一种空调负荷主动控制参与电力调峰的方法技术

本发明专利技术涉及一种空调负荷主动控制参与电力调峰的方法，该方法基于建筑物的热惯性，通过控制空调的启停，实现主动参与电力调峰；包括以下内容：提出基于建筑物热惯性的空调负荷主动控制参与电力调峰的实现思路；分析制冷建筑物的热动态特性以及空调的占空比工作方式，并分别对其进行建模；基于空调制冷建筑物的热动态特性模型，对空调负荷进行协调控制，得出空调负荷主动控制参与电力调峰的具体方案。本发明专利技术通过对空调和建筑物负荷进行合理控制，能够快速响应电网侧的调度，降低高峰时段的电力需求，有效缓解电力供需矛盾。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及需求侧响应控制领域，尤其涉及一种基于建筑物热惯性的空调负荷主动控制参与电力调峰的方法。
技术介绍
传统意义上，发电机的控制方式相比于负荷的控制方式比较容易，通常视电力系统负荷为被动的物理终端，采用发电跟踪负荷变化的控制方式来实现电力系统有功功率的平衡控制，控制对象始终在电源侧。然而，电力系统的负荷变化是引起系统有功功率不平衡的主要原因之一。随着环境污染问题的日益严重，大力开发风能、太阳能等可再生能源，减少化石能源的消耗和排放，是我国能源发展的必然趋势。随着可再生能源的进一步发展，传统电力系统的发电结构发生变化，煤耗高的燃煤机组装机容量所占比例将会大幅下降，而清洁无污染的风能和太阳能等可再生资源发电机组的装机容量在电力系统总装机容量中所占的比例将大幅上升。传统电力系统的发电结构在新时期发生巨大变化，新时期的有功平衡控制不再局限于控制燃煤机组的传统控制方式。原因如下：一方面，为了提高燃煤机组的运行效率，并降低运行成本和减少污染物的排放，燃煤机组向着大容量超临界方向发展，因此应减少其跟踪负荷变化和提供备用的比例；另一方面，由于可再生能源具有的随机性和波动性特点，尤其是风电还具有的一定程度上的反调峰特性，随着这些可再生能源装机比例的逐年升高，使得电源跟踪负荷变化的能力下降，同时可再生能源的大规模并网使得对系统备用容量的要求显著提高。综上所述，依靠电源侧调整跟踪负荷变化的有功平衡的传统控制方式受到了极大的挑战。随着智能电网以及通信网络的发展完善，增强了负荷的可控性，奠定了源侧和荷侧协调控制实现有功平衡的基础，负荷由传统意义上的被动控制变成了主动参与有功平衡控制。随着国民经济的增长，电力需求成直线上升的态势，电力供应经常处于紧张状态，给电力系统有功平衡控制带来巨大挑战。特别是近年来极端气候的频繁出现，使得空调使用量逐年增多，空调负荷的急剧增长已成为夏季电网负荷特性恶化和电力紧缺的重要原因。为满足不断增长的空调负荷的需求，建设高成本的调峰电厂或者遇到负荷高峰简单地对用户采用拉闸限电等负荷管理措施，这些都不能满足形式发展的需要。空调负荷作为温控负荷的一种，可以将电能转化为储存在房间内的热能，该能量转化及储存的特性使得空调成为最具需求响应潜力的负荷。另外，建筑物的围护结构具有很好的保温作用，室内与室外的热交换非常缓慢，建筑物具有极大的热惰性。因此可以利用空调和建筑物的这种热惯性，在负荷高峰时段，并在不影响用户舒适性的前提下，采取合适方式控制空调的启停时间，降低空调负荷高峰。文献“RamanathanB,VittalV.Aframeworkforevaluationofadvanceddirectloadcontrolwithminimumdisruption[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2008,23(4):1681-1688.”提出一种直接负荷控制构架，建立了优化调度模型，目标是对负荷用电负面影响以及所控制负荷的总量做到最小化。文献“RuizN,CobeloI,OyarzabalJ.Adirectloadcontrolmodelforvirtualpowerplantmanagement[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2009,24(2):959-966.”利用仿真工具EnergyPlus对空调等具有热惯性的负荷进行建模，可以得到不同控制输入下的负荷终端温度曲线，即室内温度曲线。文献“高赐威,李倩玉,李扬.基于DLC的空调负荷双层优化调度和控制策略[J].中国电机工程学报,2014,34(10):1546-1554.”在电力系统经济调度中考虑了空调负荷，提出针对空调负荷的双层优化调度和控制模型。文献“周磊,李扬,高赐威.聚合空调负荷的温度调节方法改进及控制策略[J].