一種基于等舒適度損失原則的中央空調(diào)負(fù)荷削減調(diào)溫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力需求響應(yīng)領(lǐng)域，主要涉及商務(wù)樓宇參與需求響應(yīng)的策略，該策略 在基于樓宇內(nèi)部房間差異性的中央空調(diào)模型基礎(chǔ)上，依據(jù)等舒適度損失的原則，制定了商 務(wù)樓宇通過(guò)中央空調(diào)負(fù)荷削減參與需求響應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷不斷增長(zhǎng)，需求響應(yīng)技術(shù)越來(lái)越引起重視。針對(duì)當(dāng)前第三產(chǎn)業(yè) 發(fā)達(dá)的大城市，商務(wù)樓宇負(fù)荷占全部負(fù)荷比重日益提高，因而商務(wù)樓宇正逐漸被視為重要 的需求響應(yīng)資源。商務(wù)樓宇參與需求響應(yīng)的主要設(shè)備是樓內(nèi)中央空調(diào)系統(tǒng)，中央空調(diào)系統(tǒng) 由于自身系統(tǒng)特點(diǎn)決定了其負(fù)荷的可控性，理論上中央空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)合控制方式有多種， 但目前主要研究的方法是中央空調(diào)的輪停技術(shù)。中央空調(diào)的輪停技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法較為簡(jiǎn)單， 負(fù)荷削減效果明顯，但是中央空調(diào)機(jī)組反復(fù)的啟停勢(shì)必對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，并且從用 戶實(shí)際情況出發(fā)，通過(guò)末端溫度設(shè)定值的改變的方法更為直接方便。此外，目前的中央空調(diào) 負(fù)荷削減方法也少有考慮用戶舒適度的，對(duì)于實(shí)施空調(diào)負(fù)荷削減后，用戶舒適度損失情況 缺乏有效地評(píng)估。所以本文在此背景下提出了一種基于等舒適度損失原則的中央空調(diào)負(fù)荷 削減調(diào)溫方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種針對(duì)商務(wù)樓宇內(nèi)部 各房間差異性的中央空調(diào)功率模型，在此基礎(chǔ)上基于樓宇內(nèi)部各房間舒適度損失值相等的 原則，制定了合理的中央空調(diào)各房間調(diào)溫方法，并通過(guò)室內(nèi)各房間冷負(fù)荷的組合實(shí)現(xiàn)商務(wù) 樓宇負(fù)荷的平緩。
[0004] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種基于等舒適度損失原則的中央空調(diào)負(fù)荷削減調(diào)溫方法，在中央空調(diào)模型的基 礎(chǔ)上，考慮各個(gè)房間的末端設(shè)定溫度值以及商務(wù)樓宇中各個(gè)房間的室內(nèi)冷負(fù)荷狀況，依據(jù) 各個(gè)房間的人體舒適度損失值相等的原則，獲得各個(gè)房間的負(fù)荷削減持續(xù)時(shí)間，進(jìn)而進(jìn)行 各個(gè)房間的調(diào)溫控制，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷削減。
[0006] 上述方法包如下步驟：
[0007] (1)建立考慮商務(wù)樓宇內(nèi)部各房間差異性的中央空調(diào)模型
[0008] 設(shè)中央空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)冷負(fù)荷由η個(gè)單一空間構(gòu)成，即商務(wù)樓宇內(nèi)部總共有η個(gè) 房間，每個(gè)房間有一個(gè)末端設(shè)定溫度，每個(gè)房間的末端均安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)；
[0009] 建立風(fēng)機(jī)的物理模型如下：
[0010]
[0011] 其中：Pfan為末端風(fēng)機(jī)總功率，kW ;P fani為第i個(gè)房間的風(fēng)機(jī)功率，kW，i e [1，n]; mal"為第i個(gè)房間的風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量，kg/s ;QSl為第i個(gè)房間的室內(nèi)冷負(fù)荷，kW ;TNl、TSl分別 為第i個(gè)房間的室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)溫度和送風(fēng)溫度，°C;c_= 1.0 lkJAkg. °C )，為干空氣定壓 比熱；fal"為第i個(gè)房間的風(fēng)機(jī)流量比；m_deslgn為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)最大風(fēng)量，kg/s ;f pll為第i個(gè) 房間的部分負(fù)荷因數(shù)；cfl、cf2、c f3、cf4為風(fēng)機(jī)特性系數(shù)；P fani為第i個(gè)房間的風(fēng)機(jī)功率，kW ; Λ P為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓力，Pa ;efan為風(fēng)機(jī)效率；P _為空氣密度，kg/m3;
