CN110848895A - 一种非工空调柔性负荷控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非工空调柔性负荷控制方法和系统，所述方法根据非工空调参与调控的方式和典型楼宇的特征，制定了最大限负荷策略、最佳舒适度策略和限负荷与舒适度平衡策略3种用户侧运行策略，旨在平衡用户侧舒适度与最大限度降低负荷容量。同时通过建立非工空调负荷控制主站系统，搭建主站系统与用户侧的通信网络，实现需求响应终端和负荷控制主站实现数据交互，进而达到非工空调柔性负荷控制的目标，有效减少区域用电尖峰，提升区域电网整体运行的安全性和经济性。

Description

一种非工空调柔性负荷控制方法和系统
技术领域
本发明涉及一种非工空调柔性负荷控制方法和系统，属于智能用电技术领域。
背景技术
近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，空调负荷的急剧增长已成为夏季电网负荷特性恶化和电力紧缺的重要原因。为满足不断增长的空调负荷的需求，国家每年要投入上千亿元巨资用于电厂和电网建设，这些发、输电设备年利用小时低，调峰成本高，单纯依靠不断增加装机容量来满足短暂的尖峰用电，会导致发供电成本不断上升，也不利于社会资源的合理利用。而空调负荷具备热存储能力,调峰潜力巨大,其中非工业空调负荷参与需求响应对社会生产的影响较小,可有效缓解电力供需矛盾。
在研究非工业空调(简称非工空调)柔性负荷控制方法的基础上，建立大规模非工空调负荷需求响应控制系统，实现对大规模的非工空调负荷进行智能化柔性控制，对于确保电网安全、稳定、经济运行具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种非工空调柔性负荷控制方法和系统，实现非工空调的柔性负荷控制，有效缓解电力成本不断上升、夏季空调负荷急剧增长导致的电网负荷特性恶化和电力紧缺的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种非工空调柔性负荷控制方法，包括步骤：
获取需求响应终端上传的终端实时数据，下发主站调控指令给需求响应终端；
需求响应终端根据主站下发的调控指令选择非工空调柔性负荷调控策略，根据调控策略转换为各个空调设备的控制指令，对空调设备进行控制。
进一步地，主站调控指令根据主站调控策略生成，主站调控策略包括：以用户最大舒适度为目标进行调控容量的分解策略和以最少用户参与为目标进行调控容量的分解策略。
进一步地，终端实时数据包括：空调设备参数、电表计量数据和环境参量数据。
进一步地，非工空调柔性负荷调控策略包括：最大限负荷策略、最佳舒适度策略和限负荷与舒适度平衡策略；
最大限负荷策略为：不考虑用户的舒适度，通过改变空调运行模式和运行方式，最大限度的降低空调负荷，通过电量监测反馈确保主机负荷下降满足要求；
最佳舒适度策略为：通过对空调进行调节，在不影响用户舒适度的情况下，改变空调运行参数、运行模式或者运行方式，通过环境参量的监测保证温度调节达到要求。
限负荷与舒适度平衡策略为：是在考虑用户舒适度的前提下，通过多种调控手段的单独或组合运用，同时监测电量和环境参量，并将其作为反馈数据，实现用户舒适度和限负荷的平衡。
进一步地，终端实时数据通过DL/T 634.5104-2009方式上报至主站，终端下行通信采用376.1协议。
一种非工空调柔性负荷控制系统，包括：负荷控制主站和需求响应终端；负荷控制主站和需求响应终端之间通过网络连接，实现数据交互；
负荷控制主站用于获取需求响应终端上传的终端实时数据，下发主站调控指令给需求响应终端，监视空调设备运行状态；
需求响应终端用于获取终端实时数据上传给主站，获取主站下发的主站调控指令，根据主站调控指令选择非工空调柔性负荷调控策略，对空调设备进行控制。
