CN105716145A - 一种电采暖群协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电采暖群协同控制方法，分为电采暖群稳定运行状态协同控制方法和电采暖群温度调节状态控制方法；所述电采暖群稳定运行状态协同控制方法是在一个住宅小区或一栋办公写字楼中，布置数量足够的电采暖器，记为N台，所有的电采暖器通过能效终端、能量信息网关接入云端控制的智能用电平台参与调节，此时将这一集群的电采暖器作为一个整体采取相应的协同控制方法；所述电采暖群温度调节状态控制方法是指需求响应中心整合发电侧和用电侧的信息，确定削减负荷的信号的发布，在需要削减负荷时，需求响应中心将削减信号下发给智能电采暖平台云端，再由智能电采暖云端将其发送给相应的网关，网关将削减负荷信号转换为电采暖器的调节信号。

Description

一种电采暖群协同控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制及需求侧管理领域，具体涉及一种电采暖群协同控制方法。

背景技术

随着社会经济的发展，南方地区的居民也期望在冬季供暖。考虑到南方地区的具体情况，分散的电采暖更适宜推广应用。电采暖器是将电能转换为热能的设备，包括暖风电暖器、碳晶取暖器等。一方面，电采暖器往往功率较大，应采取相应的节能控制措施以达到更高的能效；另一方面，电采暖器属于典型的蓄冷蓄热型设备，是电力需求响应中重要的可中断负荷，可在需求响应中发挥积极的作用。

现有的本地控制方法过于简单，通常是根据本地温度信号，多个采暖设备集中开启或集中关停。这样的粗糙式控制方法会带来负荷曲线的波动，对变压器、断路器等诸多设备的容量带来很高的要求。对于电采暖集群应当采取相应的精细化协同控制方法，以有序启停为基础，尽可能地使每个时刻开启的设备数量恒定不变，以此保障负荷曲线平稳。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种电采暖群协同控制方法，设计一套精细化的电采暖群协同控制方法，使电采暖集群在正常运行和调节温度时都尽可能保持开启设备的数量恒定，以此保证电采暖群对外表现的功率曲线基本平稳，减轻变压器、断路器等设备的要求，节约投资成本，提高设备利用率，可以有效解决背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种电采暖群协同控制方法，分为电采暖群稳定运行状态协同控制方法和电采暖群温度调节状态控制方法；

所述电采暖群稳定运行状态协同控制方法是在一个住宅小区或一栋办公写字楼中，布置数量足够的电采暖器，记为N台，所有的电采暖器通过能效终端、能量信息网关接入云端控制的智能用电平台参与调节，此时将这一集群的电采暖器作为一个整体采取相应的协同控制方法；

所述电采暖群温度调节状态控制方法是指需求响应中心整合发电侧和用电侧的信息，确定削减负荷的信号的发布，在需要削减负荷时，需求响应中心将削减信号下发给智能电采暖平台云端，再由智能电采暖云端将其发送给相应的网关，网关将削减负荷信号转换为电采暖器的温度调节信号。

作为本发明一种优选的技术方案，稳定运行状态指取暖环境的温度稳定在设定温度的上下限[Tmin,Tmax]，且设定温度阈值不做调节，结合该种电采暖器的加热和保温数学模型，将N个电采暖器均匀分为M组，并按照状态队列模型，使组电采暖器处于开启状态，组电采暖器处于关闭状态，根据电采暖器与所处加热环境的热力学模型确定加热过程占整个加热降温周期的比例。

作为本发明一种优选的技术方案，以M=10，取以10min为单位时间间隔，每经历一个单位时间，采暖器组进入下一状态，如此循环，每一组电采暖器4个时间单位加热至上限，6个时间单位降温至下限，保证每个时刻开启的电采暖器数量恒定为4组。

作为本发明一种优选的技术方案，一般情况下，网关只将原本设定的温度阈值上下限适当提高，即可实现削减负负荷。

作为本发明一种优选的技术方案，在温度调节过程中，电采暖群的调节方法为：限制云端控制的温度阈值，以保证用户舒适度，人体舒适温度区间为18摄氏度至22摄氏度，而此时电采暖器设定温度区间是20至22度，取0.5摄氏度为最小调节单位，则调节方案有[19.5,21.5]、[19,21]、[18.5,20.5]、[18,20]四种；在温度阈值改变后，处于各个状态的采暖组并不直接更改运行方法，处于关闭状态的取暖器组需按照继续运行，待取暖组进入开启状态后，再依次转入运行；而在调节时刻处于开启状态的取暖器组需按照继续运行，待取暖组进入关闭状态后，再转入运行。

