一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法

2023-12-07 19:02:26 1

一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法。該方法包括以下步驟：（1)通過雙向信息通道採集各個空調聚合小組的溫度設定值與室外溫度預測值；（2)基於溫度設定值調整估計各個空調聚合小組的負荷增/減方案；(3)獲取上級調度部門下達的負荷增/減目標；(4)建立聚合空調調度決策模型並求解；（5)通過雙向信息通道下達空調控制指令。本方法給出的聚合空調調度方法可以利用用戶的空調設備在不影響用戶舒適度的前提下為電力系統調度提供增/減負荷服務，使用戶從電能使用者身變為電力系統的參與者，參與電力系統運行，同時本方法可以電網調度部門調度模式的改革提供技術指導。
【專利說明】一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於智能用電、需求響應【技術領域】，具體涉及一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法。

【背景技術】
[0002]隨著國民經濟發展，電力需求的增長成直線上升的態勢，特別是近年來極端氣候頻現，空調的使用量逐步增多，使得夏季降溫負荷及冬季取暖負荷成為這兩季高峰負荷的主要組成部分。在電網的傳統運行機制下，若遇到負荷高峰，或啟用高峰機組，或對電力用戶採用拉閘限電等負荷管理措施，但高峰機組往往成本過高，而拉閘限電則犧牲了用戶利益。需求響應技術為這一問題的解決提供了許多靈活的方案，可以利用成本相對低廉的需求響應技術從用戶側角度實現負荷削減，保證供需平衡。
[0003]空調負荷作為溫控負荷的一種，可以將電能轉化為儲存在房間內的熱能，該能量轉化及儲存的特性使得空調成為最具需求響應潛力的負荷，通過對空調負荷合理控制，可以在不影響或者少影響用戶舒適度的前提下，使用較小成本達到降低峰荷、緩解供需矛盾的目的。然而就一臺空調而言，其負荷特性曲線具有周期性躍變特點，且功率較小，相比之下，聚合空調負荷則具有數量可觀，調度方式靈活，參與系統調度潛力巨大等特點，所以對聚合空調控制方法的研究非常必要。


【發明內容】

[0004]本發明為了克服現有技術的不足，提供一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法，此方法給出的聚合空調調度方法可以利用用戶的空調設備在不影響用戶舒適度的前提下為電力系統調度提供增/減負荷服務，使用戶從電能使用者身變為電力系統的參與者；同時本方法可以電網調度部門調度模式的改革提供技術指導。
[0005]本發明所述的一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法包括以下步驟:
[0006]I)通過雙向信息通道採集各個空調聚合小組的溫度設定值與室外溫度預測值。空調聚合小組的溫度設定值與室外溫度預測值均影響到其負荷增減方案估計。
[0007]2)基於溫度設定值調整估計各個空調聚合小組的負荷增/減方案。根據單臺空調機組的等效熱參數模型，空調所處房間溫度、空調功率以及時間之間的關係為:
[0008]IT1=C1-(τΓ-0—Δ,ΛΓ S=O(I)
[0009]= T:「' _ I1PR _ {T:「\ _ I1PR _Τ; ki s=l(2)
[0010]式中:Γ;表示t時刻的室內溫度(°C ) ； 表示t+Ι時刻的室外溫度(°C ) ；C為等效熱容(J/°C )，R為等效熱阻(V /ff) ；s為空調啟停狀態變量，I表示空調啟動，O表示空調停止；At為仿真時間間隔；P為空調機組的製冷/制熱功率(kw)，η為空調能效比，ηρ為空調的製冷/制熱量。
[0011]根據上述模型與各個空調聚合小組的溫度設定值以及接下來一段時間內的室外溫度預測值，利用蒙特卡洛模擬可估計不做溫度設定值調整的空調聚合小組的運行負荷曲線，使用表示接下來第k時段的空調聚合小組的負荷；由於目前的空調溫度設定值未達到用戶所能耐受的最高/最低溫度，故可以進行溫度設定值向上或向下調整，根據向上或向下調整溫度大小的不同，可形成多種溫度調整方案，每一種溫度調整方案對應一種負荷增/減方案。在夏天，空調溫度設定值比室外溫度高，向上溫度調整方案對應減負荷方案，向下溫度調整方案對應增負荷方案；冬天則反之。當進行溫度設定值調整後，同樣可以利用蒙特卡洛模擬來估計各種溫度調整方案下的空調聚合小組負荷曲線，使用C轟示在使用第j種方案進行溫度調整後的第k時段的空調聚合小組負荷，這樣有:
[0012]Pjji = Pf:kange — Pkorigiml(3)
[0013]式中Pu表示在使用第j種方案進行溫度調整後的第k時段的負荷增減值，也即空調聚合小組的負荷增/減方案。
[0014]3)獲取上級調度部門下達的負荷增/減目標。負荷聚合商需要獲取上級調度分配的系統功率缺額，並制定負荷增/減目標，使用PT"表示。假設分配的缺額一旦確定則不會發生改變，對於由其它負荷用電行為改變或發電側突發事件導致的功率不平衡量由上級調度通過其它方法吸收。
[0015]4)建立聚合空調調度決策模型並求解。
[0016]聚合空調負荷調度的目標為聚合空調負荷調度結果與負荷增/減目標最相近，即:
[0017]min 文(TfXifrg")2(4)

