CN108073737B - 一种集群电热水器负荷聚合方法及装置 - Google Patents

一种集群电热水器负荷聚合方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种集群电热水器负荷聚合方法及装置，所述方法包括：根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度；基于热水器的启动和断电温度的调整量，构建集群热水器聚合负荷功率模型；利用集群热水器聚合负荷功率模型，确定集群热水器的聚合负荷功率；本发明提供的技术方案，考虑单体热水器的能量转化以及对微电网频率波动的响应规律，实现了集群的电热水器负荷可视化聚合，聚合负荷功率模型可用于对区域性的热水器进行群控，平抑微电网频率波动。

Description

一种集群电热水器负荷聚合方法及装置
技术领域
本发明涉及智能用电领域，具体涉及一种集群电热水器负荷聚合方法及装置。
背景技术
随着智能电网的发展，需求侧管理技术已成为电力行业的研究热点，直接负荷控制(Direct Load Control，DLC)也在负荷聚合商的带动下逐渐发展趋于成熟。电热水器类温控负荷，具有储能特性，短时间断电不会对用户的舒适度产生剧烈影响，能耗量也比较稳定，是电力系统中负荷调度的重要部分。
一般说来，建立合适的单体热力学模型，是热力学负荷参与电网负荷调度研究的基础。单体热力学负荷功率小，需要集群化的负荷才能达到一个可观的数量级。通常将负荷聚合，使单体负荷作为聚合负荷的一部分参与负荷调控，是当前研究中处理集群负荷的一种重要手段，当前用户负荷调控潜力大，而参与负荷的调控程度不够，无法在上层实现对集群负荷的可视化。
发明内容
本发明提供一种集群电热水器负荷聚合方法及装置，其目的是考虑单体热水器的能量转化以及对微电网频率波动的响应规律，实现集群的电热水器负荷可视化聚合，聚合负荷功率模型可用于对区域性的热水器进行群控，平抑微电网频率波动。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种集群电热水器负荷聚合方法，其改进之处在于，包括：
根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度；
基于热水器的启动和断电温度的调整量构建集群热水器聚合负荷功率模型；
利用集群热水器聚合负荷功率模型，确定集群热水器的聚合负荷功率。
优选的，所述集群热水器中的单体热水器均为同一类型热水器。
优选的，按下式构建集群热水器聚合负荷功率模型：
Figure BDA0001153129620000021
上式中，Pc为集群热水器聚合负荷功率，P为热水器加热功率，N为集群热水器中单体热水器总数目，δ为热水器开启率，ΔT为热水器的启动和断电温度的调整量，TH为调整后热水器断电温度，TL为调整后热水器启动温度。
进一步的，所述集群热水器聚合负荷功率模型中，按下式确定所述热水器加热功率P：
Figure BDA0001153129620000022
上式中，ρ为水密度，c为水的比热容，V(t)为用户的用水速度，T(t)为加热目标温度，Tin为入水温度，V为水箱体积，u(t)为热水器的工作状态系数，T为热水器实时水温，其中，按下式确定所述热水器的工作状态系数：
Figure BDA0001153129620000023
上式中，u(t-)为热水器的前一状态。
优选的，所述根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度，包括：
按下式确定所述热水器的启动和断电温度的调整量ΔT：
ΔT＝K(Δf)2
上式中，K为调控系数，Δf为微电网频率波动幅值。
进一步的，按下式确定调整后热水器断电温度TH和启动温度TL：
Figure BDA0001153129620000024
上式中，THn为调整前热水器断电温度，TLn为调整前热水器启动温度。
一种集群电热水器负荷聚合装置，其改进之处在于，所述装置包括：
调整模块，用于根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度；
构建模块，用于基于热水器的启动和断电温度的调整量构建集群热水器聚合负荷功率模型；
确定模块，用于利用集群热水器聚合负荷功率模型，确定集群热水器的聚合负荷功率。
优选的，所述集群热水器中的单体热水器均为同一类型热水器。
优选的，所述构建模块包括：第一确定单元，用于按下式构建集群热水器聚合负荷功率模型：
Figure BDA0001153129620000031
上式中，Pc为集群热水器聚合负荷功率，P为热水器加热功率，N为集群热水器中单体热水器总数目，δ为热水器开启率，ΔT为热水器的启动和断电温度的调整量，TH为调整后热水器断电温度，TL为调整后热水器启动温度。
进一步的，所述确定单元包括：第一确定子单元，用于按下式确定所述热水器加热功率P：
Figure BDA0001153129620000032
上式中，ρ为水密度，c为水的比热容，V(t)为用户的用水速度，T(t)为加热目标温度，Tin为入水温度，V为水箱体积，u(t)为热水器的工作状态系数，T为热水器实时水温，其中，按下式确定所述热水器的工作状态系数：
Figure BDA0001153129620000033
