一種基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，屬于電力系統(tǒng)運行和控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：采用中央?yún)f(xié)調(diào)層和本地控制層兩層控制架構(gòu)，各本地控制器進行熱模型參數(shù)辨識并進行本地空調(diào)自主控制，在一個通訊間隔結(jié)束時刻將本地信息上傳至中央控制器，中央控制器將協(xié)調(diào)信息廣播至每一個本地控制器；根據(jù)中央控制器下發(fā)的協(xié)調(diào)信息，各本地控制器每隔一個動作周期開始時刻判斷功率偏差是否超出動作死區(qū)，若超出則進行一次調(diào)頻控制動作，否則不動作，并估計全體空調(diào)下一動作周期開始時刻運行狀況。本發(fā)明可實現(xiàn)空調(diào)集群負荷與功率誤差的線性響應(yīng)并且不影響用戶的舒適度，消除了空調(diào)群集中控制響應(yīng)慢和本地分散控制缺乏協(xié)調(diào)信息的矛盾。
【專利說明】
一種基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運行和控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于大型建筑空調(diào)負荷 集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -次調(diào)頻容量是電力系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)電與負荷平衡，應(yīng)對事故擾動能力的主要表 征之一。傳統(tǒng)的一次調(diào)頻主要由具有快速調(diào)節(jié)能力的水電機組和大型火電機組提供，其響 應(yīng)時間在秒數(shù)級。隨著大規(guī)模新能源發(fā)電的接入，電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量顯著減小，且新能源 發(fā)電出力的隨機性和不可控性加大了電力系統(tǒng)的調(diào)頻負擔(dān)。同時，高壓直流輸電的接入取 代了本地電源，進一步降低了系統(tǒng)的一次調(diào)頻容量。因此，如何發(fā)揮負荷側(cè)的潛在能力參與 系統(tǒng)一次調(diào)頻成為一個迫切的問題。
[0003] 基于負荷側(cè)響應(yīng)機制，組織和管理數(shù)量眾多而單體功率小的可控?zé)嶝摵蓞⑴c電力 系統(tǒng)一次調(diào)頻是一種可行的思路。通過信息的收集、處理和一定的控制手段，可以將空調(diào)等 具備熱儲能效益的群體負荷參與輔助服務(wù)，同時保證末端用戶的舒適度不受明顯影響。這 是因為可控?zé)嶝摵墒悄芰啃拓摵?，即用戶只關(guān)心一段時間內(nèi)用電器向熱環(huán)境釋放的熱能， 而不關(guān)心每時每刻的功率，而一次調(diào)頻的誤差信號為脈沖型，其一段時間內(nèi)積分趨近于零， 故不會導(dǎo)致末端能量輸出產(chǎn)生明顯變化。與此同時，可控?zé)嶝摵烧伎傌摵杀戎刂鹑丈仙瑵?力巨大。美國建筑中的可控?zé)嶝摵烧既W(wǎng)用電負荷的35%以上，中國的空調(diào)負荷增長迅速， 夏季空調(diào)負荷占電網(wǎng)最大負荷的20%左右，可見空調(diào)群作為調(diào)頻備用潛力巨大。
[0004] 此外，為保證用戶舒適度而設(shè)定的空調(diào)自主溫度死區(qū)控制可能會導(dǎo)致某一時刻空 調(diào)群總功率朝著功頻響應(yīng)需求相反的方向變化，即出現(xiàn)反彈效應(yīng)(Rebound Ef f ect)。在傳 統(tǒng)的方法中，反彈效應(yīng)極大的限制了熱儲能負荷參與負荷側(cè)響應(yīng)以及向系統(tǒng)提供輔助服 務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于大型建筑空調(diào)負荷集 群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，實現(xiàn)空調(diào)集群負荷與頻率誤差的線性響應(yīng)并且不影響用戶的舒適 度，消除空調(diào)群參與一次調(diào)頻中集中控制響應(yīng)慢和本地分散控制缺乏協(xié)調(diào)信息的矛盾，提 高了控制精度并解決了反彈問題。
[0006] 本發(fā)明提出的基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，其特征在于，該 方法采用的空調(diào)負荷集群包括中央?yún)f(xié)調(diào)層和本地控制層兩層控制架構(gòu)，中央?yún)f(xié)調(diào)層包括一 臺中央控制器，本地控制層包括N個本地控制器，N臺空調(diào)和各臺空調(diào)所屬房間設(shè)置的溫度 傳感器、頻率傳感器。中央控制器和本地控制器每隔一個通訊間隔（15秒至1分鐘)進行一次 雙向通信，本地控制器每隔一個溫度采集周期（1秒至4秒)采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)。中央控 制器與本地控制器之間采用無線通訊的方式，本地控制器與空調(diào)、溫度傳感器、頻率傳感器 之間為有線連接通訊，本地控制器根據(jù)本地信息及中央控制器發(fā)送的協(xié)調(diào)信息在每個動作 周期對本地空調(diào)進行一次調(diào)控。
[0007] 該方法主要包括以下步驟：
[0008] 1)各本地控制器進行熱模型參數(shù)辨識并進行本地空調(diào)自主控制，在一個通訊間隔 (15秒至1分鐘）結(jié)束時刻將本地信息上傳至中央控制器，中央控制器將協(xié)調(diào)信息廣播至每 一個本地控制器；
