煤改电用户空气源热泵节能控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤改电用户空气源热泵节能控制装置，包括通信模块、存储模块、计算模块、微处理器模块、空气源热泵设备及接口模块。负荷聚合商通过通信模块向煤改电用户传达需求响应信息；空气源热泵设备插入接口模块进行通信；存储模块储存通信模块中采集的信息及装置正常工作时的控制策略与相关配置参数；微处理器模块基于通信信息用于控制空气源热泵设备运行；基于采集到的空气源热泵设备实际运行状态计算煤改电用户负荷削减量及节能收益。

【技术实现步骤摘要】
煤改电用户空气源热泵节能控制装置
本专利技术涉及煤改电用户空气源热泵设备参与需求侧响应领域，具体涉及一种煤改电用户空气源热泵节能控制装置。
技术介绍
进入冬季以后,雾霾天气开始肆虐,华东、华北大部分地区都处于雾霾的困扰之下。糟糕的空气质量和极低的能见度都严重影响着人们的日常出行和健康生活。燃煤污染对雾霾天气的形成产生了巨大的影响。据了解，经过十三年的“煤改电”工程，全市煤改电用户总数已达到38.45万户，改造完成后，预计今年的供暖季可减少燃煤171.45万吨。根据北京市农委发的《北京市2016年农村地区村庄“煤改清洁能源和减煤换煤”相关推进工作指导意见》，对热源设备选型明确提出：原则上各区严禁使用“直热式”电取暖设备”，鼓励使用“多能联动、多热复合、多源合一”等多种设备相融合的低温空气源等。目前，煤改电负荷已成为需求响应资源的重要组成部分，空气源热泵作为其中的典型可调负荷，对其进行节能控制成为需求侧管理的重要研究内容。煤改电用户的负荷特性、用电需求和需求响应潜力存在不同。因此，对于不同的煤改电用户的空气源热泵控制方式需要进行差异性计算。现有技术主要对电力大用户的可中断负荷如大楼的中央空调或大型冷库进行负荷控制，控制对象少，且控制策略较为简单。目前，煤改电用户的空气源热泵装置均已装设先进的传感器和通信设备等可与负荷聚合商控制中心远程互动的智能模块，为煤改电用户参与需求响应过程提供了技术支撑，但将远程通信互动与需求响应相结合的方案还不太理想，因此，对于较全面的煤改电用户的空气源热泵的节能控制还有待进一步的研究。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术采取的技术方案是：一种煤改电用户空气源热泵节能控制装置，包括：通信模块、存储模块、计算模块、微处理器模块、接口模块和空气源热泵；所述通信模块、存储模块、计算模块分别与微处理器模块连接；所述微处理器模块通过接口模块与空气源热泵连接；通信模块，用于实现煤改电用户空气源热泵节能控制装置与煤改电用户和负荷聚合商的通信，执行存储模块初始化、通信总线读写及数据的发送和接收设置；负荷聚合商通过远程通信服务平台和通信模块向微处理器模块传达需求响应信息；空气热源泵用于将空气源热泵负荷数据、空气源热泵设备实际运行情况、用电数据、温度设置的信息、环境信息发送给微处理器模块；存储模块，用于存储空气源热泵负荷数据及煤改电用户设置的相关参数；计算模块，用于根据空气源热泵设备运行数据计算空气源热泵总负荷削减量；根据当日电价及所述总负荷削减量计算煤改电用户节能收益；微处理器模块，用于结合所接收的负荷聚合商的需求响应信息、空气源热泵负荷数据及环境信息，根据直接负荷控制策略(DLC策略)利用接口模块向空气源热泵发出控制命令；在上述方案的基础上，存储模块所述的相关参数包括：温度、是否同意负荷聚合商进行控制、节能控制装置在运行过程中的用电量以及环境温度。一种应用煤改电用户空气源热泵节能控制装置的方法，具体包括如下步骤：步骤1：确定参与煤改电用户并安装空气源热泵节能控制装置，负荷聚合商根据实际情况向微处理器模块下达需求响应信息，，微处理器模块用于接收空气热源泵传递的空气源热泵负荷数据、空气源热泵设备实际运行情况、用电数据、温度设置的信息、环境信息；步骤2：建立煤改电用户空气源热泵优化调度模型。步骤3：根据煤改电用户的空气源热泵功率以及供暖温度，考虑煤改电用户的用电需求以及约束因素，通过DLC策略来达到调峰需求。步骤4：计算煤改电用户实际负荷削减量与节能收益；在上述方案的基础上，步骤1所述数据包括：空气源热泵用电数据、环境温度及温度设定值。