CN105864963A - 一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法。该方法包括以下步骤：（1）获取上级调度部门所下达的负荷增/减量；（2）计算负荷聚合商所管辖的所有空调的状态转化时间；（3）形成聚合空调转化时间优先级列表；（4）根据负荷增/减量和转化时间优先级列表确定哪些空调应该进行状态转化；（5）将空调控制指令下达给所辖空调。本发明给出的基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法可以依托聚合商‑用户模式利用用户的空调设备为电力系统提供增负荷或减负荷的服务，其优点就是控制精准、可靠性高，该方法可以视为将用户侧可控负荷资源融入电网调度的一种可行解决方案。

Description

一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法

技术领域

本发明属于智能用电技术领域，具体涉及一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法。

背景技术

随着国民生活水平的提高，用电需求不断攀升，其中空调负荷增长量巨大，成为冬夏两季取暖负荷或降温负荷的主要组成部分。负荷量增大同时对电力系统稳定形成威胁，需求响应可以从负荷侧资源入手，实现负荷削减，保证供需平衡，增强系统稳定性，由于其较低的使用成本，需求响应被越来越多的人们所接受。空调负荷则是需求响应的重要资源之一，它可以完成电能与热能的转化，并能利用房间的热动力学特性，可以在一定程度上对热能起到储存作用；再依托负荷聚合商-用户的需求响应运行模式，可以将大规模的、分散的空调负荷聚合在一起，形成较为可观的负荷集群，具有很大的需求响应潜力，故研究聚合空调负荷的控制方法是很有必要的。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法，所给出的聚合空调控制方法可以根据空调负荷的运行状态自动选择控制对象，实现负荷增/减服务，保持电力系统供需平衡。

一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法，包括以下步骤：

1)获取上级调度部门所下达的负荷增/减量；负荷聚合商与上级调度部门建立通信通道，上级调度部门在有需求的时候将负荷增/减量目标下发给负荷聚合商，使用表示第t时段由上级调度部门下发的负荷增/减目标；

2)计算负荷聚合商所管辖的所有空调的状态转化时间；空调状态包含打开和关闭两个状态，对于处于打开状态的空调计算其关闭时间，对于处于关闭状态的空调计算其打开时间；

3)形成聚合空调转化时间优先级列表；对于处于关闭和打开状态的空调分别形成两个转化时间优先级列表，两个列表均为升序排列：对于处于关闭状态的空调，其转化为打开状态的转化时间越小则排名越靠前，排名越靠前则说明该空调转化为打开状态的优先级越高；对于处于打开状态的空调，其转化为关闭状态的转化时间越小则排名越靠前，排名越靠前则说明该空调转化为关闭状态的优先级越高；

4)根据负荷增/减量和转化时间优先级列表确定哪些空调应该进行状态转化；根据负荷增/减量大小以及转化时间优先级列表计算出哪些空调应该进行状态转化，形成状态转化控制指令；

5)将空调控制指令下达给所辖空调；空调控制指令为打开/关闭指令或不控制指令，通过通信通道由负荷聚合商下发至各个用户，各个用户的空调按照指令响应。

步骤2)所述的空调的状态转化时间计算方法为：

(2.1)假设第i台空调目前处于打开状态，则该空调由打开转为关闭的状态转化时间为：

${\mathrm{\τ}}_{change,i}^{OnToOff}=\frac{RC}{\mathrm{\Δ}t}ln\left(\frac{\mathrm{\η}PR+T_{in,i}-T_{out}}{\mathrm{\η}PR+T_{\min }-T_{out}}\right)---\left(1\right)$

其中P为空调的运行功率，η为空调的能效系数，R为空调的等效热阻，C为空调的等效热容，T_in,i为该空调所处房间的当前温度，T_min为空调温度调整的温度下限，T_out为当前室外温度。

(2.2)假设第j台空调目前处于关闭状态，则该空调由关闭转为打开的状态转化时间为：

$x_{change,j}^{OffToOn}=\frac{RC}{\mathrm{\Δ}t}ln\left(\frac{T_{in,j}-T_{out}}{T_{\max }-T_{out}}\right)---\left(2\right)$