进一步地，终端实时数据包括：空调设备参数、电表计量数据和环境参量数据。
进一步地，主站调控指令根据主站调控策略生成，主站调控策略包括：以用户最大舒适度为目标进行调控容量的分解策略和以最少用户参与为目标进行调控容量的分解策略。
进一步地，非工空调柔性负荷调控策略包括：最大限负荷策略、最佳舒适度策略和限负荷与舒适度平衡策略；
最大限负荷策略为：不考虑用户的舒适度，通过改变空调运行模式和运行方式，最大限度的降低空调负荷，通过电量监测反馈确保主机负荷下降满足要求；
最佳舒适度策略为：通过对空调进行调节，在不影响用户舒适度的情况下，改变空调运行参数、运行模式或者运行方式，通过环境参量的监测保证温度调节达到要求。
限负荷与舒适度平衡策略为：是在考虑用户舒适度的前提下，通过多种调控手段的单独或组合运用，同时监测电量和环境参量，并将其作为反馈数据，实现用户舒适度和限负荷的平衡。
本发明所达到的有益效果为：本发明制定了最大限负荷策略、最佳舒适度策略和限负荷与舒适度平衡策略3种用户侧运行策略，可达到平衡用户侧舒适度与最大限度降低负荷容量的效果。同时通过建立非工空调负荷控制主站系统，搭建主站系统与用户侧的通信网络，实现需求响应终端和负荷控制主站实现数据交互，进而达到非工空调柔性负荷控制的目标，可有效减少区域用电尖峰，缓解夏季空调负荷急剧增长造成的负荷特性恶化和电力紧缺现象，提升区域电网整体运行的安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中的非工空调柔性负荷控制系统示意图；
图2为本发明具体实施方式中的最大限负荷策略示意图；
图3为本发明具体实施方式中的最佳舒适度策略示意图；
图4为本发明具体实施方式中的限负荷与舒适度平衡策略示意图；
图5为调控模式一分解逻辑；
图6为调控模式二分解逻辑；
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，一种非工空调柔性负荷控制系统，包括负荷控制主站和需求响应终端；
负荷控制主站和需求响应终端之间通过网络连接，实现数据交互；
负荷控制主站用于获取需求响应终端上传的终端实时数据，下发主站调控策略对应的指令给需求响应终端，监视空调设备运行状态，调控执行完成后评估用户削峰效果；终端的实时数据通过DL/T 634.5104-2009方式上报至主站，下行通信采用376.1协议；
终端实时数据包括：空调设备参数、电表计量数据和环境参量数据；
所述空调设备参数包括：空调控制状态和运行状态数据，其中楼宇主要包含商场、写字楼、酒店、公共建筑，空调主机类型为冷水机组；
主站调控策略包括：以用户最大舒适度为目标(调控模式一)进行调控容量的分解策略和以最少用户参与为目标(调控模式二)进行调控容量的分解策略；
以用户最大舒适度为目标进行调控容量的分解策略，具体为：为满足最大舒适度目标，往往意味着单体用户削减量最少，即最小削峰容量。若最小用户削峰容量总和难以满足调控总容量的需求，那么按照公平、公正原则，将用户群按可调节负荷由高到低排序后，不断选取每个用户的更高等级削峰档位，直到总和满足调控总容量需求。在该模式下，若调控总容量较大，可能出现执行用户最大削峰档位的情况。
以最少用户参与为目标进行调控容量的分解策略，具体为：为满足最少用户参与目标，往往意味着单体用户削减量最多，即最大用户削峰容量。那么，在用户群按可调节负荷由高到低排序后，逐渐选取每个用户的最大削峰档位，直到总和满足调控总容量需求。
需求响应终端用于获取空调设备参数、电表计量数据和环境参量数据，获取主站下发的主站调控指令，根据主站调控指令选择非工空调柔性负荷调控策略，根据调控策略将削峰容量要求转换为各个设备的控制指令，通过PLC、DDC控制器、BAS系统(宽带接入服务器)或干接点，对空调设备进行控制；