在上述方案的基础上，步骤2具体包括如下步骤：根据热力学参数、墙温、围护结构的导热系数和室内外温度，建立有关温度变量的状态方程，单位建筑围护结构面积上单位时间内的传热量按式(1)计算：Q＝∑ε·K(Tout(t)-Tin(t))(1)式中：Q表示单位建筑物围护结构面积上单位时间内的传热量，K为建筑物表面热传导系数，ε为建筑物表面热传导系数根据地理位置等因素的修正系数。Tin为室内温度，Tout为室外温度。根据能量守恒原理，任意时段的建筑物的能量变化值等于空气源热泵的制热量与建筑物散热量之差，建立建筑物能量变化恒等式，并推导出室内温度的递推状态方程：式中：α、β、δ均为常系数。当进一步忽略内外墙之间的温度差异时，假设室内空气温度与建筑物围护结构温度相等，得到分段线性化的热平衡方程：式中V，S分别为根据建筑物体形系数所确定的建筑物的空间体积、外表面积。热力学参数Cair，ρair分别为空气比热容，空气密度，K为根据建筑物节能设计标准中导热系数关系式所获取的外表面综合导热系数；式中，ρ表示空气密度；式中：Ψ为建筑物传热系数，L、C为建筑物参数；Pheat为电采暖的供热功率。在上述方案的基础上，通过DLC策略来达到调峰需求具体包括如下步骤：实施DLC策略后实际调峰量与目标调峰量之差为：Fa＝|Lt-L’t|(t＝1，…，T)(6)式中，Lt为t时段实施DLC策略后实际削减的负荷量，L’t为t时段负荷聚合商需要削减的负荷量；T为需要实施DLC策略的总时段数。Lt的计算公式如下：式中：Δt为时间间隔，P’i，t为未实施DLC策略时第i个煤改电用户在t时段空气源热泵的负荷量，Pi，t为实施DLC策略时第i个煤改电用户在t时段空气源热泵的负荷量。规定实施DLC策略的第i个煤改电用户在第t个时段的实际负荷Pi，t为：Pi，t＝Piwi(t)(8)式中：Pi为第i个煤改电用户空气源热泵的额定功率，wi(t)为第i个煤改电用户在第t时段的受控运行状态。采用启停控制，wi(t)＝0表示空气源热泵受控关闭，wi(t)＝1表示空气源热泵受控开启。在上述方案的基础上，步骤3所述的约束具体包括：煤改电用户节能收益约束、煤改电用户分时段的功率约束、煤改电用户可控时段约束及煤改电用户室内温度约束。在上述方案的基础上，煤改电用户分时段的功率约束为：由于模型产生的设备初始运行状态的用电负荷可能比实际运行的负荷峰值还要大，为了避免这一异常现象，满足电采暖设备实际运行情况，需要考虑煤改电用户设备的运行约束。具体为电采暖设备在任意时刻的运行负荷不超过历史运行的负荷峰值：0≤Pt≤Ppt＝1，…，T(10)式中,Pt为同时段模拟参与运行的电采暖设备总负荷；Pp为电采暖设备当日实际运行的功率峰值；t为峰值时段。在上述方案的基础上，煤改电用户可控时段约束为：煤改电用户签订的合同中说明自身的可控时段，负荷聚合商必须满足这一控制限制，可控时段与峰时段的重合度是判断煤改电用户可控度的主要依据之一。hi，n≤h’i，n(11)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤改电用户空气源热泵节能控制装置，其特征在于,包括：通信模块、存储模块、计算模块、微处理器模块、接口模块和空气源热泵；/n所述通信模块、存储模块、计算模块分别与微处理器模块连接；所述微处理器模块通过接口模块与空气源热泵连接；/n通信模块，用于实现煤改电用户空气源热泵节能控制装置与煤改电用户和负荷聚合商的通信，执行存储模块初始化、通信总线读写及数据的发送和接收设置；/n负荷聚合商通过远程通信服务平台和通信模块向微处理器模块传达需求响应信息；/n空气热源泵，用于将空气源热泵负荷数据、空气源热泵设备实际运行情况、用电数据、温度设置的信息、环境信息发送给微处理器模块；/n存储模块，用于存储空气源热泵负荷数据及煤改电用户设置的相关参数，所述相关参数包括：温度、是否同意负荷聚合商进行控制、煤改电用户空气源热泵节能控制装置在运行过程中的用电量以及环境温度；/n计算模块，用于根据空气源热泵设备运行数据计算空气源热泵总负荷削减量；根据当日电价及所述总负荷削减量计算煤改电用户节能收益；/n微处理器模块，用于结合所接收的负荷聚合商的需求响应信息、空气源热泵负荷数据及环境信息，根据直接负荷控制策略DLC策略利用接口模块向空气源热泵发出控制命令。/n...