上式中，u(t-)为热水器的前一状态。
优选的，所述调整模块包括：第二确定单元，用于按下式确定所述热水器的启动和断电温度的调整量ΔT：
ΔT＝K(Δf)2
上式中，K为调控系数，Δf为微电网频率波动幅值。
优选的，所述调整包括：第三确定单元，用于按下式确定调整后热水器断电温度TH和启动温度TL：
Figure BDA0001153129620000041
上式中，THn为调整前热水器断电温度，TLn为调整前热水器启动温度。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案，通过建立电热水器单体负荷模型，得出区域性热水器聚合模型，可将区域性热水器负荷功率进行聚合，充分考虑了单体热水器的能量转化以及对微电网频率波动的响应规律，实现集群的电热水器负荷可视化聚合，并通过电网直接负荷控制实现对负荷的控制，提升用户在电网负荷调控方面参与度，反映了其集群负荷的可调能力，可用于对区域性的热水器进行群控，平抑微电网频率波动，在控制端给定负荷调整值，通过控制中心分配到各单体负荷处，并考虑单体负荷的调控系数，对单体负荷进行调整。
附图说明
图1是本发明一种集群电热水器负荷聚合方法的流程图；
图2是本发明实施例中单体热水器的工作特性曲线示意图；
图3是本发明一种集群电热水器负荷聚合装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种集群电热水器负荷聚合方法，充分考虑单体热水器的能量转化以及对微电网频率波动的响应规律，实现集群的电热水器负荷可视化聚合，可应用于对区域性的热水器进行群控，平抑微电网频率波动，如图1所示，包括：
101.根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度；
102.基于热水器的启动和断电温度的调整量构建集群热水器聚合负荷功率模型；
103.利用集群热水器聚合负荷功率模型，确定集群热水器的聚合负荷功率。
其中，所述集群热水器中的单体热水器均为同一类型热水器。
进一步的，根据热水器的运行模式，可按下式构建集群热水器聚合负荷功率模型：
Figure BDA0001153129620000051
上式中，Pc为集群热水器聚合负荷功率，P为热水器加热功率，N为集群热水器中单体热水器总数目，δ为热水器开启率，ΔT为热水器的启动和断电温度的调整量，TH为调整后热水器断电温度，TL为调整后热水器启动温度。
其中，当ΔT＜TL-TH或ΔT＞TH-TL时，属于病态系统，分别对应区域内热水器全停或者全部运行，实际中出现可能性较小，所以聚合负荷的可调控范围为：TL-TH≤ΔT≤TH-TL；
具体的，所述集群热水器聚合负荷功率模型的基础是单体电热水器的能量转化关系，忽略热水器的能量损耗，将其转换为实时的能量转化关系，即按下式确定所述热水器加热功率P：
Figure BDA0001153129620000052
上式中，ρ为水密度，c为水的比热容，V(t)为用户的用水速度，T(t)为加热目标温度，Tin为入水温度，V为水箱体积，u(t)为热水器的工作状态系数，T为热水器实时水温，其中，按下式确定所述热水器的工作状态系数：
Figure BDA0001153129620000053
上式中，u(t-)为热水器的前一工作状态系数。
热水器的工作过程即通过加热功能的启停来保证水箱内水温，在设定温度的额定变化范围[TLn,THn]内变化，如图2所示，热水器加热时，温度上升至THn停止加热，进入保温状态，忽略保温过程的电能损耗，温度降低至TLn时，热水器启动加热，温度重新开始上升，当用户热水器参与微电网频率调整后，频率波动幅值为Δf，此时热水器对该波动进行响应以达到平抑Δf的目的，单体热水器的启动和断电温度的调整量为ΔT，其公式为：
ΔT＝K(Δf)2
上式中，K为调控系数，Δf为微电网频率波动幅值。
其中，调控系数K的值越大，电热水器温度变化的范围越大，电热水器在频率调控中的参与度越高，而用户的舒适度就越低。所以具体的K值可由用户根据需求保证热水器的正常使用和用户舒适度自主设定。
获取单体热水器的启动和断电温度的调整量ΔT后，需对热水器的温度的额定变化范围进行调整，调整后热水器的温度的额定变化范围为[TL,TH]，按下式确定调整后热水器断电温度TH和启动温度TL：
Figure BDA0001153129620000061
上式中，THn为调整前热水器断电温度，TLn为调整前热水器启动温度。
一种集群电热水器负荷聚合装置，如图3所示，所述装置包括：
调整模块，用于根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度；
构建模块，用于基于热水器的启动和断电温度的调整量构建集群热水器聚合负荷功率模型；
确定模块，用于利用集群热水器聚合负荷功率模型，确定集群热水器的聚合负荷功率。
其中，所述集群热水器中的单体热水器均为同一类型热水器。
具体的，所述构建模块包括：第一确定单元，用于按下式构建集群热水器聚合负荷功率模型：
Figure BDA0001153129620000062
上式中，Pc为集群热水器聚合负荷功率，P为热水器加热功率，N为集群热水器中单体热水器总数目，δ为热水器开启率，ΔT为热水器的启动和断电温度的调整量，TH为调整后热水器断电温度，TL为调整后热水器启动温度。
