CN111834997A - 用于响应于电力源请求的方法 - Google Patents

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Abstract

一种估计气候系统的电力灵活性的方法，包括：从所述气候系统的一个或多个部件接收部件电力灵活性测量结果；以及将来自所述气候系统的所述一个或多个部件中的每一个的所述部件电力灵活性测量结果聚合以确定气候系统电力灵活性。还公开了一种响应于来自电力源的对气候系统的快速需求请求的方法。

Description

用于响应于电力源请求的方法
背景技术
诸如大学建筑物、办公建筑物、住宅建筑物、商业建筑物等建筑物结合了一个或多个电动系统和装置。电动系统和装置、或负载可至少部分地由从集中式电力源或公共设施(“电网”)所供应的电力供电。电动系统和装置与电网就电力需求和可用性进行通信。
发明内容
根据本公开的一个示例的一种估计气候系统的电力灵活性的方法包括：从所述气候系统的一个或多个部件接收部件电力灵活性测量结果；以及将来自所述气候系统的所述一个或多个部件中的每一个的所述部件电力灵活性测量结果聚合以确定气候系统电力灵活性。
在前述方法的另一示例中，将所述气候系统电力灵活性传达到电力源。
在前述方法中任一项的另一示例中，在所述接收步骤之前，从电力源接收对所述气候系统电力灵活性的请求。
在前述方法中任一项的另一示例中，所述电力源是智能电网。
在前述方法中任一项的另一示例中，所述智能电网在峰电需求的时间发送对所述气候系统电力灵活性的所述请求。
在前述方法中任一项的另一示例中，一个或多个部件包括致冷器、泵和空气处理单元中的至少一个。
在前述方法中任一项的另一示例中，从电力源接收对快速需求响应的请求，对所述快速需求响应的所述请求包括电力需求。然后确定所述电力需求是否在所述气候系统电力灵活性内。
在前述方法中任一项的另一示例中，当所述电力需求在所述气候系统电力灵活性内时，将所述快速需求响应递送到所述一个或多个部件。
根据本公开的一个示例的一种响应于来自电力源的对包括一个或多个部件的气候系统的快速需求请求的方法包括：确定来自所述电力源的新的电力需求是否在所述气候系统的聚合的电力灵活性内，所述气候系统包括一个或多个部件。所述方法包括：当所述新的电力需求在所述气候系统的所述聚合的电力灵活性内时，将电力设定点分发到所述一个或多个部件。
在前述方法的另一示例中，所述电力需求包括报偿。
在前述方法中任一项的另一示例中，在所述分发步骤之后执行检查以确定是否完成了所述快速需求请求。
在前述方法中任一项的另一示例中，如果未完成所述快速需求请求，那么将所述快速需求请求重新分发到一个或多个部件。
在前述方法中任一项的另一示例中，所述一个或多个部件中的每一个的所述电力设定点在相应的部件的电力灵活性内。
在前述方法中任一项的另一示例中，在所述一个或多个部件中的每一个的所述电力设定点下操作一个或多个部件。
在前述方法中任一项的另一示例中，一个或多个部件包括致冷器、泵和空气处理单元中的至少一个。
在前述方法中任一项的另一示例中，一个或多个部件包括致冷器。所述致冷器包括具有变速驱动器的马达。
在前述方法中任一项的另一示例中，所述操作包括改变所述变速驱动器的速度。
在前述方法中任一项的另一示例中，由气候系统控制器执行所述分发，并且所述气候系统控制器确定所述一个或多个部件中的每一个的所述电力设定点。
在前述方法中任一项的另一示例中，所述气候系统控制器将所述一个或多个部件中的每一个的所述电力设定点分发到所述一个或多个部件中的每一个处的控制器。
在前述方法中任一项的另一示例中，将一个或多个操作参数从所述一个或多个部件中的至少一个传达到所述气候系统控制器和所述一个或多个部件中的每一个处的所述控制器中的至少一个。
附图说明
图1示意性地示出了用于建筑物的气候系统。
图2示意性地示出了图1的气候系统的电力需求的需求侧管理(DSM)的方法。
图3示意性地示出了估计图1的气候系统的电力灵活性的方法。
图4示意性地示出了响应于来自电力源的对图1的气候系统的快速需求响应事件的方法。
具体实施方式
用于电系统和装置的需求侧管理(DSM)包括用于减小电系统和装置对集中式电力源的电力需求的各种方法和指示。这些方法和指示可包括结合除电系统外的能量源(例如，太阳能或其他形式的可再生能源)、结合电力存储系统，以及控制灵活电力需求。一般地，电力源与向其提供电力的系统或装置(例如，一个或多个负载)通信。电力源和负载共享信息并且做出关于如何和何时产生和消耗电力的决定。以此方式，DSM允许电力源(诸如“智能”电网)平衡电力产生和消耗。