需求响应终端下发控制指令给空调设备前需要对空调设备进行检测，在调控策略执行中需求响应终端监视空调设备的运行状态，执行后进行问题反馈；当确定执行某个调控策略时，需求响应终端通过检测策略内相关空调设备的在线状态、设置参数信息(进水、回水温度、水泵流量等)，确定该策略是否可行；在运行策略执行时，监视相关数据并进行存储；预知执行过程可能出现的问题，并及时进行问题反馈，确保设备安全。
非工空调响应主站的方式为被动响应，通过安装在用户楼宇内的需求响应终端，主站指令下达需求响应终端后，由需求响应终端进行策略选择、设备检测、运行监视和控制设备，用户可通过现场报警装置和需求响应终端运行指示确定楼宇调控情况，同时也可以通过中央空调运行及能效监测系统详细了解调控内容。
需求响应终端将楼宇内的空调设备连接，确保能够监视大部分中央空调设备的运行情况；可以获取用户电量数据；
非工空调柔性负荷调控策略包括：最大限负荷策略、最佳舒适度策略和限负荷与舒适度平衡策略；这三大策略旨在平衡用户侧舒适度与最大限度降低负荷容量；
如图2所示，最大限负荷策略为：基本不考虑用户的舒适度，通过改变空调运行模式和改变运行方式等调控手段，最大限度的降低楼宇中央空调系统主机的负荷，最后通过电量监测反馈确保主机负荷下降能够满足要求。
如图3所示，最佳舒适度策略的调控核心是人体舒适度的调控，通过对楼宇中央空调系统进行微调，在不影响用户舒适度的情况下，改变空调运行参数、运行模式或者运行方式，最后通过环境参量的监测保证温度调节的合理性。
如图4所示，限负荷与舒适度平衡策略则是在充分考虑用户舒适度的前提下，通过多种调控手段的单独或组合运用，同时监测电量和环境参量，并将其作为反馈数据，实现用户舒适度和限负荷的最佳平衡。
非工空调参与调控的调控手段包括：改变空调运行方式、改变空调运行模式和改变空调运行参数三类；
其中，改变空调运行方式包括：风机数量减少、制冷需求限制、预制冷、关闭介质输送设备；
改变空调运行模式包括：全局温度控制、冰蓄冷(特殊用户)；
改变空调运行参数包括：增加冷冻水温度、增加送风温度、风机变频控制、冷水阀门限制。
用户侧非工空调柔性负荷调控策略中最佳舒适度策略可以支撑调控主站运行方案“调控模式一”中的调控需求，最大限负荷策略可以为调控主站运行方案“调控模式二”提供更多的调控负荷，以便降低参与用户数量。
实施例2：
一种非工空调柔性负荷控制方法，包括步骤：
步骤1，获取需求响应终端上传的终端实时数据，下发主站调控指令给需求响应终端；
主站是任务的发起方，其运行流程主要包括：柔性负荷控制的启动、执行和评价，在主站系统运行的三个阶段都需与需求响应终端进行数据交互，在调控执行前通过需求响应终端获取用户侧相关设备参数；调控执行过程中下发指令并监视设备运行状态；调控执行完成后评估用户削峰效果。
步骤2，需求响应终端根据主站下发的调控指令选择非工空调柔性负荷调控策略，根据调控策略将削峰容量要求转换为各个空调设备的控制指令，通过PLC、DDC控制器、BAS系统(宽带接入服务器)或干接点，对空调设备进行控制，并监测反馈调控信息；
当确定执行某个调控策略时，需求响应终端通过检测策略内相关设备的在线状态、设置参数信息，确定该策略是否可行；在运行策略执行时，监视相关数据并进行存储；预知执行过程可能出现的问题，并及时进行问题反馈，确保设备安全。
在进行负荷调控前需要对楼宇改造，首先确定了所有用户先进行楼控系统对接，全面的获取楼宇的相关数据；对于不能实现楼控系统对接的用户，进行设备改造，确保能够监视大部分中央空调系统设备的运行情况；最后进行量测系统建设可以通过最经济的方式获取用户电量数据。
主站调控策略包括：以用户最大舒适度为目标(调控模式一)进行调控容量的分解策略和以最少用户参与为目标(调控模式二)进行调控容量的分解策略；
