基于直接负荷控制的空调负荷控制策略制定方法

摘要

本发明公开了基于直接负荷控制的空调负荷控制策略制定方法，其建立单台空调机组的热动力学模型，用于表征空调功率、温度及时间之间的关系；根据单台空调的热动力学模型以及直接负荷控制合同中所规定的用户舒适度要求，分析空调负荷集中控制的理想轮控策略，并计算所有受控空调负荷所能提供的削减上限值。建立实际电力系统运行中空调负荷直接控制的决策模型，通过优化对所有受控空调负荷的控制策略，使得实际的空调负荷出力与理想削减量的偏差最小，并且用空调负荷持续开启和关闭时间代替实时室温表征空调轮控策略的约束条件。

主权项

1.基于直接负荷控制的空调负荷控制策略制定方法，其特征在于：包括以下步骤：1)建立空调功率、温度及时间之间的关系，即单台空调机组的热动力学模型：$T_{\mathrm{in}}^{t+1}=T_{\mathrm{out}}^{t+1}-(T_{\mathrm{out}}^{t+1}-T_{\mathrm{in}}^t)·ϵ,s=1---\left(1\right)$$T_{\mathrm{in}}^{t+1}=T_{\mathrm{out}}^{t+1}-\eta P_x/A-(T_{\mathrm{out}}^{t+1}-\eta P_x/A-T_{\mathrm{in}}^t)·ϵ,s=0---\left(2\right)$式中：s表示空调的状态，1表示关停，0表示开启；表示t时刻的室内温度；表示(t+1)时刻的室外温度；ε为散热函数ε=e^-τ/Tc，τ为控制时间间隔，T_c为时间常数；η为空调能效比；A/(kW·℃^-1)为导热系数；P_x为x时刻空调的额定制冷消耗功率（kW），ηP_x为空调的额定制冷量；2)设x时段空调的平均额定功率为，控制周期内环境温度设为恒定值T_out。根据单台空调机组的热动力学模型，结合室温控制区间[T_min,T_max]，可以求解负荷控制周期τ_c，以及空调开启和关停的时间τ_on、τ_off，如下所示：$T_{\max }=T_{\mathrm{out}}(1-{ϵ}^{{\tau }_{\mathrm{off}}})+T_{\min }·{ϵ}^{{\tau }_{\mathrm{off}}}---\left(3\right)$$T_{\min }=(T_{\mathrm{out}}-\eta \bar{P}/A)(1-{ϵ}^{{\tau }_{\mathrm{on}}})+T_{\max }·{ϵ}^{{\tau }_{\mathrm{on}}}---\left(4\right)$τ_c=τ_off+τ_on                       (5)3)分析集中控制的n台空调的理想轮控策略，基于此计算所有受控空调负荷所能提供的削减上限值：$C_{\lim }=\frac{{\tau }_{\mathrm{off}}}{{\tau }_c}\times n\bar{P}---\left(6\right)$4)分析实际负荷控制中x时刻n台空调所能提供的负荷实际出力与理想削减量的偏差为：$e\left(x\right)=G\left(x\right)-D\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{s}_i\left(x\right)\times P_i\left(x\right)-D\left(x\right)---\left(7\right)$式中：s_i(x)表示第i台空调在x时刻的状态，为0说明第i台空调处于不受控状态；为1说明第i台空调处于受控状态，D(x)为理想削减量，D(x)∈(1,2,…,M)，P_i(x)为空调在x时刻的功率，(i=1,2,…,n)；5)利用空调热动力学模型，用持续时间代替实时室温来表征直接负荷控制决策模型的约束条件，空调的连续开启时间和连续关闭时间如下式所示：${\tau }_i^{\mathrm{on}}\left(x\right)=\{{\tau }_i^{\mathrm{on}}(x-1)+[1-s_i\left(x\right)]\times \mathrm{\Delta x}\}\times [1-s_i\left(x\right)]---\left(8\right)$${\tau }_i^{\mathrm{off}}\left(x\right)=[{\tau }_i^{\mathrm{off}}(x-1)+s_i\left(x\right)+\mathrm{\Delta x}]\times s_i\left(x\right)---\left(9\right)$式中：Δx表示每个时段的间隔；6)建立实际电力系统运行中空调负荷直接控制决策模型，从而得出基于直接负荷控制的空调负荷控制策略，如下式所示：$\min \underset{x=1}{\overset{M}{\Sigma }}e{\left(x\right)}^2---\left(10\right)$$s.t.{\tau }_i^{\mathrm{off}}\left(x\right)\le {\tau }_{\mathrm{off}}---\left(11\right)$$\frac{\underset{j=1}{\overset{x}{\Sigma }}{\tau }_i^{\mathrm{on}}\left(j\right)}{\underset{j=0}{\overset{x}{\Sigma }}{\tau }_i^{\mathrm{off}}\left(j\right)}\ge \frac{{\tau }_{\mathrm{on}}}{{\tau }_{\mathrm{off}}}(\mathrm{if}\underset{j=1}{\overset{x}{\Sigma }}{\tau }_i^{\mathrm{off}}\left(j\right)\ne 0)---\left(12\right)$$G\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{s}_i\left(x\right)\times P_i\left(x\right)\le C_{\lim }---\left(13\right)$式中：Φ(x)={s₁(x),s₂(x),…,s_n(x)}(x=1,2,…,M)为空调负荷直接控制行动的决策变量，初始状态为${\tau }_i^{\mathrm{off}}\left(0\right)=0,$${\tau }_i^{\mathrm{on}}\left(0\right)={\tau }_{\mathrm{on}}(i=\mathrm{1,2},...,n).$