在负载的电力需求灵活的情况下，可采用DSM来提高电力生成的效率。电力源将关于电力生成和消耗的信息传达到电系统/装置。以此方式，电系统/装置可响应于来自电力源的信息。例如，在峰电需求时，电系统/装置可降低电力消耗。
建筑物结合至少一个负载，诸如气候控制或暖通空调(HVAC)系统、照明系统、安全系统等。这些系统中的一些可具有随时间改变的灵活电力需求。例如，气候系统电力需求随建筑物占用率、外部气候、占用者舒适度要求等而变。
图1示意性地示出了用于建筑物的示例气候系统20。气候系统20包括一个或多个致冷器22。致冷器22可为任何已知类型的致冷器。尽管图1中示出了一个致冷器22，但应当理解，气候系统20可包括更多个致冷器22。致冷器22包括致冷器控制器24。致冷器22可操作以将水致冷来冷却建筑物。一个或多个泵26将致冷的水从致冷器22泵送到一个或多个空气处理单元28，所述空气处理单元利用致冷的水来冷却建筑物的空气。尽管图1中示出了一个泵26和一个空气处理单元28，但应当理解，气候系统20可包括更多个泵26和/或更多个空气处理单元28。例如，建筑物可在每一层上包括一个空气处理单元28。泵26和空气处理单元28还(分别)包括控制器30、32。
气候系统20还包括气候系统控制器34。致冷器控制器24、泵控制器30和空气处理单元控制器32可操作以与气候系统控制器34通信。气候系统控制器34也可操作以与电力源通信，所述电力源在一些示例中是电网，反之亦然。气候系统控制器34可与电力源直接通信，或者可经由建筑物中的其他部件或模块与电力源通信。气候系统控制器34还可操作以聚合气候系统20的单独的部件中的每一个的电力需求，所述单独的部件包括致冷器22、泵26、空气处理单元28或气候系统的本领域中已知的其他部件。本文所讨论的控制器中的每一个包括计算装置，诸如处理器和/或被编程为使得控制器可操作以如本文所讨论的那样执行的电子器件。
在一个示例中，致冷器22包括马达36，所述马达驱动致冷器22的各种部件，如本领域中众所周知的。马达36包括变速驱动器(VSD)38，所述VSD可操作以改变向马达36供应的频率和电压。同样地，泵26和/或空气处理单元28可包括具有VSD 38的马达36。相应的控制器24、30和32可操作以控制每个部件中的相应的VSD38。
图2示意性地示出了气候系统20的电力需求的需求侧管理(DSM)的方法200。如上文所讨论，DSM使得电力源能够以有效的方式平衡或分发电力，并且在一些情况下，降低总体电力消耗。在步骤202中，电力源向气候系统控制器34发送请求(或需求)。在步骤204中，气候系统控制器34接收来自电力源的需求。在步骤206中，气候系统控制器34确定接收到哪种类型的请求。有两种类型的请求。第一种是对估计气候系统20的电力灵活性的请求。第二种是对响应于快速需求事件的请求。
图3示出了用于估计气候系统20的电力灵活性的方法300。电力灵活性表示气候系统20的电力需求从前一电力需求的可接受的增加或减少(例如，变化)。在一些示例中，电力灵活性是范围(例如，它具有上限和下限)。气候系统20的电力需求的“可接受的”增加或减少意指气候系统20仍能够满足预定要求，诸如占用者舒适性要求。如上文所讨论，气候系统20的电力需求可以是基于建筑物占用率、外部气候、占用者舒适性要求、来自电力源的用以降低电力消耗(下文在方法400中讨论)的请求、或者其他变量。气候系统20的电力灵活性是气候系统20的单独的部件22、26、28的累加的电力灵活性。
在步骤302中，气候系统控制器34经由相应的控制器24、30、32请求气候系统20的每个单独的部件(例如，致冷器22、泵26、空气处理单元28或气候系统20的本领域中众所周知的其他部件)的电力灵活性测量结果。
在步骤304中，在气候系统20的单独的部件的控制器24、30、32处接收到来自气候系统控制器34的请求。
在步骤306中，控制器24、30、32计算在预定时间段内相应的单独的部件22、26、28的电力灵活性。在一些示例中，预定时间段在步骤302的请求中从电力源传达到气候系统控制器34，并且然后由气候系统34传达到单独的部件22、26、28的控制器24、30、32。
每个单独的部件22、26、28的电力灵活性表示单独的部件22、26、28的电力需求的可接受的增加或减少。对于每个单独的部件22、26、28，部件22、26、28的电力需求的“可接受的”增加或减少考虑到部件22、26、28及其相应的子部件的操作要求和对部件满足总体气候系统20要求的需求两者。