/ 二I
[0018]式中使用歐氏距離來表徵調度結果與調度目標的相近程度，其中調度結果由下式計算:
[0019]Jf一Σ&其中(5)
卜 I JeNf-^ '3'
[0020]其中，P—廣表示時段t的經過調度決策後的負荷值；^廣表示時段t的調度決策目標負荷值Aj1表示第i個空調聚合小組，在時段I是否執行了第j個方案，若執行則值為I Wp表示空調聚合小組總數；表示第i個空調聚合小組可行溫度調節方案的集合；P?k表示第j個方案開始後的第k時段的負荷增減值。
[0021]5)通過雙向信息通道下達空調控制指令。聚合空調調度決策模型的求解結果會為每個聚合小組選擇溫度調整方案，同時確定該方案的開始時間。聚合空調調度中心需要將包含溫度調整時間信息、溫度調整方向信息以及溫度調整大小信息的指令下達至空調側。
[0022]為了避免聚合空調負荷波動，步驟2)所述的溫度調整方法並不是對溫度設定值上下限統一調整，而是遵循如下原則:
[0023](I)若在夏季，空調運行在製冷模式，假設空調機組原始溫度設定值為[?:?]，現變為[d，?r;]，那麼:
[0024]當O Γ:且Γ=> FJ:,即溫度設定值上調，需要首先按照溫度設定值運行；接著監測這些空調機組的運行狀態，一旦發現這些機組轉變為「打開/運行」狀態，則依次地將這些機組的溫度設定值修改為[7Τ:,，7:=]，即完成轉化；
[0025]當T=,< 1:匕且7:=<^『:，即溫度設定值下調，需要首先按照溫度設定值運行；接著監測這些空調機組的運行狀態，一旦發現這些機組轉變為「關閉/待機」狀態，則依次地將這些機組的溫度設定值修改為[7Τ/:，7Τ;]，即完成轉化；
[0026](2)若在冬季，空調運行在制熱模式，假設空調機組原始溫度設定值為[Γ?匕7^]，現變為KW=]，那麼:
[0027]當r=> =;:」且r=> r=，即溫度設定值上調，需要首先按照溫度設定值.[tta運行；接著監測這些空調機組的運行狀態，一旦發現這些機組轉變為「關閉/待機」狀態，則依次地將這些機組的溫度設定值修改為[7Τ,'::，7Τ:]，即完成轉化；
[0028]當Γ=<1:丨I且r=<5r'，即溫度設定值下調，需要首先按照溫度設定值[d,7=]:運行；接著監測這些空調機組的運行狀態，一旦發現這些機組轉變為「打開/運行」狀態，則依次地將這些機組的溫度設定值修改為[7Τ;;，7Τ;]，即完成轉化。
[0029]所述步驟4)的約束條件為:
[0030](I)在I個調度周期的每個時段內，某個聚合小組不能同時實施2個或2個以上的方案。
Γ00311 Σ ^(6)
JeNflm
[0032]式中Nsmup表示空調聚合小組總數；Si^表示第i個空調聚合小組在時段I是否執行了第j個方案，若執行則值為I ; N一廣:新'第i個空調聚合小組可行溫度調節方案的
口 O
[0033](2)選擇某種方案的聚合小組數不可超過該方案的最大可選次數。

TVgroup Γ
Σ Σ5/.1 I
[0034]μ ?=ι——/j & Ν_(J)
[0035]式中Γ表示調度總時段；Nplan表示第i個空調聚合小組可行溫度調節方案的集合；表示第j個方案的波動持續時段數，即溫度調節後經過? ^個時段段才能進入穩定狀態。
[0036](3)對於第i個空調聚合小組的第j個方案，在調度周期範圍內對決策變量Si^求和，須為以下2種結果:等於O表示該方案未被採用，等於6^表示採用第j個方案，且此時的決策變量與第j個負荷增減方案須一致。下式決定了決策變量中若存在1，那麼連續為I的個數至少為?」，保證每次調度之前所有空調聚合小組均已結束過渡狀態、處在穩定狀態。「 ? (s/,/,/ _ Si,+ (Si,iJ+e,-l ~ Si,iJ+e )
[0037],(8)
Vi e Ns1up, V/ e Nfm, V/ e [I, r -1]
[0038]採用本發明的技術方案，可實現如下有益效果:本發明提供了一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法，其優點是聚集了大量的原本閒散的空調負荷資源，通過聚合空調調度為電力系統調度提供負荷增/減方案；同時本發明對聚合空調的控制基於溫度設定值調整而非直接對空調進行通斷控制，所以可以保證在不影響或者少影響用戶舒適度的前提下，使用需求側資源達到降低峰荷、緩解供需矛盾的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為本發明方法的總流程圖；
[0040]圖2為減負荷方案效果估計圖；
[0041]圖3為增負荷方案效果估計圖；
[0042]圖4為調度結果圖。