其中T_in,j为该空调所处房间的当前温度，T_max为空调温度调整的温度下限，T_out为当前室外温度。

步骤4)所述的空调状态转化控制指令的计算方法为：

(4.1)根据空调t时刻的打开/关闭状态变量以及空调的特征参数R_i、C_i、P_i，利用权利要求2中所述方法计算每一台空调的状态转化时间计算t时刻N台聚合空调不控制时的总负荷：

$P_{ACs,uncontrolled}^t=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\×s_i^t---\left(3\right)$

(4.2)若使用Δt表示空调控制的时间间隔，统计且s＝1的空调，这些设备的状态转化时间小于控制时间间隔，所以这些设备在这段时间内会自然由打开状态转化为关闭状态，假设这些空调的集合为可以求得这些空调的总功率为：

$P_{+,ACs}^t=\underset{i=1}{\overset{N_{+}^t}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i---\left(4\right)$

(4.3)统计且s＝0的空调，这些设备的状态转化时间小于控制时间间隔，所以这些设备在这段时间内会自然由关闭状态转化为打开状态，假设这些空调的集合为可以求得这些空调的总功率为：

$P_{-,ACs}^t=\underset{i=1}{\overset{N_{-}^t}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i---\left(5\right)$

(4.4)由上级调度部门获取负荷增/减量与发电机不同，为正则表示需要聚合商减少空调的使用使负荷降低，为负则表示需要聚合商增加空调的使用使负荷升高；

若转向(4.5)；

若转向(4.6)；

若转向(4.7)；

(4.5)在这一步中，需要削减负荷；此时可以进行关停的空调共有N ₁ ^t台，除去2)中所述的台，共台空调，计算这些空调的转化时间优先级列表，选定列表中靠前的若干空调，计为使得：

$\begin{array}{ccc}(P_{+,ACs}^t-P_{-,ACs}^t)+\underset{i=1}{\overset{M_{+}^t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i\&le;{\mathrm{\&Delta;P}}_{ACs}^t<(P_{+,ACs}^t-P_{-,ACs}^t)+\underset{i=1}{\overset{M_{+}^t+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i& or& M_{+}^t=N_1^t-N_{+}^t\end{array}---\left(6\right)$

关闭集合和中的空调，打开集合中的空调；

(4.6)在这一步中，需要增加负荷；此时可以进行打开的空调共有N ₂ ^t台，除去3)中中的台，共台空调，计算这些空调的转化时间优先级列表，选定列表中靠前的若干空调，计为使得：

$\begin{array}{ccc}(P_{+,ACs}^t-P_{-,ACs}^t)-\underset{i=1}{\overset{M_{-}^t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&Delta;P}}_{ACs}^t>(P_{+,ACs}^t-P_{-,ACs}^t)-\underset{i=1}{\overset{M_{-}^t+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i& or& M_{-}^t=N_2^t-N_{-}^t\end{array}---\left(7\right)$

关闭集合中的空调，打开集合和中的空调；

(4.7)在这一步中，无需对除和之外的空调进行操作；关闭集合中的空调，打开集合中的空调；

(4.8)根据(4.5)、(4.6)、(4.7)中所得到的空调集合制定打开或关闭指令。

采用本发明的技术方案，可实现如下有益效果：本发明提供了一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法，其优点是可以聚集一定数量的原本自由运行的空调负荷资源，通过有规律的启停控制为电力系统提供负荷增/减服务；同时本发明所述方法简单易行，具有较高的操作可行性与实施可靠性，为空调负荷在需求响应方面的应用提供一种解决思路。

附图说明

图1为本发明方法的总流程图；

图2为负荷控制目标与负荷控制结果对比图；

图3为空调所处房间温度图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

首先说明实施例的参数设置情况。假设调度实例发生在夏天，负荷聚合商整合了10000台空调参与到负荷增/减服务当中来。实施例中所有空调的参数均服从对数正态分布，具体设置情况见表1。