部件或子部件的操作要求将部件或子部件的操作维持在安全操作区内，其中部件或子部件正常地且稳定地操作，而不会对部件或子部件造成损坏。每个单独的部件22、26、28及其子部件的安全操作区由参数(诸如温度、压力、流率、速度等)预定义，所述参数存储在单独的控制器24、30、32中或可由单独的控制器24、30、32诸如经由云技术从远程数据存储装置检索。参数也可传达到气候系统控制器34。例如，马达36的正常操作区可包括最大操作温度参数，超过该最大操作温度参数，马达36就过热。作为另一个示例，致冷器22的正常操作区包括避免浪涌状况的操作参数。
每个单独的部件22、26和28的电力灵活性还考虑到对该部件满足总体气候系统20要求的需求。例如，致冷器22的电力灵活性可考虑到建筑物的冷却需求、建筑物中的致冷器22的数量、致冷器22所采用的马达类型等。在特定示例中，对于具有带VSD 38的马达36的致冷器22，VSD 38可由致冷器控制器24灵活地控制以增加或降低其电力消耗以及因此致冷器22的电力需求和致冷器22输出。致冷器22可具有同样地可由致冷器控制器24灵活地控制的其他子部件，比如入口导流叶片、压缩机、旁通流(诸如压缩机的热气旁通)，或其他可灵活控制的部件，如本领域中众所周知。这些子部件的操作可由致冷器控制器24控制以便满足气候系统20的电力需求要求。
在步骤308中，单独的部件22、26、28的控制器24、30、32将每个部件24、30、32的相应的电力灵活性传达到气候系统控制器34。
在步骤310中，气候系统控制器34聚合来自每个单独的部件22、26、28的相应的电力灵活性。
在步骤312中，气候系统控制器34将聚合的电力灵活性传达到电力源。聚合的电力灵活性反映气候系统20的总体电力灵活性。
图4示出了响应于来自电力源的快速需求请求的方法400。快速需求请求是来自电力源的请求，以使气候系统20的电力需求迅速地改变成新的电力需求。例如，电力源可在峰电力使用的时间发送快速需求请求。快速需求请求包括报偿。报偿是电力源提供的，其表示以改变气候系统20的电力需求为交换的电力成本节约。例如，报偿可用美元/kW或美元/kWh的形式表达。
在步骤402中，气候系统控制器34执行检查或比较以确定新的电力请求是否在根据方法300(图3)确定的聚合的电力灵活性的界限内并且报偿是否足够。如果新的电力需求在根据方法300确定的聚合的电力灵活性的界限之外，那么请求是不可行的。如果成本节约的益处并没有胜过来自改变气候系统20的操作以满足新电力需求的潜在风险，那么报偿是不足够的。一个潜在风险是部件22、26、28和/或它们的子部件接近或超过在限定安全操作区的操作范围之外的操作参数，如上文所讨论。
如果否的话(例如，如果报偿是不足够的或者如果新的电力需求在根据方法300确定的聚合的电力灵活性的界限内)，那么在步骤404中，气候系统控制器34向电力源传达请求不可行或报偿不足够。在一些示例中，在步骤406中，电力源传达新的快速需求响应请求，并且方法重置到步骤402。
如果新的电力需求在根据方法300(图3)确定的聚合的电力灵活性的界限内并且报偿是足够的，那么在步骤408中，气候系统控制器34确定是否将快速需求请求递送到气候系统20。特别地，气候系统34与单独的控制器24、30、32通信以确定新的电力需求是否在单独的部件22、26、28的当前可接受的电力灵活性内，因为单独的部件22、26、28的电力灵活性自从接收到快速需求请求起就可能已经改变。由于控制器24、30、32根据方法300来确定灵活性，如上文所讨论，因此控制器24、30、32具有关于单独的部件22、26、28的电力灵活性的最新信息。如果否的话，那么在步骤410中，气候系统控制器24向电力源传达快速需求请求将不被递送。
如果是的话，那么在步骤412中，气候系统控制器34以电力设定点的形式将快速需求请求分发到单独的部件22、26、28的控制器24、30、32。基于气候系统20的新的电力需求和单独的部件22、26、28的根据方法300确定的电力灵活性，气候系统控制器34确定电力设定点并将其传达到每个单独的部件22、26、28。电力设定点表示单独的部件22、26、28在操作时应消耗的电力量。电力设定点在每个部件22、26、28的电力灵活性的界限内。
在步骤414中，单独的部件22、26、28的控制器24、30、32从正常操作模式切换到电力设定点模式。在电力设定点模式下，控制器24、30、32指引单独的部件22、26、28及其相应的子部件在来自步骤412的电力设定点下操作，如下文将讨论。由于单独的部件22、26、28的控制器24、30、32在步骤412中从气候系统控制器34直接地接收设定点并且直接地控制单独的部件22、26、28，因此与现有技术方法相比，单独的部件22、26、28对快速需求请求的响应时间减少。
