[发明专利]一种满足电网调峰和用户舒适度的中央空调减载控制方法

权利要求书

1.一种满足电网调峰和用户舒适度的中央空调减载控制方法，其特征在于，所述满足电网调峰和用户舒适度的中央空调减载控制方法根据热力平衡原理，建立空调减载运行时的室温时变模型，模拟出空调在不同运行负载下的房间室温变化过程；建立基于用户舒适度的优化控制模型，根据上一空调减载控制期结束时的室温的高低，确定用户舒适度级别和下一减载控制期的受控优先级；根据空调日前5天内用电负荷平均值确定历史用电负荷基准值，建立空调负荷超短时可信容量预测模型，预测下一减载控制期的调峰可信容量上限和下限；根据以上三个模型，建立减载容量与目标调峰容量相差最小的中央空调减载调峰控制模型，得出各控制期的受控用户及对应空调负载这两类优化结果；

所述满足电网调峰和用户舒适度的中央空调减载控制方法包括以下步骤：

步骤一，根据热力平衡原理，建立空调减载运行时的室温时变模型，模拟出空调在不同运行负载下的房间室温变化过程，并限定非减载期的空调负载输出；

步骤二，建立基于用户舒适度的优化控制模型，根据上一空调减载控制期结束时的室温的高低，确定用户舒适度级别和下一减载控制期的受控优先级，室温越低，用户舒适度越高，受控优先级越高，并限定当室温与舒适度上限的温差小于某一数值时，认为继续控制该空调会影响用户舒适度，该空调不再具备接受减载控制的条件，强制进入非减载期；

步骤三，根据空调日前5天内用电负荷平均值确定历史用电负荷基准值，不包括周末、参加减载交易日、异常状况日数据，建立空调负荷超短时可信容量预测模型，预测下一减载控制期的调峰可信容量上限和下限，可信容量上限和下限分别指在用户确定的最高室温和理论舒适度边界最低温度情况下的空调用电减载量；

步骤四，建立减载容量与目标调峰容量相差最小的中央空调减载调峰控制模型，得出各控制期的受控用户及对应空调负载这两类优化结果。

2.如权利要求1所述的满足电网调峰和用户舒适度的中央空调减载控制方法，其特征在于，所述步骤一包括：

减载期的室温时变模型，根据能量守恒原理，任何时段空调房间热量变化值等于该时段房间得热量Q^CL、新风负荷Q^NW与建筑内表面蓄热量Q^x和空调供冷量之差；

减载期，空调供冷量等于额定功率乘以控制负载r与能效比，第n个控制周期的停机期中，任意时刻t开始的dt时段内，成立：

Ca·Vk·ρa·dTk,nin-control(t)=Qk,nCL(Tk,nin-control(t))·dt+Qk,nNW(Tk,nin-control(t))·dt-Qkx(dTk,nin-control(t))-rk,n·LkRP·ϵkCOP·dt]]>

式中：C_a＝0.28J/kg·℃为空气定压重量比热；V_k为用户k的制冷空间体积，可统一按商务楼标准层使用面积与地上层数之乘积估计；ρ_a＝1.29kg/m3为空气密度；为用户k制冷机的能效比值；为用户k在第n个减载期负载率r_k,n条件下t时刻的室温；为时段n的历史用电负荷基准值；等式右侧中：Q_k,n^CL和Q_k^x分别为瞬时得热量和建筑内墙面蓄热量，由下面公式得到：

Qk,nCL(Tk,nin-control(t))=αk·(Tnout-Tk,nin-control(t))+βk,n;]]>

Qk,nNW(Tk,nin-control(t))=1.01Gw·(Tnout-Tk,nin-control(t))+2.5Gw·(Dout-Din);]]>

Qkx(dTk,nin-control(t))=Sk·Akin·dTk,nin-control(t);]]>

上式中，α_k和β_k,n为由建筑物面积、围护结构传热系数、第n控制周期外界气温决定的系数；S_k为内墙面蓄热系数，单位W/(m₂·℃)，A_kⁱⁿ为内墙面积，单位m₂；G_w为新风量；D_in、D_out分别为室内、外空气含湿量；在已知减载期初始室温T_k,n^in_-control(0)的条件下，求解该方程得减载期室温时变模型为：

