一种基于空调用电模式的负荷优化控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于空调用电模式的负荷优化控制方法，所述方法包括：(1)根据定频空调的一阶热动力学模型，建立室内温度随时间变化的函数关系；(2)根据定频空调的特征，结合由用户偏好设置的室内温度控制区间，确定空调工作状态的占空比；(3)建立人体舒适满意度量化模型和用电成本经济性量化模型：(4)根据人体舒适满意度和用电成本经济性建立用户综合满意度的优化模型；(5)建立空调用电模式的综合调控策略。本发明专利技术根据电网平台实时电价的具体实施情况和定频空调的实际运行情况，拟合出了实时电价和空调的工作模式的函数关系，实现了从电网层面通过调整实时电价的变化来对空调的运行模式进行优化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统及其自动化
，具体涉及一种基于空调用电模式的负 荷优化控制方法。
技术介绍
需求响应是智能电网的核心手段或技术，也是智能电网的最佳应用之一，在智能 电网技术支持下，需求响应自动化将使得负荷调度真正成为可能，并在系统优化运行中扮 演重要角色，从而提高能源利用效率，扩大新能源利用，而这也是智能电网建设目标之一。 目前，发电侧和输电侧的电网智能化技术已经相对成熟，用电侧的智能化还有很大的差距， 需求响应的智能化对于智能电网技术在用户侧的发展具有重要意义。随着需求响应等技术 不断发展，电力终端用户在使用用电设备时，单纯的节约用电成本或奢侈性用电都不是恰 当的用电模式，同时，家庭能源系统等相关技术不断发展也为研究用户负荷特性以及空调 的用电模式提供了良好的环境和技术支撑。 目前，虽然家庭能量管理系统已经能够根据用户的偏好自动设置空调模式，但是 对于空调能耗的降低效果以及人体舒适度的提高并不明显，并且传统空调缺少从消费者心 理学及人体舒适理论等方面去综合考虑用户体验，室内空调都是以恒温控制为主，使室内 的环境处于一种静态的温度控制中，因此，如何构建综合考虑人体舒适因素和节能因素的 家庭空调系统的智能调节控制方案，在智能电网建设和自动需求响应项目中应用，是一个 亟需解决的问题。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于空调用电模式的负荷优化控制 方法。本专利技术以家用定频空调作为主要的研究对象，在浮动电价的环境下，充分研究了在空 调使用过程中用户的舒适度和空调的用电成本，并建立基于用户空调用电模式的负荷控制 模型，定义了人体舒适满意度、电费成本经济性两个参量，并且实现了对用户综合满意度的 优化以及用户需求响应潜力的挖掘，从电网层面，通过调整售电价格，使得用户在特定时段 选择合适的用电模式，从而实现了通过空调负荷的自动需求响应，在线调用空调负荷的可 调节能力。 实现上述目的所采用的解决方案为： -种基于空调用电模式的负荷优化控制方法，该方法包括如下步骤： (1)根据定频空调的一阶热动力学模型，建立室内温度随时间变化的函数关系； ⑵根据定频空调的特征，结合由用户偏好设置的室内温度控制区间，确定空调工 作状态的占空比； (3)建立人体舒适满意度量化模型和用电成本经济性量化模型； (4)根据人体舒适满意度和用电成本经济性建立用户综合满意度的优化模型； (5)建立空调用电模式的综合调控策略。 优选的，所述室温随时间变化的函数关系为： 式中：S为空调的状态，1表示关闭，0表示开启；为t时刻的室内温度；(t+i)时刻的室外温度；Δ t为控制时间间隔，R为空调的热阻，C为空调的热容；η为空调 能效比；P为空调的额定制冷消耗功率，单位是kw，η P为空调的额定制冷量；TRe为时间常 数；t为时间。e为自然常数，为t+Ι时刻的室内温度。 优选的，所述空调工作状态的占空比的计算包括： 设定空调的额定功率为P，空调一个运行周期内室外环境温度为恒定值Tciut: 式中：T+，T表示空调控制周期内空调温度的上限和下限；τ m表示一个工作周期 内，空调处于开状态的时间；Tciff表示一个工作周期内，空调处于关停状态的时间；τ。表示 一个工作周期的时间；ε为散热函数， 所述空调工作状态的占空比φ为： 优选的，所述人体舒适满意度量化模型：? P1表示人体舒适满意度；Τ_，Τ_分别为用户所能接受的室内温度的上限和下 限；T in表示室内温度的值；a，b，c表示根据用户偏好设置的用户参数，对于不同的用户，其 值也会发生相应变化。 优选的，所述用电成本经济性量化模型： 式中：μ 2表示空调的用电成本经济性；P为空调的额定功率；S_，Sniax为用户所能 接受的空调用电成本的最小值和最大值；λ为电力公司发布的实时电价；Φ为空调工作状 态的占空比。 