在步骤416中，处于电力设定点模式的控制器24、30、32控制单独的部件22、26、28的操作，使得单独的部件22、26、28在电力设定点下操作。步骤416可包括修改单独的部件22、26、28的某些子部件的操作，诸如马达36等。在一些示例中，子部件被配置为将子部件的某些操作参数(诸如温度、压力、流率、速度等)报告给它们相应的控制器24、30、32和/或气候系统控制器34。可选地和/或另外地，单独的部件22、26、28可具有用于报告操作参数的其他传感器。控制器24、30、32和/或气候系统控制器34可利用报告的数据来提供对单独的部件22、26、28的反馈控制，使得单独的部件22、26、28保持在电力设定点模式下操作。
在特定的示例中，对于具有带VSD 38的马达36、入口导流叶片、压缩机、旁通流(诸如压缩机的热气旁通)或其他可灵活控制的子部件的致冷器22，致冷器控制器24可修改这些灵活性可控制的子部件中的一个或多个的操作，以便使致冷器22在电力设定点下操作。此外，VSD 38、入口导流叶片、压缩机、旁通流(诸如压缩机的热气旁通)或其他可灵活控制的子部件可将某些操作参数报告给致冷器控制器24和/或气候系统控制器34以实现反馈控制，如上文所讨论。
在更特定的示例中，致冷器控制器24主要通过控制或修改VSD38的操作来修改致冷器22的操作。VSD 38的电力需求与其速度(表达为“rpm”或每分钟转数)相关。在这个示例中，计算在设定点下的可接受的VSD 38速度变化rpmsp，如等式1所示，其中k是表达为百分数的常量并且sec是一秒：
Figure BDA0002453537030000091
换句话说，变化rpmsp(rpinsp)被表达为每秒％k(或k/100)。如上所述，“可接受的”VSD 38速度变化是其中VSD 38为致冷器22提供必要的冷却以满足气候系统20的要求并且其中VSD 38在安全操作区内操作的变化。VSD 38的安全操作区是其中避免致冷器22的浪涌(但也可限定其他参数，诸如最大操作温度)的操作区。在一些示例中，有某一范围的操作条件(例如，VSD 38速度)在安全操作区中。
等式2展示了用于计算在时间T可达到的最小和最大VSD 38速度(分别是速度_最小和速度_最大)的函数。
Figure BDA0002453537030000101
Figure BDA0002453537030000102
例如，时间T可为快速需求事件的开始、表示快速需求事件的开始加预定时间窗口的时间，或另一个时间。以此方式，等式2展示了VSD 38的速度相对于电力设定点随时间如何改变。
常量k与在VSD 38的相同的操作区内的最大速度变化相关，所述操作区在上文讨论。因此，常量k还考虑到致冷器控制器24和/或单独的VSD 38控制器改变VSD的操作速度的控制能力，例如，控制器相应时间。VSD 38的操作速度由致冷器控制器24根据以上等式来控制，以便将VSD 38和致冷器22维持在安全操作状况。
如上文所讨论，在一些示例中，VSD 38将其速度或其他操作参数报告给致冷器控制器24和/或气候系统控制器34，所述控制器可提供对VSD 38的反馈控制，使得致冷器22继续在电力设定点下操作。
尽管在图1的示例中，致冷器22具有单个VSD 38，但应当理解，在其他示例中，致冷器22可具有多个VSD 38。如果致冷器22具有多个VSD 38，那么由多个VSD 38消耗的电力是累加的。换句话说，在这个示例中，多个VSD 38将进行操作，使得它们的累加的电力消耗满足致冷器22的电力设定点。同样地，气候系统20可具有多个致冷器22，并且在这个示例中，致冷器22的电力消耗和冷却输出是累加的。
在步骤418中，气候系统控制器34执行检查以确定是否完成了快速需求请求。在一个示例中，气候系统控制器34在预定时间之后执行步骤418的检查，所述预定时间作为快速需求请求的部分从电力源传达到气候系统控制器34。如果是的话，那么在步骤420中，气候系统控制器34指引单独的部件22、26、28的控制器24、30、32切换回到正常操作模式。如果否的话，那么在步骤422中，气候系统控制器34重新分发快速需求请求，并且控制器24、30、32继续在电力设定点模式下操作单独的部件22、26、28，如在步骤416中。
尽管关于具有致冷器22、泵26和空气处理单元28的气候系统20描述了前述方法，但其他气候系统可包括如本领域中众所周知的其他单独的部件。应当理解，前述方法也适用于这些其他部件。