以用户最大舒适度为目标进行调控容量的分解策略，具体为：为满足最大舒适度目标，往往意味着单体用户削减量最少，即最小削峰容量。若最小用户削峰容量总和难以满足调控总容量的需求，那么按照公平、公正原则，将用户群按可调节负荷由高到低排序后，不断选取每个用户的更高等级削峰档位，直到总和满足调控总容量需求。在该模式下，若调控总容量较大，可能出现执行用户最大削峰档位的情况。具体分解逻辑如图5所示，共分为三级分解，若满足某级分解，则跳出逻辑。图中pi,min，pi,mid和pi,max分别为第i个用户的最小、中等、最大削峰容量。①是指用户1，2，…a+1共a+1个用户以最小削峰容量参与调控；②是指用户1，2，…a+1共a+1个用户以中等削峰容量参与调控，a+2，…n共n-a-1个用户以最小削峰容量参与调控；③是指用户1，2，…a+1共a+1个用户以最大削峰容量参与调控，a+2，…n共n-a-1个用户以中等小削峰容量参与调控。从执行效果来说，该模式下执行用户最多，一定程度上对分解算法提出了更高需求，电网公司与用户交互信息较多，后续结算有一定难度。但对于单个用户来说，尽可能选取低档削峰容量，可极大保证用户舒适度，体现了公平分摊的原则，提高用户认可度和满意度。
以最少用户参与为目标进行调控容量的分解策略，具体为：为满足最少用户参与目标，往往意味着单体用户削减量最多，即最大用户削峰容量。那么，是在用户群按可调节负荷由高到低排序后，逐渐选取每个用户的最大削峰档位，直到总和满足调控总容量需求。具体分解逻辑如图6所示，其中P为调控总容量需求，pi,max为第i个用户的最大削峰容量，则选取用户1，2，…a+1共a+1个用户以最大削峰容量参与调控。从执行效果来说，该模式下执行用户最少，一定程度上减少容量分解计算的难度，电网公司与用户交互信息较少，操作较为简单，后期结算的计算量较小。但对于单个用户来说，排序在前面的用户执行了最大的调控容量，可能较大影响用户舒适度，降低用户满意度。
非工空调柔性负荷调控策略包括：最大限负荷策略、最佳舒适度策略和限负荷与舒适度平衡策略；这三大策略旨在平衡用户侧舒适度与最大限度降低负荷容量；
如图2所示，最大限负荷策略为：基本不考虑用户的舒适度，通过改变空调运行模式和改变运行方式等调控手段，最大限度的降低楼宇中央空调系统主机的负荷，最后通过电量监测反馈确保主机负荷下降能够满足要求。该策略可以为调控主站运行方案“调控模式二”中提供更多的调控负荷，以便降低参与用户数量。
其中对于自动化程度较高的用户，可以通过控制全局极限温度大幅度降低冷负荷输出，可关停部分机组；对于具备冰蓄冷楼宇，切换到冰蓄冷供冷模式，暂停冷水机组运行，降低主机冷负荷。
对于自动化程度较低的用户，直接关停部分运行机组或提前1小时开始进行制冷，在调控时关闭部分主机。
如图3所示，最佳舒适度策略的调控核心是人体舒适度的调控，通过对楼宇中央空调系统进行微调，在不影响用户舒适度的情况下，改变空调运行参数、运行模式或者运行方式，最后通过环境参量的监测保证温度调节的合理性。
该策略可以支撑调控主站运行方案“调控模式一”中的调控需求。
调控手段如下：
增加冷冻水温度：最多调高主机1℃出水温度，降低主机负荷；
增加送风温度：调高部分空调机组送风温度，降低冷负荷输出；
风机变频控制：降低可变频风机频率，减少送风量；
全局温度控制：最多通过全局温度控制调高1℃，降低冷负荷输出；
风机数量减少：减少室内使用率较低的空调机组和新风机组。
如图4所示，限负荷与舒适度平衡策略则是在充分考虑用户舒适度的前提下，通过多种调控手段的单独或组合运用，同时监测电量和环境参量，并将其作为反馈数据，实现用户舒适度和限负荷的最佳平衡。
非工空调参与调控的调控手段包括：改变空调运行方式、改变空调运行模式和改变空调运行参数三类；
其中，改变空调运行方式包括：风机数量减少、制冷需求限制、预制冷、关闭介质输送设备；
改变空调运行模式包括：全局温度控制、冰蓄冷(特殊用户)；
