CN109409741A - 一种中央空调的柔性调峰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中央空调的柔性调峰方法，涉及中央空调的调峰技术，属于供热、炉灶、通风的技术领域。该方法记录冷冻水温度从当前值上升至上限后中央空调功率达到稳定值所经历的时间以及从中央空调功率在冷冻水温度上限时稳定的初始时刻至室温达到上限所经历的时间，由中央空调在冷冻水温度当前值和上限值时稳定功率的差值与时间的关系拟合可削减功率与调控时长的函数关系，以调峰成本最小为目标函数并在总调峰任务约束、可削减功率与调控时长函数关系的约束及可削减功率极限值的约束下优化各中央空调的可削减功率得到成本最小的调峰任务分配方案，既能避免粗放式调峰方案忽略用户体现的缺陷，又能满足电网的实时调峰需求。
Description
技术领域
本发明公开了一种中央空调的柔性调峰方法，涉及中央空调的调峰技术，属于供热、炉灶、通风的技术领域。
背景技术
近年来，可再生能源接入电网的比例不断增加，同时，电力负荷特性持续恶化，以空调为主的夏季高峰负荷屡创新高。据统计，夏季高峰负荷时段空调负荷占比达52％，超过全网负荷一半，因此，空调负荷大占比投入的夏季高峰负荷时段对电力系统的调节能力和运行效率提出了更高要求。在负荷高峰期，通过调控中央空调短暂减小其消耗功率，使中央空调参与需求响应获得补贴，同时也能够降低电网运行成本。
中央空调调峰任务通常采用邀约的方式发起，由用户自行响应，大都以直接关闭部分空调的方式实现调峰且未考虑调峰成本，调峰方式粗放简单，忽略了空调用户的使用体验。为克服粗放式调峰方案的缺陷，由需求侧根据空调设备具体工况选择调峰策略的中央空调的柔性调控策略虽然能够通过需求层实现具体空调设备的柔性调峰，但该柔性调峰策略未考虑调峰成本且仍由用户自行响应调峰需求，不能以最小的成本满足电网的实时调峰需求。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种中央空调的柔性调峰方法，通过拟合中央空调可削减功率与调控时长的函数关系，在可削减功率与调控时长函数关系的约束下实现了调峰任务的分解，解决了粗放式调峰方案忽略空调用户使用体验以及现有柔性调峰方案不能以最小的成本满足电网实时调峰需求的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种中央空调的柔性调峰方法，包括拟合可削减功率与调控时长的函数关系和调峰任务分解两部分。
1、拟合可削减功率与调控时长的函数关系
由中央空调当前所设定的冷冻水温度T0(℃)和可调的冷冻水温度上限Tmax(℃)确定中央空调冷冻水温度调节范围，当前冷冻水温度为T0(℃)时的中央空调功率值记录中央空调在冷冻水温度调整为T'(℃)后重新处于稳定工作状态下的功率值PT'(kW)，中央空调冷冻水温度由T0(℃)调至T'(℃)后中央空调功率达到稳定所需的时间为调节所需时间，自中央空调功率达到稳定值PT'(kW)时开始计时，记直至室内温度达到室温上限所需时间tmax为最大调控时长，将冷冻水温度由T(℃)调至T'(℃)，其可削减功率值为：调控时长为：以计算获得的为x轴数据、为y轴数据绘制成曲线，即得，可削减功率与调控时长的关系。
2、调峰任务分解
将调峰任务P分解至各中央空调并最小化成本，成本为对中央空调用户的调用补偿，通常补偿价格为功率的一次函数，则调用补偿Ci与功率呈二次函数关系：
式(1)中，Pi,t为t时刻第i台中央空调的可削减功率值，ai、bi、ci分别为调用第i台中央空调的补偿系数，Ct为t时段所有空调的总补偿，即t时段的调峰成本，N为中央空调总数，
此时，目标函数为总调峰成本最小：
中央空调接受调控指令后一个调控周期内的可削减功率受约束于调控时长。因此有可削减功率约束：
式(3)中，T为中央空调的调控时长，gi(T)为中央空调可削减功率与调控时长关系的拟合函数，该式描述了可削减功率Pi,t与出力时长T之间的关系，一般可采用反比例函数表达，即，
对于需要完成的调峰任务P，有调峰约束：
功率上下限约束：
Pimin≤Pi,t≤Pimax (5)，
以上构成了调峰任务分解策略的优化模型，由等微增率准则可得，
当时，调峰成本最小，式中，λ和γi为等式约束所对应的拉格朗日乘数。
