[发明专利]基于虚拟荷电状态优先的定速空调控制策略

权利要求书

1.一种基于虚拟荷电状态优先的定速空调控制策略，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：基于等效热参数模型(equivalent thermal parameter，ETP)建模方法，以此为基础提出虚拟储能模型的热力参数部分，并设立推导相关指标，基于温控负荷运行特性，对电力参数部分指标进行数学描述，综合电力参数部分和热力参数部分形成温控负荷虚拟储能模型；

a)假设房间(箱体)内气体温度等于房间(箱体)内固体温度，引入ETP模型，其一般形式为：

式中，P_electrical表示制冷或制热率，kW，除特殊说明外，均以制热举例，故以下简称制热率；C_e表示房间(箱体)内等效热容，J/℃；R₁表示房间(箱体)内与外部环境的能量传递热阻，℃/W；T_in、T_out分别表示室内、室外温度；

b)将ETP模型等效变化得到虚拟储能模型热力参数部分，并设立推导以下指标：

充放电功率为：

式中，P_base为控制权转移之前的功率，P_disc为放电功率，P_char为充电功率；

充放电时间为：

设初始状态t₀时刻为T_in(t₀)＝C，求解式(2)得式(4)所示：

式中，T_in^t表示t时刻的房间(箱体)内温度，℃。S表示开关状态，断开为0，闭合(受控)为1；由闭合到断开或受控的动作认为是放电状态的开始，由断开或受控到闭合的动作认为是充电状态的开始；

定义提出虚拟储能荷电状态(Virtual State of Charge，VSOC)：虚拟储能在一定的充放电功率下，剩余能量与相同条件下额定容量的比值。虚拟荷电状态VSOC如式(5)-(7)：

Q_capacity＝C_e(T_max-T_min) (5)

式中，Q_capacity为额定容量，Q(t)为t时刻剩余时刻的容量，T_max、T_min分别为协议最高、最低温度；

c)虚拟储能模型电力参数部分：

充分考虑定速空调启动特性，用式(8)表示定速压缩机电功率

式中，η表示定速空调的能效比，取决于空调型号；μ表示定速压缩机的冲击功率倍数，主要取决于压缩机的参数；P_rated表示定速压缩机的额定功率，kW；ε为趋近于0的值，表示极短的时间，lim(ε)＝0；S(t)表示定速空调的开关状态，但需要区别制冷、制热工况；

第二步：对虚拟储能模型进行预处理，包括对模型进行离散化和线性化；

a)模型离散化：

定速压缩机是间歇式的，得P_electrical是离散变量，T_in(t)作为连续变量对通信流量要求较大，式(4)无法描述实际数据传输中的T_in(t)，故对虚拟储能模型进行离散化；

式中，T_in^t表示t时刻房间(箱体)内部温度，℃；T_in^t+1表示t+1时刻房间(箱体)内部温度，℃；T_out^t+1表示t+1时刻外部环境温度，℃；S表示开关函数根据运行工况取值为0或1；Δt表示通信时间间隔；

b)模型线性化：

当参与需求侧响应时间较短时，认为外部环境不发生变化，即T_out^t＝T_out^t+1；设定房间(箱体)温度变化范围为[T_min，T_max]，其中电功率输入的时间为t_on，无电功率输入的时间为t_off；将T_min、T_max带入式(9)进行迭代计算得：

t_cyc＝t_on+t_off (10)

通过时间间隔Δt占总开关时间t_on、t_off的比例描述每次迭代温度变化，如(12)式所示：

第三步：定速压缩机式虚拟储能主要是指以定速压缩机为核心工作部件的电器设备，启动电流可达额定电流的2～3倍，当定速空调参与需求侧响应需要频繁启动时，相关社区电力网络出现明显的冲击功率，根据其特点提出VSOC优先定速压缩机式控制策略；具体步骤如下：

a)设定以下假设，

控制权让渡时外部环境不发生变化；能量所示只存在于房间与外部温度的差异上；压缩机关停不存在反向尖峰电流；通信数据刷新时间间隔为Δt；

b)设定开关函数S＝1表示充电，S＝0表示放电；某一时刻t某个定速压缩机式虚拟储能如(13)所示：

上标j表示第j个虚拟储能；P^j_{Fac_rated}表示定速空调j的额定功率；μ表示定速压缩机的冲击功率倍数；则某一时刻t第j个定速压缩机式虚拟储能VSOC^j为：

c)定速压缩机式虚拟储能经过离散化和线性化的预处理得到VSOC^j的递推公式为：

式中，i表示启动序列中的第i个定速空调；t_i表示第i个启动的时间点；k表示在时间间隔Δt中一共需要有k个定速压缩机启动；

d)确定定速压缩机虚拟储能控制模型：

综上，以放电为例，则定速压缩机式虚拟储能控制模型如：

t^j_off表示编号j定速压缩机式虚拟储能t时刻剩余放电时间；^j_{off_max}表示第j个定速压缩机式虚拟储能最大放电时间；t^j_{on_max}表示第j个定速压缩机式虚拟储能最大充电时间；t^j_on表示第j个定速压缩机式虚拟储能t时刻剩余充电时间。VSOC^j_max、VSOC^j_min分别表示某一时刻t第j个定速压缩机式虚拟储能最大值和最小值；

第四步：获得参与调度的各定速空调用户的设备参数和运行状态，设定电网功率缺额和控制权让渡时长，具体控制函数如式所示：

其中，P^t_s表示t时刻的功率缺额；Q集合表示按照VSOC从大到小排列后的集合；j_n是Q集合的元素，n表示j在新集合中的位置。