[发明专利]一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法在审

专利信息
申请号: 202111385294.0 申请日: 2021-11-22
公开(公告)号: CN114111029A 公开(公告)日: 2022-03-01
发明(设计)人: 苏永新;陈磊;谭貌;彭寒梅 申请(专利权)人: 湘潭大学
主分类号: F24H1/20 分类号: F24H1/20;F24H9/1818;F24H15/156;F24H15/212;F24H15/238;F24H15/37;F24H15/414;G06F30/20;G06F111/04
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 411105 *** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 面向 需求 响应 优化 容量 热水器 控制 方法
【说明书】:

发明公开了一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法,其核心步骤为:1)采用散热、水罐进出水、加热各环节先分离后综合的方法,分步建立变容量热水器水温模型;2)建立变容量热水器的舒适性约束及安全约束;3)获取变容量热水器水温水量状态、未来分时电价、预测的用水需求信息,生成电价趋势信号和用水趋势信号;4)建立基于变容量热水器控制动作优先级的优化策略;5)变容量热水器根据优化策略输出的加热、加水指令运行。本发明提出的方法计算速度快,对硬件条件要求低,能够对变容量热水器进行需求响应自动优化,实现节能、降低用户能源费用。

技术领域

本发明涉及电力系统优化技术领域,具体地,涉及一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法。

背景技术

随着经济的快速发展,居民的生活条件不断提高,家用电器也逐步普及,家庭用电总量不断增长,家庭负荷参与需求响应是促进节能减排和可持续发展的重要措施。家庭热水的消耗是用户能源消耗的主要原因之一,根据统计,电热水器负荷占家庭能源总消耗15%左右,负荷总量庞大;热水器同时还具有储能特性,可以将消耗的电能转换为储存的热能,实现负荷转移,响应分时电价,综合以上两点,将热水器作为需求响应资源将有突出的现实意义。

当前多数家庭采用定容量热水器,其储水量始终保持不变,这导致热水器无法动态适应家庭中不同的用水情况,例如,家中的用水需求会随时间,居家人数,气候环境而改变,但是,在用水需求少甚至无需用水时,定容量热水器也必须加热保温整个水罐的热水,造成能量浪费。

同时传统的热水器控制方法是维持设定的温度,水温低于设定的温度时加热,高于设定的温度时不加热,这种方法的优点就是方案简单,可以普遍应用于各类电热水器,通过足够的水量、热量冗余来满足用户的舒适性需求。但这种控制方法完全不考虑分时电价和用户热水需求,在电价高时也维持着固定的水温,在用户无热水需求的时段也维持着满水罐的热水,水罐中的热水会随着时间向外散热,造成能量的浪费,产生了不必要的电费支出;同时,电价由电力系统根据电能供求关系指定,热水器不响应电价,意味着对电力系统来说,热水器将对电力系统的安全稳定经济运行造成负面影响,不利于社会节能减排。

当前已经有大量学者对热水器的需求响应进行了研究,1)用智能算法求解最优调度方案。这种方法先对需要调度的热水器进行数学建模,结合未来一段时间的分时电价,预测的用户热水需求以及环境温度,设定好相应的约束,把调度过程等效为数学问题进行求解。常用的求解方法有各类启发式算法和数学优化算法。此类方法通常可以求得调度的最优解,但要求建立热水器的精确数学模型,对于变容量热水器,其加热、加水、水的存量、水的需量、水垢对加热效率的影响等要素交叉耦合,具有很强的不确定性,导致精确建模困难。2)学习型需求响应优化。这种方法是通过具有学习能力的机器学习网络进行优化调度,这种网络可以在模型调度中不断产生训练数据,学习出现的各类情况,从一开始不断的试错和学习,训练收敛后就可以快速的结合当前热水器状态、环境、电价和热水需求等因素,给出相应的调度动作。此类方法还具有泛化性能,在单一工况下训练收敛的机器学习网络,可以迁移到其他工况下,在短期的训练后达到对应新工况的收敛;这类方法的缺点在于机器学习需要依赖高性能计算环境,难以普遍在家用热水器中推广。3)基于规则的需求响应优化。这类方法主要是根据未来一段时间的电价,用户热水需求等信息,结合当前时刻的热水器状态,根据一系列的规则来决定调度动作。这种方法的优点是求取调度解的成本低,速度快,不需要过多的计算资源和设备基础,具备实时性,且一定程度上可以应对不确定性,对各种工况和环境下的热水器都能适用;但目前的控制规则针对固定容量的热水器开发,难以用于变容量热水器。

本发明针对的问题包括:针对变容量热水器,开发轻量级计算的需求响应优化策略,是亟待解决的问题。

本发明提出一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法,使用变容量热水器来动态适应家庭中变化的用水需求,提出的面向需求响应的变容量热水器优化调度方法兼具轻量级计算、易于工程化、能够高效调度变容量热水器进行需求响应优化的优点,使变容量热水器能自动适应分时电价、满足用户热水需求、满足变容量热水器安全约束,实现变容量热水器的自动化需求响应。

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