通过以上方法，可以实现中央空调参与电力系统调峰服务。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：提出一种较为实用的中央空调柔性调峰方法，深入挖掘中央空调功率调控的特点，根据实际场景下中央空调冷冻水温度调节的特点，获取中央空调可削减功率与调控时长之间的关系，并将调峰任务分解给各中央空调得到成本最小的调峰任务分配方案，既能避免粗放式调峰方案忽略用户体现的缺陷，又能满足电网的实时调峰需求，为中央空调参与需求响应提供理论依据。
附图说明
图1为将冷冻水温度从8℃调至10℃后又调回8℃过程的中央空调功率变化图。
图2为可削减功率与调控时长的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
以某离心式冷水机组中央空调为例，该中央空调的冷冻水温度为8℃，冷冻水温度上限为12℃，通过将冷冻水从8℃调至10℃降低中央空调功率。图1为将冷冻水温度从8℃调至10℃后又调回8℃过程的中央空调功率变化图。
由图1可知，0时刻将中央空调冷冻水温度由8℃调至10℃，空调功率由P8℃开始下降，在t8℃→10℃时达到稳定状态。达到稳定状态后维持了tmax后室内温度达到上限，此时，将中央空调冷冻水温度调回至8℃，经历了t8℃→10℃后重新达到稳态。此过程中空调平均削减功率为：调控时长为：
同理可获得8℃调至9℃、11℃、12℃的削减功率和调控时长，以调控时长为x轴、削减功率为y轴可绘制该中央空调的功率调控曲线如图2所示。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进均包含在本发明权利要求所划范围之内。
Claims (6)
1.一种中央空调的柔性调峰方法，其特征在于，记录冷冻水温度从当前值上升至上限后中央空调功率达到稳定值所经历的时间以及从中央空调功率在冷冻水温度上限时稳定的初始时刻至室温达到上限所经历的时间，由中央空调在冷冻水温度当前值和上限值时稳定功率的差值与时间的关系拟合可削减功率与调控时长的函数关系，以调峰成本最小为目标函数并在总调峰任务约束、可削减功率与调控时长函数关系的约束及可削减功率极限值的约束下优化各中央空调的可削减功率。
2.根据权利要求1所述一种中央空调的柔性调峰方法，其特征在于，采用等微增率准则优化各中央空调的可削减功率。
3.根据权利要求1或2所述一种中央空调的柔性调峰方法，其特征在于，中央空调在冷冻水温度当前值和上限值时稳定功率的差值与时间的关系为：其中，为冷冻水温度从当前值T0上升至上限值T'时的可削减功率，为中央空调在冷冻水温度当前值时的稳定功率，PT'为中央空调在冷冻水温度上限值时的稳定功率，为冷冻水温度从当前值上升至上限后中央空调功率达到稳定值所经历的时间，tmax为从中央空调功率在冷冻水温度上限时稳定的初始时刻至室温达到上限所经历的时间。
4.根据权利要求1或2所述一种中央空调的柔性调峰方法，其特征在于，所述调控时长为：其中，为调控时长，为冷冻水温度从当前值上升至上限后中央空调功率达到稳定值所经历的时间，tmax为从中央空调功率在冷冻水温度上限时稳定的初始时刻至室温达到上限所经历的时间。
5.根据权利要求1或2所述一种中央空调的柔性调峰方法，其特征在于，
目标函数为：
总调峰任务约束为：
可削减功率与调控时长函数关系的约束为：
可削减功率极限值的约束：Pimin≤Pi,t≤Pimax，
其中，C为调峰总成本，Ct为t时刻所有中央空调的调用补偿，Pi,t为t时刻第i台中央空调的可削减功率，ai、bi、ci分别为调用第i台中央空调的补偿系数，P为总调峰任务，gi(T)为当前冷冻水温度下在调控周期T内第i台中央空调可削减功率与调控时长的函数关系，Pimax、Pimin分别为第i台中央空调可削减功率的最大值和最小值，N为中央空调总数。
6.根据权利要求5所述一种中央空调的柔性调峰方法，其特征在于，采用等微增率准则优化各中央空调的可削减功率时，以满足这一等式约束P1,…,Pi,…,PN的为第1台至第N台中央空调的可削减功率，λ和γi为等式约束所对应的拉格朗日乘数。
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