群中央空调负荷需求响应控制中心，结合最优响应指令和中央空调设备开关状态、以及综合指标值，制定设备级的综合指标优先队列控制策略，受控设备群体接受综合指标优先队列控制策略后，更新设备状态，反馈至信息收集单元。其中，综合指标与用户意愿之间存在正相关关系，当用户意愿较高时，通过增大用户意愿指标值来反应用户的该种需求；相反地，综合指标与设备历史开关次数之间存在负相关关系，增长设备使用寿命，设备开关次数被限制在合理范围之内。进一步地，本方法通过添加设备开关次数指标系数反映开关次数的影响，设备开关次数越多，设备开关次数指标系数越小；综合指标与电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向集群需求响应的中央空调控制方法，其特征在于，所述中央空调控制方法包括以下步骤：对负载率型中央空调的机理进行建模；基于给定的总响应指令，利用空间搜索单峰削去算法，得到每个中央空调的最优响应指令；集群中央空调负荷需求响应控制中心，结合最优响应指令和中央空调设备开关状态、以及综合指标值，制定设备级的综合指标优先队列控制策略，受控设备群体接受综合指标优先队列控制策略后，更新设备状态，反馈至信息收集单元。

【技术特征摘要】
1.一种面向集群需求响应的中央空调控制方法，其特征在于，所述中央空调控制方法包括以下步骤：对负载率型中央空调的机理进行建模；基于给定的总响应指令，利用空间搜索单峰削去算法，得到每个中央空调的最优响应指令；集群中央空调负荷需求响应控制中心，结合最优响应指令和中央空调设备开关状态、以及综合指标值，制定设备级的综合指标优先队列控制策略，受控设备群体接受综合指标优先队列控制策略后，更新设备状态，反馈至信息收集单元。2.根据权利要求1所述的一种面向集群需求响应的中央空调控制方法，其特征在于，所述基于给定的总响应指令，利用空间搜索单峰削去算法，得到每个中央空调的最优响应指令具体为：使用中央空调运行状态和优化目标将各中央空调的响应目标分配结果划分为多个单峰区域；辨识并且排序最有可能包含最优解的区域；在最有希望的区域使用拉丁方采样拟合克里金模型，辨识最优点；向下一个最有希望区域移动，直到所有有希望的区域都被执行过，全局最优响应指令可通过比较所有的局部最优最终确定。3.根据权利要求1所述的一种面向集群需求响应的中央空调控制方法，其特征在于，所述综合指标值具体为：其中，Ii,t代表t时刻第i个设备的综合指标。该指标决定于多种因素，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，兰宇，贾宏杰，刘开欣，戚野白，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12