[0012] 對(duì)風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行如下的數(shù)學(xué)處理：
cfl>0, c' f2>0, c' f3〈0, c' f4>0 ;對(duì)上式求導(dǎo)得：
[0015] dPfani/dQSl= c' f2+2c' f3 · QSl+3c' f4 · Qsi2
[0016] 求得導(dǎo)數(shù)函數(shù)最小值為：
[0017]
-:/.4
[0018] 考慮實(shí)際情況，上式始終大于零，因而有第i個(gè)房間的風(fēng)機(jī)功率Pfani關(guān)于第i 個(gè)房間的室內(nèi)冷負(fù)荷Qsi是單調(diào)遞增的；同時(shí)，由于P fani表達(dá)式關(guān)于Q Sl存在2階連續(xù) 導(dǎo)數(shù)，因而可以對(duì)Pfani表達(dá)式進(jìn)行分段線性插值，實(shí)現(xiàn)P fani表達(dá)式的分段線性化，得到 ?_=以11)^^汍1)，其中1^汍 1)為€汍1)的分段線性插值函數(shù)，得到在各插值區(qū)間內(nèi)
3此通過(guò)分段線性插值，可以將所有房間的風(fēng)機(jī)功率之和 ./:=1' 1=\ 1=\ 轉(zhuǎn)化為室內(nèi)冷負(fù)荷之和的函數(shù)，
[0019] 建立制冷機(jī)的物理模型如下：
[0020]
[0021] 其中：Pehlllel^制冷機(jī)功率，kW ;Q avall為制冷機(jī)可用冷量，kW ;Q 為制冷機(jī)名義冷 量，kW ;PLRehlllra^J部分負(fù)荷率；Qelse為室內(nèi)其余產(chǎn)熱負(fù)荷量（包括照明負(fù)荷以及散熱量以 及人員產(chǎn)熱量），kW ;C0Praf為制冷機(jī)名義制冷系數(shù)；CEP為制冷機(jī)EIR與部分負(fù)荷率的關(guān)系 因數(shù)，= +? ，a3、b3、C 3為制冷機(jī)特性系數(shù)；
[0022] 建立中央空調(diào)功率與室內(nèi)冷負(fù)荷之和的模型，即：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 其中：DI1⑴表示t時(shí)刻第i個(gè)房間的人體舒適度指數(shù)；T1⑴表示t時(shí)刻第i個(gè) 房間的室內(nèi)溫度；RH 1U)表示t時(shí)刻第i個(gè)房間的相對(duì)濕度；V1U)表示t時(shí)刻第i個(gè)房間 的風(fēng)速，m/s Jraf為基準(zhǔn)溫度，°C; /)/,v表示第i個(gè)房間內(nèi)人體在Λ t時(shí)間內(nèi)的累積舒適度 的損失值；Δ h為第i個(gè)房間的負(fù)荷削減持續(xù)時(shí)間（也是舒適度損失的持續(xù)時(shí)間），min ;k 為比例系數(shù)；t為第i個(gè)房間的負(fù)荷削減起始時(shí)刻；DI 為基準(zhǔn)舒適度，即室內(nèi)人體感覺(jué)最 舒適的舒適度值；D/"V|為基準(zhǔn)房間內(nèi)用戶在其受控時(shí)間Λ t。內(nèi)的累積舒適度的損失值，為 預(yù)先的設(shè)定值；
[0027] (3)建立目標(biāo)函數(shù)
[0028]
[0029] 其中：Λ t_x為最長(zhǎng)的負(fù)荷削減持續(xù)時(shí)間，即所有η個(gè)Λ t i中的最大值。
[0030] 有益效果：本發(fā)明提供的基于等舒適度損失原則的中央空調(diào)負(fù)荷削減調(diào)溫方法， 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 1、本發(fā)明方法考慮商務(wù)樓宇內(nèi)部各房間的差異性，建立了中央空調(diào)的功率模型， 與實(shí)際中央空調(diào)運(yùn)行情況更貼近，保證了模型的實(shí)際意義；
[0032] 2、本發(fā)明所采用的中央空調(diào)負(fù)荷削減方法不是傳統(tǒng)的中央空調(diào)機(jī)組輪停技術(shù)，采 取的是室內(nèi)房間升高設(shè)定溫度的方法，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷削減，實(shí)用價(jià)值更高，且不 會(huì)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生磨損等不利影響；
[0033] 3、本發(fā)明提到的負(fù)荷削減方法，是基于舒適度損失相等的原則提出的；現(xiàn)有的中 央空調(diào)負(fù)荷削減技術(shù)，稍有考慮舒適度的，對(duì)于實(shí)施中央空調(diào)負(fù)荷削減時(shí)，也缺少對(duì)用戶舒 適度損失情況的計(jì)算；而本發(fā)明中的等舒適度損失原則，則量化了用戶舒適度的損失值，并 以此作為削減方案制定的標(biāo)準(zhǔn)；