表1空调相关参数设定

假设本实施例所考虑的时间范围从上午9:00开始至下午17:00停止，期间上级调度部门会持续给负荷聚合商下发负荷控制命令，在每个独立的调度周期内，按照本发明所述步骤执行：

1)获取上级调度部门所下达的负荷增/减量；负荷聚合商与上级调度部门建立通信通道，上级调度部门在有需求的时候将负荷增/减量目标下发给负荷聚合商，使用表示第t时段由上级调度部门下发的负荷增/减目标；

2)计算负荷聚合商所管辖的所有空调的状态转化时间；空调状态包含打开和关闭两个状态，对于处于打开状态的空调计算其关闭时间，对于处于关闭状态的空调计算其打开时间；

3)形成聚合空调转化时间优先级列表；对于处于关闭和打开状态的空调分别形成两个转化时间优先级列表，两个列表均为升序排列：对于处于关闭状态的空调，其转化为打开状态的转化时间越小则排名越靠前，排名越靠前则说明该空调转化为打开状态的优先级越高；对于处于打开状态的空调，其转化为关闭状态的转化时间越小则排名越靠前，排名越靠前则说明该空调转化为关闭状态的优先级越高；

4)根据负荷增/减量和转化时间优先级列表确定哪些空调应该进行状态转化；根据负荷增/减量大小以及转化时间优先级列表计算出哪些空调应该进行状态转化，形成状态转化控制指令；

5)将空调控制指令下达给所辖空调；空调控制指令为打开/关闭指令或不控制指令，通过通信通道由负荷聚合商下发至各个用户，各个用户的空调按照指令响应。

图2为上级调度部门所下发的负荷控制目标以及通过算法对聚合空调负荷进行控制的结果，可以看出本方法可以有效地控制聚合空调负荷的负荷输出，提供负荷增减服务；图3为在本段时期内1000台空调负荷的温度变化情况，可以看出所有空调所处房间温度均在室温耐受上下限内，即可认为该方法对用户舒适度的影响较小。

如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)获取上级调度部门所下达的负荷增/减量；负荷聚合商与上级调度部门建立通信通道，上级调度部门在有需求的时候将负荷增/减量目标下发给负荷聚合商，使用表示第t时段由上级调度部门下发的负荷增/减目标；

2)计算负荷聚合商所管辖的所有空调的状态转化时间；空调状态包含打开和关闭两个状态，对于处于打开状态的空调计算其关闭时间，对于处于关闭状态的空调计算其打开时间；

3)形成聚合空调转化时间优先级列表；对于处于关闭和打开状态的空调分别形成两个转化时间优先级列表，两个列表均为升序排列：对于处于关闭状态的空调，其转化为打开状态的转化时间越小则排名越靠前，排名越靠前则说明该空调转化为打开状态的优先级越高；对于处于打开状态的空调，其转化为关闭状态的转化时间越小则排名越靠前，排名越靠前则说明该空调转化为关闭状态的优先级越高；

4)根据负荷增/减量和转化时间优先级列表确定哪些空调应该进行状态转化；根据负荷增/减量大小以及转化时间优先级列表计算出哪些空调应该进行状态转化，形成状态转化控制指令；

5)将空调控制指令下达给所辖空调；空调控制指令为打开/关闭指令或不控制指令，通过通信通道由负荷聚合商下发至各个用户，各个用户的空调按照指令响应。

2.根据权利要求1所述的一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法，其特征在于，步骤2)所述的空调的状态转化时间计算方法为：

(2.1)假设第i台空调目前处于打开状态，则该空调由打开转为关闭的状态转化时间为：

${\mathrm{\&tau;}}_{change,i}^{OnToOff}=\frac{RC}{\mathrm{\&Delta;}t}ln\left(\frac{\mathrm{\&eta;}PR+T_{in,i}-T_{out}}{\mathrm{\&eta;}PR+T_{\min }-T_{out}}\right)---\left(1\right)$