【具體實施方式】
[0043]下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。
[0044]首先說明實施例的參數設置情況。假設調度實例發生在夏天，空調聚合調度中心有30000臺可參與調度空調，將共分為NgMupf空調聚合小組，將500臺空調機組作為一個小組，共計60個聚合小組；假設空調平均額定功率為2.5kW，平均製冷能效比為2.7，等效熱容為0.18kWh/°C，等效熱阻為5.560C /kW，保證用戶舒適度溫度區域為[20.0°C, 22.(TC ]，溫度設定值區間限制為1°C (即Tmax-Tmin=l°C);假設在本次調度開始之前，系統出現電力缺額，需要空調聚合調度中心在接下來I小時內的10min-50min區間中承擔一段維持40min的、大小為2.0MW的負荷削減任務。本發明所述的一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法按照以下步驟操作(如圖1所示):
[0045]I)通過雙向信息通道採集各個空調聚合小組的溫度設定值與室外溫度預測值；假設通過採集獲得的調度周期內(I小時)室外溫度預測值恆為32°C ;假設空調機組溫度設定值較為平均，60組內溫度設定為[20.(TC，21.(TC ]，[20.2°C，21.2°C ]，[20.4°C,21.4°C ]，[20.6°C, 21.6°C ], [20.8°C，21.8°C ]，[21.0°C，22.0°C ]的空調聚合小組分別有10組。
[0046]2)基於溫度設定值調整估計各個空調聚合小組的負荷增/減方案；根據單臺空調機組的等效熱參數模型，空調所處房間溫度、空調功率以及時間之間的關係為:
[0047]T*+l =Τ'+ι — (rot+i — T' Δ? RC s=0
[0048]ΤΓ=Τ；~' -ηΡΚ-{ΤkC s=l
[0049]式中:Γ;表示t時刻的室內溫度(°C ) ; Γ表示t+Ι時刻的室外溫度(V ) ；C為等效熱容(J/°C )，R為等效熱阻(V /ff) ；s為空調啟停狀態變量，I表示空調啟動，O表示空調停止；At為仿真時間間隔；P為空調機組的製冷/制熱功率(kw)，η為空調能效比，ηρ為空調的製冷/制熱量。
[0050]根據上述模型與各個空調聚合小組的溫度設定值以及接下來一段時間內的室外溫度預測值，利用蒙特卡洛模擬可估計不做溫度設定值調整的空調聚合小組的運行負荷曲線，使用表示接下來第k時段的空調聚合小組的負荷。
[0051]由於目前的空調溫度設定值未達到用戶所能耐受的最高/最低溫度，以不超過用戶舒適度溫度區域[20.(TC，22.(TC]為原則，可有如表I所示8種溫度調整方案，並可以估算每種方案的最大可選次數:
[0052]表I溫度調整方案
[0053]
方案編號I方案類型I方案描述I最大可選次數
1減負荷溫度提高0.2°C50
2減負荷溫度提高0.4°C40
3減負荷溫度提高0.6°C30
4減負荷溫度提高0.8°C20
5增負荷溫度降低0.2°C50
6增負荷溫度降低0.4°C40
7增負荷溫度降低0.6°C30
8增負荷溫度降低0.8°C20
[0054]上述每一種溫度調整方案對應一種負荷增/減方案。同樣利用蒙特卡洛模擬來估計各種溫度調整方案下的空調聚合小組負荷曲線，使用表示在使用第j種方案進行溫度調整後的第k時段的空調聚合小組負荷，這樣有:
[0055]Phk=Pfre-1T一丨(3)
[0056]式中Pu表示在使用第j種方案進行溫度調整後的第k時段的負荷增減值，也即空調聚合小組的負荷增/減方案。上述8種溫度調整方案的蒙特卡洛模擬結果見圖2與圖3。
[0057]3)獲取上級調度部門下達的負荷增/減目標；從上級調度部門獲取的調度目標為:需要在接下來I小時內的10min-50min區間中承擔一段維持40min的、大小為2.(MW的負荷削減任務。
[0058]4)建立聚合空調調度決策模型並求解；
[0059]聚合空調負荷調度的目標為聚合空調負荷調度結果與負荷增/減目標最相近，即:
[0060]min(4)
[0061]式中使用歐氏距離來表徵調度結果與調度目標的相近程度，其中調度結果由下式計算:
[0062]Pfsputch =Σ Σ ?其料(5)
-? j-Nrtf ]
[0063]其中，/^廣表示時段t的經過調度決策後的負荷值；產--表示時段t的調度決策目標負荷值Aj1表示第i個空調聚合小組，在時段I是否執行了第j個方案，若執行則值為I ;Ngroup表示空調聚合小組總數；N，表示第i個空調聚合小組可行溫度調節方案的集合；P?k表示第j個方案開始後的第k時段的負荷增減值。