前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例做出的变化和修改对于本领域技术人员而言可变得显而易见，所述变化和修改未必脱离本公开的实质。给予本公开的法律保护范围只能通过研究所附权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种估计气候系统的电力灵活性的方法，所述方法包括：
从所述气候系统的一个或多个部件接收部件电力灵活性测量结果；以及
将来自所述气候系统的所述一个或多个部件中的每一个的所述部件电力灵活性测量结果聚合以确定气候系统电力灵活性。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述气候系统电力灵活性传达到电力源。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在所述接收步骤之前，从电力源接收对所述气候系统电力灵活性的请求。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述电力源是智能电网。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述智能电网在峰电需求的时间发送对所述气候系统电力灵活性的所述请求。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个部件包括致冷器、泵和空气处理单元中的至少一个。
7.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
从电力源接收对快速需求响应的请求，对所述快速需求响应的所述请求包括电力需求；以及
确定所述电力需求是否在所述气候系统电力灵活性内。
8.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括当所述电力需求在所述气候系统电力灵活性内时，将所述快速需求响应递送到所述一个或多个部件。
9.一种响应于来自电力源的对包括一个或多个部件的气候系统的快速需求请求的方法，所述方法包括：
确定来自所述电力源的新的电力需求是否在所述气候系统的聚合的电力灵活性内，所述气候系统包括一个或多个部件；
当所述新的电力需求在所述气候系统的所述聚合的电力灵活性内时，将电力设定点分发到所述一个或多个部件。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述电力需求包括报偿。
11.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括在所述分发步骤之后执行检查以确定是否完成了所述快速需求请求。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括如果未完成所述快速需求请求，那么将所述快速需求请求重新分发到所述一个或多个部件。
13.如权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个部件中的每一个的所述电力设定点在相应的部件的电力灵活性内。
14.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括在所述一个或多个部件中的每一个的所述电力设定点下操作所述一个或多个部件。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个部件包括致冷器、泵和空气处理单元中的至少一个。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个部件包括致冷器，并且其中所述致冷器包括具有变速驱动器的马达。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述操作包括改变所述变速驱动器的速度。
18.如权利要求9所述的方法，其中由气候系统控制器执行所述分发，并且其中所述气候系统控制器确定所述一个或多个部件中的每一个的所述电力设定点。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述气候系统控制器将所述一个或多个部件中的每一个的所述电力设定点分发到所述一个或多个部件中的每一个处的控制器。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括将一个或多个操作参数从所述一个或多个部件中的至少一个传达到所述气候系统控制器和所述一个或多个部件中的每一个处的所述控制器中的至少一个。
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