优选的，所述用户综合满意度由人体舒适满意度和用电成本经济性确定，包括： 设一天N个优化时段，对于每一个优化时段，都有如下式： max ( α μ 丄+β μ 2) (7) 约束条件： μ 1表示人体舒适满意度；μ 2表示用电成本经济性；α，β分别表示人体舒适满意 度和用电成本经济性所占用户综合满意度的权重；T in表示室内温度； T_，Tniax为用户所能接受的室内温度的下限和上限；S _，Sniax为用户所能接受的空 调用电成本的最小值和最大值；P为空调的额定功率；λ为电力公司发布的实时电价，每小 时变化一次；Φ为空调工作状态的占空比表示在每一个时段内都使得 用户综合满意度最大。 优选的，所述综合调控策略，在自动需求响应项目中，电力公司可以通过调整电价 的大小，影响电费成本经济性的变化，在综合满意度（μ:+μ 2)最大的约束下，通过寻优找 出该电价条件所对应的空调用电模式，从而确定空调工作时的占空比，达到对空调用电模 式控制，由此可以确定电价的变化所能控制的空调负荷的削减量，从而挖掘出在自动需求 响应项目中定频空调的需求响应潜力。 与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果： 1、用户综合满意度中，创新性地定义了人体舒适满意度和空调的电费成本经济性 两个参量，从而实现了考虑用户舒适度和经济性方面的多重影响的综合负荷优化控制，更 加的符合实际的用户用电模式使用情况； 2、关于人体舒适满意度的模型中，根据实际的空调用电模式的使用情况，拟合出 了室内温度的实时值与人体舒适满意度的二次函数关系，有效的量化了温度对人体舒适度 的影响。 3、空调的电费成本经济性模型中，根据电网平台实时电价的具体实施情况和定频 空调的实际运行情况，拟合出了实时电价和空调的工作模式（运行占空比）的函数关系，实 现了从电网层面通过调整实时电价的变化来对空调的运行模式进行优化。 4、基于用电模式的空调负荷控制策略中，提出了优化用户综合满意度的概念，并 用具体的算例进行了相关阐述和说明，从而实现了对空调用电模式的优化控制，并且挖掘 出了定频空调在自动需求响应项目中的较大需求响应潜力。【附图说明】 图1本专利技术提供的基于空调用电模式的负荷控制策略实现流程图； 图2电价与占空比之间的关系； 图3电价与用户满意度之间的关系。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做进一步的详细说明。 如图1所示，本专利技术实施例所提供的基于空调用电模式的负荷控制方法，主要包 括六个步骤：根据定频空调的一阶热动力学模型，建立室温随时间变化的函数关系；根据 定频空调的特征，结合室温控制区间，确定空调工作状态的占空比；建立主要受室内温度影 响的人体舒适度和主要由电价和占空比控制的电费成本经济性的衡量公式；在以上的基础 上，确定由人体舒适度和电费成本经济性共同确定的用户综合满意度，建立用户对空调用 电模式的自动需求响应综合调控策略；空调负荷控制策略的算例分析。下面具体介绍各个 步骤的具体内容。 所述给予用电模式空调负荷控制策略是在大数据环境下，考虑各种输入输出等需 求响应命令的执行以及控制命令的生成等提出的一种控制策略； 步骤1)家庭用户和小型工商业用户的空调机组可以用简化的等效热参数模型 (equivalent thermal parameters，ETP)来表示其热动力学原理，根据空调的热动力学模 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空调用电模式的负荷优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：(1)建立室内温度随时间变化的函数关系；(2)确定空调工作状态的占空比；(3)建立人体舒适满意度量化模型和用电成本经济性量化模型；(4)建立用户综合满意度的优化模型；(5)建立空调用电模式的综合调控策略。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟鸣，高赐威，陈宋宋，闫华光，朱栋，何桂雄，韩永军，蒋利民，张新鹤，郑晶晶，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，东南大学，国网甘肃省电力公司电力科学研究院，国网甘肃省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11