改变空调运行参数包括：增加冷冻水温度、增加送风温度、风机变频控制、冷水阀门限制。
本发明利用需求响应终端和负荷控制主站间的数据交互，实现非工空调柔性负荷控制，有效减少区域用电尖峰，提升区域电网整体运行的安全性和经济性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非工空调柔性负荷控制方法，其特征在于：包括步骤：
获取需求响应终端上传的终端实时数据，下发主站调控指令给需求响应终端；需求响应终端根据主站下发的调控指令选择非工空调柔性负荷调控策略，根据调控策略转换为各个空调设备的控制指令，对空调设备进行控制。
2.根据权利要求1所述一种非工空调柔性负荷控制方法，其特征在于：终端实时数据通过DL/T 634.5104-2009方式上报至主站，终端下行通信采用376.1协议。
3.根据权利要求1所述一种非工空调柔性负荷控制方法，其特征在于：终端实时数据包括：空调设备参数、电表计量数据和环境参量数据。
4.根据权利要求1所述一种非工空调柔性负荷控制方法，其特征在于：主站调控指令根据主站调控策略生成，主站调控策略包括：以用户最大舒适度为目标进行调控容量的分解策略和以最少用户参与为目标进行调控容量的分解策略。
5.根据权利要求1所述一种非工空调柔性负荷控制方法，其特征在于：非工空调柔性负荷调控策略包括：最大限负荷策略、最佳舒适度策略和限负荷与舒适度平衡策略；
最大限负荷策略为：不考虑用户的舒适度，通过改变空调运行模式和运行方式，最大限度的降低空调负荷，通过电量监测反馈确保主机负荷下降满足要求；
最佳舒适度策略为：通过对空调进行调节，在不影响用户舒适度的情况下，改变空调运行参数、运行模式或者运行方式，通过环境参量的监测保证温度调节达到要求。
限负荷与舒适度平衡策略为：是在考虑用户舒适度的前提下，通过多种调控手段的单独或组合运用，同时监测电量和环境参量，并将其作为反馈数据，实现用户舒适度和限负荷的平衡。
6.一种非工空调柔性负荷控制系统，其特征在于：包括负荷控制主站和需求响应终端；负荷控制主站和需求响应终端之间通过网络连接，实现数据交互；
负荷控制主站用于获取需求响应终端上传的终端实时数据，下发主站调控指令给需求响应终端，监视空调设备运行状态；
需求响应终端用于获取终端实时数据上传给主站，获取主站下发的主站调控指令，根据主站调控指令选择非工空调柔性负荷调控策略，对空调设备进行控制。
7.根据权利要求6所述一种非工空调柔性负荷控制系统，其特征在于：终端实时数据通过DL/T 634.5104-2009方式上报至主站，终端下行通信采用376.1协议。
8.根据权利要求6所述一种非工空调柔性负荷控制系统，其特征在于：终端实时数据包括：空调设备参数、电表计量数据和环境参量数据。
9.根据权利要求6所述一种非工空调柔性负荷控制系统，其特征在于：主站调控指令根据主站调控策略生成，主站调控策略包括：以用户最大舒适度为目标进行调控容量的分解策略和以最少用户参与为目标进行调控容量的分解策略。
10.根据权利要求6所述一种非工空调柔性负荷控制系统，其特征在于：非工空调柔性负荷调控策略包括：最大限负荷策略、最佳舒适度策略和限负荷与舒适度平衡策略；
最大限负荷策略为：不考虑用户的舒适度，通过改变空调运行模式和运行方式，最大限度的降低空调负荷，通过电量监测反馈确保主机负荷下降满足要求；
最佳舒适度策略为：通过对空调进行调节，在不影响用户舒适度的情况下，改变空调运行参数、运行模式或者运行方式，通过环境参量的监测保证温度调节达到要求。
限负荷与舒适度平衡策略为：是在考虑用户舒适度的前提下，通过多种调控手段的单独或组合运用，同时监测电量和环境参量，并将其作为反馈数据，实现用户舒适度和限负荷的平衡。
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