本发明的有益效果：

本发明主要针对装设了较多数量电采暖设备的区域。采取电采暖群协同控制方案后，可以有效地平抑负荷曲线，降低设备容量。在平稳运行的状态下，取暖组有序启动，在每一个时刻开启的取暖器数量可以保持一定，使功率曲线保持稳定。在电采暖群进行温度阈值调节的时候，采用精细化地将开启状态和关闭状态的取暖器组分开调节，在经历过渡期后再转入新设定的温度阈值，其优点在于整个电采暖群可以在削减负荷的同时，恢复负荷曲线的平稳，不会因负荷曲线波动带来负荷高峰，对变压器、断路器等电气设备造成不必要地影响。

附图说明

图1为本发明的电采暖群状态队列图。

图2为本发明的电采暖群协同控制层次示意图。

图3为本发明将温度阈值下调后电采暖群状态队列图。

图4为本发明采暖群对外总的功率曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

电采暖群稳定运行状态协同控制方法说明如下：

（1）在一个住宅小区或一栋办公写字楼中，布置数量足够的电采暖器，记为N台。所有的电采暖器通过能效终端、能量信息网关等设备接入云端控制的智能用电平台参与调节，此时可将这一集群的电采暖器作为一个整体采取相应的协同控制方法；

（2）稳定运行状态，指取暖环境的温度稳定在设定温度的上下限[Tmin,Tmax]，且设定温度阈值不做调节。结合该种电采暖器的加热和保温数学模型，将N个电采暖器均匀分为M组，并按照状态队列模型，使组电采暖器处于开启状态，组电采暖器处于关闭状态，其中指加热过程占整个加热降温周期的比例，根据电采暖器与所处加热环境的热力学模型可以确定。以M=10，为例，如图1所示，取10min为单位时间间隔，每经历一个单位时间，采暖器组进入下一状态，例如1组采暖组在经历1个时间间隔后进入前一刻2组的状态，而2组则进入3组前一刻的状态，如此循环，每一组电采暖器4个时间单位加热至上限，6个时间单位降温至下限，这样即可保证每个时刻开启的电采暖器数量恒定为4组。

2、电采暖群温度调节状态控制方法

如图2所示，需求响应中心整合发电侧和用电侧的信息，确定是否发布削减负荷的信号。在需要削减负荷时，需求响应中心将削减信号下发给智能电采暖平台云端，再由智能电采暖云端将其发送给相应的网关，网关将削减负荷信号转换为电采暖器的温度调节信号。一般情况下，网关只需将原本设定的温度阈值上下限适当提高，即可实现削减负负荷。下面说明在温度调节过程中，电采暖群的调节方法：

（1）为保证用户舒适度，云端控制的温度阈值的调节需有一定限制。如人体舒适温度区间为18摄氏度至22摄氏度，而此时电采暖器设定温度区间是20至22度，取0.5摄氏度为最小调节单位，则调节方案有[19.5,21.5]、[19,21]、[18.5,20.5]、[18,20]四种；

（2）在温度阈值改变后，处于各个状态的采暖组并不直接更改运行方法。处于关闭状态的取暖器组需按照继续运行，待取暖组进入开启状态后，再依次转入运行；而在调节时刻处于开启状态的取暖器组需按照继续运行，待取暖组进入关闭状态后，再转入运行。这样的电采暖群协同控制方法，可以有效地使电采暖群经历一个过渡期后，又恢复开启设备数量稳定不变的状态。

实施例2：

在一个取暖区域装配50台型号相同的电采暖器，如额定功率为1500W的碳晶取暖器。将该50台电采暖器均分为10个采暖组，并将10个采暖组一次编号每个采暖组辖5个采暖器，便于控制。

按照电采暖群协同控制方法，在稳定状态，各个取暖组依序启动。根据电采暖器的热力学模型控制单位时间，如碳晶加热器可取10min为单位间隔时间。稳定状态下的状态如下表所示，其中状态1、2、3和4为开启状态，状态5—10为关闭状态：

