[发明专利]电热水器负荷群动态系统及控制模型

权利要求书

1.一种电热水器负荷群动态系统，其特征在于，包括以下数学模型，

用于表示电热水器加热过程以及与空气热交换过程的热动力学方程式：

电热水器群的动态方程式：

电热水器的开关函数方程式：

环境温度与热水器设置温度方程式：

电热水器群的总功率方程式：

设置温度变化方程式，假设电热水器i温度调整瞬时实现：

T_sp，i＝T_sp0，i+ΔT_sp(t)，|ΔT_sp(t)|≤ΔT_sp，max (6)

其中，i代表电热水器负荷i；T_h是水箱水体温度；T是环境温度；T_sp是设置温度；T_sp0是最佳设置温度；t是时间；Q_h加热水箱内的水需要的热量；β是单位转化参数；A_w是电热水器容量；α_h是热传递效率；S是开关函数；P是电热水器额定功率；R是等效热电阻；C是冷水注入量；Δdb是温度带宽，ε_t是时间延迟；P_TCL是电热水器群总功率；η是电热水器的效率。

2.一种电热水器负荷群控制模型，其特征在于，通过将权利要求1中(1)～(6)中的数学模型采用近似连续值拟合获得。

3.根据权利要求2所述的电热水器负荷群控制模型，其特征在于，至少包括电热水器自响应模型、电热水器群温度控制模型、电热水器群有限维状态空间模型和电热水器群离散时间滑模控制。

4.根据权利要求3所述的电热水器负荷群控制模型，其特征在于，所述电热水器自响应模型包括以下方程式，

假设切换开关在温度范围[T_L,T_H]间进行，设X_on(t,T)和X_off(t,T)分别表示电热水器群在时间t和温度T时开启/关闭的数量，且X_on(t,T)对应t∈[T_L,T_max]；X_off(t,T)对应t∈[T_min,T_H]，其中，定义：

其中，代表电热水器温度的变化率；

将(2)中电热水器群的动态方程式代入(7)中所定义的方程，得到以下方程式：

其中，α_on和α_off分别为电热水器温度在开启和关闭时的变化率；

假设环境温度恒定，并忽略初始温度设置点的变化，参数用平均值表示，得到电热水器群开启/关闭时的温度变化率方程式：

设步长为dT，得到电热水器群开启/关闭数量变化率方程式：

将(8)中所得方程式代入式(10)中所得方程式，得到该系统的偏微分方程：

电热水器群总能量为开启状态的能耗对时间积分，方程式如下：

5.根据权利要求4所述的电热水器负荷群控制模型，其特征在于，(11)中所述偏微分方程表示两个一阶线性过程，方程式如下：

6.根据权利要求5所述的电热水器负荷群控制模型，其特征在于，在温度最低和最高时负荷变化率趋于零，可获得以下方程式：

α_onX_on(t,T)＝α_offX_off(t,T_L)＝0 (13)。