其中P为空调的运行功率，η为空调的能效系数，R为空调的等效热阻，C为空调的等效热容，T_in,i为该空调所处房间的当前温度，T_min为空调温度调整的温度下限，T_out为当前室外温度。

(2.2)假设第j台空调目前处于关闭状态，则该空调由关闭转为打开的状态转化时间为：

$x_{change,j}^{OffToOn}=\frac{RC}{\mathrm{\&Delta;}t}ln\left(\frac{T_{in,j}-T_{out}}{T_{\max }-T_{out}}\right)---\left(2\right)$

其中T_in,j为该空调所处房间的当前温度，T_max为空调温度调整的温度下限，T_out为当前室外温度。

3.根据权利要求1所述的一种基于转化时间优先级列表的聚合空调负荷控制方法，其特征在于，步骤4)所述的空调状态转化控制指令的计算方法为：

(4.1)根据空调t时刻的打开/关闭状态变量以及空调的特征参数R_i、C_i、P_i，利用权利要求2中所述方法计算每一台空调的状态转化时间计算t时刻N台聚合空调不控制时的总负荷：

$P_{ACs,uncontrolled}^t=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{P}_i\&times;s_i^t---\left(3\right)$

(4.2)若使用Δt表示空调控制的时间间隔，统计且s＝1的空调，这些设备的状态转化时间小于控制时间间隔，所以这些设备在这段时间内会自然由打开状态转化为关闭状态，假设这些空调的集合为可以求得这些空调的总功率为：

$P_{+,ACs}^t=\underset{i=1}{\overset{N_{+}^t}{\&Sigma;}}{P}_i---\left(4\right)$

(4.3)统计且s＝0的空调，这些设备的状态转化时间小于控制时间间隔，所以这些设备在这段时间内会自然由关闭状态转化为打开状态，假设这些空调的集合为可以求得这些空调的总功率为：

$P_{-,ACs}^t=\underset{i=1}{\overset{N_{-}^t}{\&Sigma;}}{P}_i---\left(5\right)$

(4.4)由上级调度部门获取负荷增/减量与发电机不同，为正则表示需要聚合商减少空调的使用使负荷降低，为负则表示需要聚合商增加空调的使用使负荷升高；

若转向(4.5)；

若转向(4.6)；

若转向(4.7)；

(4.5)在这一步中，需要削减负荷；此时可以进行关停的空调共有N₁ ^t台，除去2)中所述的台，共台空调，计算这些空调的转化时间优先级列表，选定列表中靠前的若干空调，计为使得：

$(P_{+,ACs}^t-P_{-,ACs}^t)+\underset{i=1}{\overset{M_{+}^t}{\&Sigma;}}{P}_i\&le;{\mathrm{\&Delta;P}}_{ACs}^t<(P_{+,ACs}^t-P_{-,ACs}^t)+\underset{i=1}{\overset{M_{+}^t+1}{\&Sigma;}}{P}_{i}or{M}_{+}^t=N_1^t-N_{+}^t---\left(6\right)$

关闭集合和中的空调，打开集合中的空调；

(4.6)在这一步中，需要增加负荷；此时可以进行打开的空调共有N₂ ^t台，除去3)中中的台，共台空调，计算这些空调的转化时间优先级列表，选定列表中靠前的若干空调，计为使得：

$(P_{+,ACs}^t-P_{-,ACs}^t)-\underset{i=1}{\overset{M_{-}^t}{\&Sigma;}}{P}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&Delta;P}}_{ACs}^t>(P_{+,ACs}^t-P_{-,ACs}^t)-\underset{i=1}{\overset{M_{-}^t+1}{\&Sigma;}}{P}_{i}or{M}_{-}^t=N_2^t-N_{-}^t--\left(7\right)$

关闭集合中的空调，打开集合和中的空调；

(4.7)在这一步中，无需对除和之外的空调进行操作；关闭集合中的空调，打开集合中的空调；

(4.8)根据(4.5)、(4.6)、(4.7)中所得到的空调集合制定打开或关闭指令。