[0064]聚合空調調度結果如圖4所示。可以看出經過上述負荷增減方案的組合，控制結果與調度目標較為相近，基本達到了削減負荷的目的。
[0065]5)通過雙向信息通道下達空調控制指令。
[0066]如上，儘管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。
【權利要求】
1.一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法，其特徵在於:包括以下步驟: 1)通過雙向信息通道採集各個空調聚合小組的溫度設定值與室外溫度預測值； 2)基於溫度設定值調整估計各個空調聚合小組的負荷增/減方案；根據單臺空調機組的等效熱參數模型，空調所處房間溫度、空調功率以及時間之間的關係為: T,n=TM_Tt^e-A,.RCs=0(I) T；~' ,."(5) 其中，產力^表示時段t的經過調度決策後的負荷值；表示時段t的調度決策目標負荷值表示第i個空調聚合小組，在時段I是否執行了第j個方案，若執行則值為I ;Ngroup表示空調聚合小組總數；TVpV表示第i個空調聚合小組可行溫度調節方案的集合；Pu表示第j個方案開始後的第k時段的負荷增減值； 5)通過雙向信息通道下達空調控制指令；聚合空調調度決策模型的求解結果會為每個聚合小組選擇溫度調整方案，同時確定該方案的開始時間，聚合空調調度中心需要將包含溫度調整時間信息、溫度調整方向信息以及溫度調整大小信息的指令下達至空調側。
2.根據權利要求1所述的一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法，其特徵在於，為了避免聚合空調負荷波動，步驟2)所述的溫度調整方法並不是對溫度設定值上下限統一調整，而是遵循如下原則: (1)若在夏季，空調運行在製冷模式，假設空調機組原始溫度設定值為U，現變為，那麼: 當t且7Τ:> Γ::?,即溫度設定值上調，需要首先按照溫度設定值[=運行；接著監測這些空調機組的運行狀態，一旦發現這些機組轉變為「打開/運行」狀態，則依次地將這些機組的溫度設定值修改為即完成轉化； 當7T:< 且7Τ: 即溫度設定值上調，需要首先按照溫度設定值[Ti彳?,r=].運行；接著監測這些空調機組的運行狀態，一旦發現這些機組轉變為「關閉/待機」狀態，則依次地將這些機組的溫度設定值修改為[7Τ；Ι，7Τ;]，即完成轉化； 當r=< 且Γ=<ΙΤ，即溫度設定值下調，需要首先按照溫度設定值[7Τ:，Γ =]運行；接著監測這些空調機組的運行狀態，一旦發現這些機組轉變為「打開/運行」狀態，則依次地將這些機組的溫度設定值修改為[7Τ:,7Τ;]，即完成轉化。
3.根據權利要求1所述的一種基於溫度設定值調整的聚合空調負荷調度方法，其特徵在於，所述步驟4)建立的聚合空調調度決策模型必須同時滿足如下約束條件: (1)在I個調度周期的每個時段內，某個聚合小組不能同時實施2個或2個以上的方案: Σ 氣;VS1，V/.STVgroup5 V/e [I, r](6)
J^Nfhn 式中Nsmup表示空調聚合小組總數；Si^表示第i個空調聚合小組在時段I是否執行了第j個方案，若執行則值為I ;、 表示第i個空調聚合小組可行溫度調節方案的集合； (2)選擇某種方案的聚合小組數不可超過該方案的最大可選次數:
JV 評 P Γ Σ Σ'"
——< Mj, V/.€ TVplan(7) 式中r表示調度總時段；Nplan表示第i個空調聚合小組可行溫度調節方案的集合；O j表示第j個方案的波動持續時段數，即溫度調節後經過? ^個時段段才能進入穩定狀態； (3)對於第i個空調聚合小組的第j個方案，在調度周期範圍內對決策變量Su1求和，須為以下2種結果:等於O表示該方案未被採用，等於(^_表示採用第j個方案，且此時的決策變量與第j個負荷增減方案須一致；下式決定了決策變量中若存在1，那麼連續為I的個數至少為?p保證每次調度之前所有空調聚合小組均已結束過渡狀態、處在穩定狀態:
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【文檔編號】F24F11/02GK104214912SQ201410494017
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】李揚, 周磊 申請人:東南大學