【技术特征摘要】
1.一种煤改电用户空气源热泵节能控制装置，其特征在于,包括：通信模块、存储模块、计算模块、微处理器模块、接口模块和空气源热泵；
所述通信模块、存储模块、计算模块分别与微处理器模块连接；所述微处理器模块通过接口模块与空气源热泵连接；
通信模块，用于实现煤改电用户空气源热泵节能控制装置与煤改电用户和负荷聚合商的通信，执行存储模块初始化、通信总线读写及数据的发送和接收设置；
负荷聚合商通过远程通信服务平台和通信模块向微处理器模块传达需求响应信息；
空气热源泵，用于将空气源热泵负荷数据、空气源热泵设备实际运行情况、用电数据、温度设置的信息、环境信息发送给微处理器模块；
存储模块，用于存储空气源热泵负荷数据及煤改电用户设置的相关参数，所述相关参数包括：温度、是否同意负荷聚合商进行控制、煤改电用户空气源热泵节能控制装置在运行过程中的用电量以及环境温度；
计算模块，用于根据空气源热泵设备运行数据计算空气源热泵总负荷削减量；根据当日电价及所述总负荷削减量计算煤改电用户节能收益；
微处理器模块，用于结合所接收的负荷聚合商的需求响应信息、空气源热泵负荷数据及环境信息，根据直接负荷控制策略DLC策略利用接口模块向空气源热泵发出控制命令。


2.一种应用如权利要求1所述的煤改电用户空气源热泵节能控制装置的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：确定参与煤改电用户，安装空气源热泵节能控制装置，负荷聚合商根据实际情况向微处理器模块下达需求响应信息，微处理器模块用于接收空气热源泵传递的空气源热泵负荷数据、空气源热泵设备实际运行情况、用电数据、温度设置的信息、环境信息；
步骤2：建立煤改电用户空气源热泵优化调度模型；
步骤3：根据煤改电用户的空气源热泵功率以及供暖温度，考虑煤改电用户的用电需求以及约束因素，通过直接负荷控制策略DLC策略来达到调峰需求；
步骤4：计算煤改电用户实际负荷削减量与节能收益。


3.如权利要求2所述的应用煤改电用户空气源热泵节能控制装置的方法，其特征在于，步骤2具体包括如下步骤：
根据热力学参数、墙温、围护结构的导热系数和室内外温度，建立有关温度变量的状态方程，单位建筑围护结构面积上单位时间内的传热量按式(1)计算：
Q＝∑ε·K(Tout(t)-Tin(t))(1)
式中：Q表示单位建筑物围护结构面积上单位时间内的传热量，K为建筑物表面热传导系数，ε为建筑物表面热传导系数根据地理位置因素的修正系数，Tin为室内温度，Tout为室外温度；
建立建筑物能量变化恒等式，并推导出室内温度的递推状态方程：



式中：α、β、δ均为常系数；
当进一步忽略内外墙之间的温度差异时，假设室内空气温度与建筑物围护结构温度相等，得到分段线性化的热平衡方程：



式中V，S分别为根据建筑物体形系数所确定的建筑物的空间体积、外表面积；热力学参数Cair，ρair分别为空气比热容，空气密度，K为根据建筑物节能设计标准中导热系数关系式所获取的外表面综合导热系数；



式中，ρ表示空气密度；



式中：Ψ为建筑物传热系数，L、C为建筑物参数；Pheat为电采暖的供热功率。


4.如权利要求3所述的应用煤改电用...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏娟，王彬，张帅，王毅恒，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11