Tk,nin-control(t,rk,n)=Ak,n-rk,n·Lk,nCBL·ϵkCOPBk-(Ak,n-rk,n·Lk,nCBL·ϵkCOPBk-Tk,nin-control(0))·e-BkXk·t;]]>

上式中，为了简化公式，用A_k,n、B_k、X_k,代号表示建筑热工参数、空调参数、蓄热参数，分别为：

Ak,n=def(αk+1.01·Gw)·Tnout+βk,n+2.5·Gw·(Dout-Din);]]>

Bk=defαk+1.01·Gw;]]>

Xk=defCa·V·ρa+Sk·Akin;]]>

分别为用户k在第n个减载期负载率r_k,n条件下t时刻的室温、第n个减载期初始0时刻的室温；α_k和β_k,n为由建筑物面积、围护结构传热系数、第n控制周期外界气温决定的系数；S_k为内墙面蓄热系数，单位W/(m2·℃)；A_kⁱⁿ为内墙面积，单位m₂；为时段n的历史用电负荷基准值；G_w为新风量；D_in、D_out分别为室内、外空气含湿量；用户k的控制负载为r_k，则某一个减载期结束时的室温为T_k,^nin-control，5分钟为一个减载控制期；

所述步骤一还包括：非减载期的负荷控制减载控制结束后应监控若干个控制期，在满足电网供电容量和目标调峰容量的条件下，控制空调负载即供冷量Q_k^cool的输出，使室温不直接降至T_set，确保空调负荷的平稳过渡；T_set指的是室温下界温度；

所述步骤二具体包括：

根据第n个减载期结束时的室温T_k,n^in_-control，进行由高到低排序，优先控制室温低的用户空调，当T_k,n^in_-control越低对应的减载优先级越高，第n个减载期有三个用户空调接受减载控制，当室温与舒适温度上限T^max之差⊿T，小于某一温度值时，认为继续控制会影响用户舒适度，不再具备接受减载控制的条件，进入非减载期；

所述步骤三具体包括：

以日为单位，计算日前5天的用电负荷的平均值，求得历史用电负荷基准值不包括周末、参加减载交易日、异常状况日，则，第n个控制期，K个用户智能减载控制下的可调峰容量总和为：

Σk=1KLk,ndown=Σk=1K(Lk,nCBL-rk,n·LkRP·ϵk,nCOP)=Σk=1K(15Σd=15Lk,nnature-rk,n·LkRP·ϵk,nCOP);]]>

第n个控制期，室温与舒适温度上限T^max之差在最小值⊿T^min以上的用户均受控，此时可调峰容量最大；第n－1个控制期的受控用户数量和实际调峰容量，将影响第n个控制期的可调峰容量，满足减载调度目标L_n^OB，确定调峰容量区间，即可信容量上限和下限，具体分别指在用户确定的最高室温和理论舒适度边界最低温度情况下的空调用电减载量，预测值如下：

Lndown-max=Σk=1K(Lk,nCBL-rk,nTmax·LkRP·ϵk,nCOP);]]>

Lndown-min=Σk=1K(Lk,nCBL-rk,nTcomfort-min·LkRP·ϵk,nCOP);]]>

其中，分别表示使用户室温上升到用户确定的最高室温、理论舒适度边界最低温度的空调负载率；

所述步骤四具体包括：

减载容量与目标调峰容量相差最小，x_k是用户k是否受控的标识量，1表示受控、0反之，目标函数为：

min Ldown(r)=Σn=1NΣk=1Kxk,n·Lk,ndown-LnOB=Σn=1NΣk=1Kxk,n·(Lk,nCBL-rk,n·LkRP·ϵk,nCOP)-LnOB;]]>

减载调峰控制模型的约束条件包括：

(1)一个减载期结束时室温的上限约束：

xk,n·Tk,nin-control(t=5min,rk,n)≤Tmax,∀k,∀n;]]>

(2)任一减载期的减载容量接近于目标调峰容量：

xk,n·Lk,ndown-LnOB≥0,∀k,∀n;]]>

(3)决策变量取值范围约束：

0≤r_k,n≤1；

xk,n∈{0,1},∀k,∀n.]]>