所述确定单元包括：第一确定子单元，用于按下式确定所述热水器加热功率P：
Figure BDA0001153129620000071
上式中，ρ为水密度，c为水的比热容，V(t)为用户的用水速度，T(t)为加热目标温度，Tin为入水温度，V为水箱体积，u(t)为热水器的工作状态系数，T为热水器实时水温，其中，按下式确定所述热水器的工作状态系数：
Figure BDA0001153129620000072
上式中，u(t-)为热水器的前一状态。
所述调整模块包括：第二确定单元，用于按下式确定所述热水器的启动和断电温度的调整量ΔT：
ΔT＝K(Δf)2
上式中，K为调控系数，Δf为微电网频率波动幅值。
所述调整包括：第三确定单元，用于按下式确定调整后热水器断电温度TH和启动温度TL：
Figure BDA0001153129620000073
上式中，THn为调整前热水器断电温度，TLn为调整前热水器启动温度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集群电热水器负荷聚合方法，其特征在于，所述方法包括：
根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度；
基于热水器的启动和断电温度的调整量，构建集群热水器聚合负荷功率模型；
利用集群热水器聚合负荷功率模型，确定集群热水器的聚合负荷功率；
按下式构建集群热水器聚合负荷功率模型：
Figure FDA0004014821640000011
上式中，Pc为集群热水器聚合负荷功率，P为热水器加热功率，N为集群热水器中单体热水器总数目，δ为热水器开启率，△T为热水器的启动和断电温度的调整量，TH为调整后热水器断电温度，TL为调整后热水器启动温度；
所述集群热水器聚合负荷功率模型中，按下式确定所述热水器加热功率P：
Figure FDA0004014821640000012
上式中，ρ为水密度，c为水的比热容，V(t)为用户的用水速度，T(t)为加热目标温度，Tin为入水温度，V为水箱体积，u(t)为热水器的工作状态系数，T为热水器实时水温，其中，按下式确定所述热水器的工作状态系数：
Figure FDA0004014821640000013
上式中，u(t-)为热水器的前一状态；
所述根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度，包括：
按下式确定所述热水器的启动和断电温度的调整量△T：
△T＝K(△f)2
上式中，K为调控系数，△f为微电网频率波动幅值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集群热水器中的单体热水器均为同一类型热水器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下式确定调整后热水器断电温度TH和启动温度TL：
Figure FDA0004014821640000021
上式中，THn为调整前热水器断电温度，TLn为调整前热水器启动温度。
4.一种集群电热水器负荷聚合装置，其特征在于，所述装置包括：
调整模块，用于根据微电网频率波动量调整热水器的启动和断电温度；
构建模块，用于基于热水器的启动和断电温度的调整量构建集群热水器聚合负荷功率模型；
确定模块，用于利用集群热水器聚合负荷功率模型，确定集群热水器的聚合负荷功率；
所述构建模块包括：第一确定单元，用于按下式构建集群热水器聚合负荷功率模型：
Figure FDA0004014821640000022
上式中，Pc为集群热水器聚合负荷功率，P为热水器加热功率，N为集群热水器中单体热水器总数目，δ为热水器开启率，△T为热水器的启动和断电温度的调整量，TH为调整后热水器断电温度，TL为调整后热水器启动温度；
所述确定单元包括：第一确定子单元，用于按下式确定所述热水器加热功率P：
Figure FDA0004014821640000023
上式中，ρ为水密度，c为水的比热容，V(t)为用户的用水速度，T(t)为加热目标温度，Tin为入水温度，V为水箱体积，u(t)为热水器的工作状态系数，T为热水器实时水温，其中，按下式确定所述热水器的工作状态系数：
Figure FDA0004014821640000024
上式中，u(t-)为热水器的前一状态；
所述调整模块包括：第二确定单元，用于按下式确定所述热水器的启动和断电温度的调整量△T：
△T＝K(△f)2
上式中，K为调控系数，△f为微电网频率波动幅值。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述集群热水器中的单体热水器均为同一类型热水器。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述调整模块包括：第三确定单元，用于按下式确定调整后热水器断电温度TH和启动温度TL：
Figure FDA0004014821640000031
上式中，THn为调整前热水器断电温度，TLn为调整前热水器启动温度。
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