中国电机工程学报,2014,34(31):5579-5589.”基于一种改进的空调聚合负荷温度调节方法，能够实现在长时间范围，小幅度变化的情况下实现负荷增减，减小对用户舒适度的影响。因此，非常有必要研究建筑物的热惯性，利用建筑物的热惯性对空调负荷进行适当控制，实现空调负荷主动控制参与电力调峰的目的。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种基于建筑物热惯性的空调负荷主动控制参与电力调峰的方法，该方法基于建筑物的热惯性，其特征在于：通过控制空调的启停，实现主动参与电力调峰。在电负荷低峰时段，空调增加开启时间，超过建筑物制冷需求的制冷量存储在建筑物中；在电负荷高峰时段，空调增加关闭时间，不满足建筑物制冷需求的部分，通过储存在建筑物中的冷量来释放弥补，以控制室内温度在一定范围内。该方法包括以下步骤：S1：分析空调制冷建筑物的热动态特性以及空调的占空比工作方式，并分别对其进行建模；S2：基于所述空调制冷建筑物的热动态特性模型，对空调负荷进行协调控制，得出空调负荷主动控制参与电力调峰的具体方案。所述步骤S1中具体包括以下步骤：S21：对空调制冷建筑物的热动态特性进行建模，建立以温度为控制变量的多个数学表达式；S22：分析空调占空比工作方式，得出占空比工作方式的控制周期与启停时间。所述空调制冷建筑物的热动态特性的建模过程如下：对于t时刻的制冷房间i来说，其瞬态的热平衡方程式为：(∑δi,jKi,jFi,j+1000caρaGnw,i)(Tout,i,t-Tin,i,t)dt+{∑(qf,kFc,kCs,kCn,kCcl,k)+[n1n2n3Pe,i+n4n5n6n7Pl,i+(Crnp,iφiqr+np,iφiqq)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空调负荷主动控制参与电力调峰的方法，该方法基于建筑物的热惯性，其特征在于：通过控制空调的启停，实现主动参与电力调峰。

【技术特征摘要】
1.一种空调负荷主动控制参与电力调峰的方法，该方法基于建筑物的热惯性，其特征在于：通过控制空调的启停，实现主动参与电力调峰。2.根据权利要求1所述的空调负荷主动控制参与电力调峰的方法，其特征在于，在电负荷低峰时段，空调增加开启时间，超过建筑物制冷需求的制冷量存储在建筑物中；在电负荷高峰时段，空调增加关闭时间，不满足建筑物制冷需求的部分，通过储存在建筑物中的冷量来释放弥补，以控制室内温度在一定范围内。3.根据权利要求1或2所述的空调负荷主动控制参与电力调峰的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：分析空调制冷建筑物的热动态特性以及空调的占空比工作方式，并分别对其进行建模；S2：基于所述空调制冷建筑物的热动态特性模型，对空调负荷进行协调控制，得出空调负荷主动控制参与电力调峰的具体方案。4.根据权利要求3所述的空调负荷主动控制参与电力调峰的方法，其特征在于，所述步骤S1中具体包括以下步骤：S21：对空调制冷建筑物的热动态特性进行建模，建立以温度为控制变量的多个数学表达式；S22：分析空调占空比工作方式，得出占空比工作方式的控制周期与启停时间。5.根据权利要求4所述的空调负荷主动控制参与电力调峰的方法，其特征在于，所述空调制冷建筑物的热动态特性的建模过程如下：对于t时刻的制冷房间i来说，其瞬态的热平衡方程式为：其中，δi,j为房间i第j面围护结构的温差修正系数；Ki,j为房间i第j面围护结构的传热系数；Fi,j为房间i第j面围护结构的面积；Tout,i,t为房间i在时刻t的室外空气温度；Tin,i,t为房间i在时刻t的室内空气温度；qf,k为外窗k的日射得热量最大值；Fc,k为外窗k的面积；Cs,k为外窗k的玻璃类型修正系数；Cn,k为外窗k的内遮阳的遮阳系数；Ccl,k为外窗k的外窗玻璃冷负荷系数；n1为用电设备的安装系数；n2为用电设备的负荷系数；n3为用电设备的同时使用率；n4为照明设备的蓄热系数；n5为整流器消耗功率的系数；n6为照明设备的安装系数；n7为照明设备的同时使用率；Pe,i为房...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振安，饶宇飞，李晓萌，刘阳，朱全胜，王骅，高昆，刘巍，李卫东，李平，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，大连理工大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41