1001-12-23-34-45-56-67-78-89-910-104组

从上表中可以看出，采用电采暖群协同控制方法后，整个周期内，开启的电采暖设备数量恒定为4组，即对外总功率恒定为30kW。

当能量网关在接收到上级削减信号后，会转换为温度阈值调节信号，例如将温度阈值下调，新的状态序列如图3所示：

采用电采暖群协同控制方法，设在0时刻进行温度阈值的调节。调节过程中组别及其对应的状态关系如下表所示。对原来处于1—4状态，即开启状态的采暖器组，依旧按照作为控制阈值，直到转换到其被关闭，则按新的状态序列控制。如原初始时刻，3组采暖器处于原状态3，在调节后，3组采暖器继续按进行，即转换为状态4，且处于开启状态；再依次进入原状态5-7，由于现状态已不存在原5-7状态，故用0表示轮空，直到其进入现状态5’，之后则按新的阈值调节。对应原来处于5—10的采暖器组，应当按进行调节，直到其被开启，再按照新的状态序列控制。如原9组采暖器在调节时刻处于状态9，则下一时刻转换到原状态10，且处于关闭状态，再经过3个轮空状态，则进入新状态1’，此后则按照新的温度阈值进行控制调节。

在此基础上可计算调节过程中，采暖群对外总的功率曲线，如图4所示。

由图4可以看出，在进行温度阈值调节过程中，出现一个过渡过程，负荷被削减，在过渡过程结束后，功率曲线恢复调节前的状态，继续保持稳定。

基于上述，本发明的优点在于，本发明主要针对装设了较多数量电采暖设备的区域。采取电采暖群协同控制方案后，可以有效地平抑负荷曲线，降低设备容量。在平稳运行的状态下，取暖组有序启动，在每一个时刻开启的取暖器数量可以保持一定，使功率曲线保持稳定。在电采暖群进行温度阈值调节的时候，采用精细化地将开启状态和关闭状态的取暖器组分开调节，在经历过渡期后再转入新设定的温度阈值，其优点在于整个电采暖群可以在削减负荷的同时，恢复负荷曲线的平稳，不会因负荷曲线波动带来负荷高峰，对变压器、断路器等电气设备造成不必要地影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电采暖群协同控制方法，其特征在于，分为电采暖群稳定运行状态协同控制方法和电采暖群温度调节状态控制方法；

所述电采暖群稳定运行状态协同控制方法是在一个住宅小区或一栋办公写字楼中，布置数量足够的电采暖器，记为N台，所有的电采暖器通过能效终端、能量信息网关接入云端控制的智能用电平台参与调节，此时将这一集群的电采暖器作为一个整体采取相应的协同控制方法；

所述电采暖群温度调节状态控制方法是指需求响应中心整合发电侧和用电侧的信息，确定削减负荷的信号的发布，在需要削减负荷时，需求响应中心将削减信号下发给智能电采暖平台云端，再由智能电采暖云端将其发送给相应的网关，网关将削减负荷信号转换为电采暖器的温度调节信号。

2.根据权利要求1所述的一种电采暖群协同控制方法，其特征在于：稳定运行状态指取暖环境的温度稳定在设定温度的上下限[Tmin,Tmax]，且设定温度阈值不做调节，结合该种电采暖器的加热和保温数学模型，将N个电采暖器均匀分为M组，并按照状态队列模型，使组电采暖器处于开启状态，组电采暖器处于关闭状态，根据电采暖器与所处加热环境的热力学模型确定加热过程占整个加热降温周期的比例。

3.根据权利要求2所述的一种电采暖群协同控制方法，其特征在于：以M=10，取以10min为单位时间间隔，每经历一个单位时间，采暖器组进入下一状态，如此循环，每一组电采暖器4个时间单位加热至上限，6个时间单位降温至下限，保证每个时刻开启的电采暖器数量恒定为4组。

4.根据权利要求1所述的一种电采暖群协同控制方法，其特征在于，一般情况下，网关只将原本设定的温度阈值上下限适当提高，即可实现削减负负荷。

5.根据权利要求1所述的一种电采暖群协同控制方法，其特征在于：在温度调节过程中，电采暖群的调节方法为：限制云端控制的温度阈值，以保证用户舒适度，人体舒适温度区间为18摄氏度至22摄氏度，而此时电采暖器设定温度区间是20至22度，取0.5摄氏度为最小调节单位，则调节方案有[19.5,21.5]、[19,21]、[18.5,20.5]、[18,20]四种；在温度阈值改变后，处于各个状态的采暖组并不直接更改运行方法，处于关闭状态的取暖器组需按照继续运行，待取暖组进入开启状态后，再依次转入运行；而在调节时刻处于开启状态的取暖器组需按照继续运行，待取暖组进入关闭状态后，再转入运行。