[0034] 4、本發(fā)明中，將負(fù)荷削減量映射到冷負(fù)荷削減量，通過(guò)冷負(fù)荷的組合使得冷負(fù)荷 削減量達(dá)到盡量平緩的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)單一樓宇負(fù)荷削減量的平緩化，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)樓宇負(fù) 荷削減曲線的整形，而冷負(fù)荷是關(guān)于設(shè)定溫度的函數(shù)，因而等舒適度原則下的溫度設(shè)定策 略可以轉(zhuǎn)換為冷負(fù)荷的組合策略，因此最終從操作角度，只需要對(duì)調(diào)溫策略進(jìn)行組合，即可 等效地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)負(fù)荷組合整形。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本發(fā)明實(shí)施流程圖；
[0036] 圖2為等舒適度損失原則下，參考房間削減策略為25°C，持續(xù)時(shí)間120分鐘情況 下，其它房間削減策略解集曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0038] 如圖1所示為本發(fā)明的具體實(shí)施步驟流程圖，其詳細(xì)步驟如下：
[0039] 步驟一：建立考慮商務(wù)樓宇內(nèi)部各房間差異性的中央空調(diào)模型
[0040] 1. 1考慮商務(wù)樓宇每一個(gè)房間冷負(fù)荷之和建立如下的中央空調(diào)功率模型：
[0041 ] PaC P fan+Ppump+Pchiller+Pcoolingtower+Pcoolingpump
[0042] 其中：PAe為中央空調(diào)功率，P fan為末端所有風(fēng)機(jī)總功率，P _p為冷凍水栗功率， Pai11ct為制冷機(jī)功率，P _lingtc_S冷卻塔功率，P _ling_P為冷卻水栗功率；由于P _P、 P_iing_p和p 在系統(tǒng)運(yùn)行中的占比較小，因而可以忽略P _Φ、P coolingpump萍口 P coolingtower 隨系統(tǒng)運(yùn)行而發(fā)生的變化，將？_|5上。。11__和13。。。 11_。1^視為常數(shù)；故在上述中央空調(diào)功率 模型中，可變量?jī)H為PfaJP p Ai11ct。
[0043] 假設(shè)中央空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)冷負(fù)荷由η個(gè)單一空間構(gòu)成，即商務(wù)樓宇內(nèi)部總共有η 個(gè)房間，每個(gè)房間有一個(gè)末端設(shè)定溫度，每個(gè)房間的末端均安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)?；谠摷僭O(shè)進(jìn)行 后續(xù)步驟。
[0044] 1. 2建立風(fēng)機(jī)的物理模型
[0045]
[0046] 其中：Pfani為第i個(gè)房間的風(fēng)機(jī)功率，kW，i e [l，n] ;mairi為第i個(gè)房間的風(fēng)機(jī)實(shí) 際風(fēng)量，kg/s ;QSl為第i個(gè)房間的室內(nèi)冷負(fù)荷，kW ;T Nl、TSl分別為第i個(gè)房間的室內(nèi)空氣設(shè) 計(jì)溫度和送風(fēng)溫度，°C ;cau= I. 01kJ/(kg. °C )，為干空氣定壓比熱；f aiH為第i個(gè)房間的 風(fēng)機(jī)流量比；Hiall^slgn為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)最大風(fēng)量，kg/s ;f pll為第i個(gè)房間的部分負(fù)荷因數(shù)；c fl、 Cf2、Cf3、Cf4為風(fēng)機(jī)特性系數(shù)；P fani為第i個(gè)房間的風(fēng)機(jī)功率，kW ;Λ P為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓力，Pa ; efan為風(fēng)機(jī)效率；P _為空氣密度，kg/m3。
[0047] Tsi可以通過(guò)實(shí)際測(cè)量確定，并且認(rèn)為送風(fēng)溫度恒定；風(fēng)機(jī)特性系數(shù)、風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓 力和風(fēng)機(jī)效率可以通過(guò)風(fēng)機(jī)提供的參數(shù)確定。
[0048] 1. 3建立制冷機(jī)的物理模型
[0049] 首先中央空調(diào)制冷量因數(shù)CC可以約等于1，因而有：
[0050] QavalI= Qref * CC = Qref
[0051] 據(jù)此建立制冷機(jī)的物理模型為：
[0052]
[0053] 其中：Pehlllel^制冷機(jī)功率，kW ;Q avall為制冷機(jī)可用冷量，kW ;Q 為制冷機(jī)名義冷 量，kW ;PLRehlllra^j部分負(fù)荷率；Qelse為室內(nèi)其余產(chǎn)熱負(fù)荷量（包括照明負(fù)荷以及散熱量以 及人員產(chǎn)熱量），kW ;C0Praf為制冷機(jī)名義制冷系數(shù)；CEP為制冷機(jī)EIR與部分負(fù)荷率的關(guān)系 因數(shù)，CEF二，a3、b3、C3為制冷機(jī)特性系數(shù)。Qelse可以通過(guò)實(shí) 際測(cè)量確定；Qavall