[0009] 2)當(dāng)步驟1)中通訊結(jié)束后，根據(jù)中央控制器下發(fā)的協(xié)調(diào)信息，各本地控制器每隔 一個動作周期（1秒或其他設(shè)定時間）開始時刻判斷功率偏差是否超出動作死區(qū)，若超出則 進行一次調(diào)頻控制動作，否則不動作，并估計全體空調(diào)下一動作周期開始時刻(與本時刻相 隔一個動作周期）運行狀況；到達下一個通訊間隔開始時刻則返回步驟1)，否則返回步驟 2)〇
[0010] 本發(fā)明提出的基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法的特點是：
[0011] 本發(fā)明方法利用大型建筑物具有的熱容積，形成中央?yún)f(xié)調(diào)層和本地控制層兩層控 制架構(gòu)，通過快速控制空調(diào)負荷集群可以實現(xiàn)其類發(fā)電機的線性功頻特性參與電網(wǎng)的一次 調(diào)頻，每臺空調(diào)在本地進行一次調(diào)頻響應(yīng)提高其整體響應(yīng)速度，并每隔設(shè)定時間與中央?yún)f(xié) 調(diào)層進行一次通信上傳本地信息并獲取全局協(xié)調(diào)信息保證其整體功頻線性響應(yīng)精度，而所 提出的溫度能控門檻保證了用戶舒適度和設(shè)備壽命不受較大影響。
[0012] 本發(fā)明的提出的基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法的有益效果是：
[0013] 1.提出了一種由較慢速的集中協(xié)調(diào)與快速的分布式本地控制組成的兩層控制架 構(gòu)，在集中協(xié)調(diào)層（即中央?yún)f(xié)調(diào)層)按協(xié)調(diào)控制周期匯集各房間空調(diào)運行功率、狀態(tài)、房間溫 度、房間熱動態(tài)模型等信息，然后廣播到各個本地控制器;這種架構(gòu)較好解決了集中控制時 延過長，而分布控制缺乏協(xié)調(diào)的問題，提高了控制精度并解決了反彈問題；
[0014] 2.本地控制層控制器各自基于房間熱動態(tài)模型估計全體空調(diào)的運行狀態(tài)和房間 的溫度，并以此為依據(jù)進行空調(diào)群排序，以自身空調(diào)的排名位置和實時測量頻率偏差為依 據(jù)決定是否觸發(fā)本地調(diào)頻動作，實質(zhì)上為一種本地控制算法，提高了對功頻誤差的響應(yīng)速 度。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實施例采用的兩層控制架構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明實施例方法流程框圖。
【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明提出的基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，結(jié)合附圖及實施 例說明如下：
[0018] 本實施例如圖1所示，空調(diào)負荷集群采用中央?yún)f(xié)調(diào)層和本地控制層兩層控制架構(gòu)， 中央?yún)f(xié)調(diào)層包括一臺中央控制器，本地控制層包括N臺本地控制器，N臺空調(diào)和各臺空調(diào)所 屬房間設(shè)置的溫度傳感器、頻率傳感器。中央控制器和本地控制器每隔一個通訊間隔進行 一次雙向通信，本地控制器每隔一個溫度采集周期采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)。中央控制器與 本地控制器之間采用無線通訊的方式，本地控制器與空調(diào)、溫度傳感器、頻率傳感器之間為 無線或有線連接通訊，本地控制器根據(jù)本地信息及中央控制器發(fā)送的協(xié)調(diào)信息在每個動作 周期對本地空調(diào)進行一次調(diào)控。
[0019] 本發(fā)明提出的基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，如圖2所示，主要 包括以下步驟：
[0020] 1)各本地控制器進行熱模型參數(shù)辨識并進行本地空調(diào)自主控制，在一個通訊間隔 tgap(15秒至1分鐘)結(jié)束時刻將本地信息上傳至中央控制器，中央控制器將協(xié)調(diào)信息廣播至 每一個本地控制器；
[0021] 2)當(dāng)步驟1)中通訊結(jié)束后，根據(jù)中央控制器下發(fā)的協(xié)調(diào)信息，各本地控制器每隔 一個動作周期秒或其他設(shè)定時間)開始時刻判斷功率偏差是否超出動作死區(qū)，若超出 則進行一次調(diào)頻控制動作，否則不動作，并估計全體空調(diào)下一動作周期t ac；t開始時刻（與本 時刻相隔一個動作周期tact)運行狀況;到達下一個通訊間隔開始時刻則返回步驟1)，否則 返回步驟2);
[0022]所述步驟1)具體包括：
[0023 ] 1 -2)每臺本地控制器i，i = 1.2......N，分別進行房間熱模型參數(shù)辨識得到參數(shù)：
[0024] 每個空調(diào)房間i，i = 1.2……N，根據(jù)實際應(yīng)用中對熱模型辨識曲線與實際溫度曲 線之間的誤差要求和本地控制器硬件存儲能力選擇不同精度的熱模型參數(shù)，分別是零階、 一階或二階熱模型，如式(1)-(3):
[0025] ATi = aiAt (1)
[0028]三個熱模型的待辨識參數(shù)個數(shù)分別是1個、2個和4個，即ai、ai, γ ?、αη，γ η，α?2, γι2;其中α?\為當(dāng)前溫度τ&1與本地空調(diào)最近一次翻轉(zhuǎn)開關(guān)狀態(tài)時室內(nèi)溫度r<° g(簡稱翻 轉(zhuǎn)溫度初始值)之差，而A U對應(yīng)為當(dāng)前時間和本地空調(diào)最近一次翻轉(zhuǎn)開關(guān)狀態(tài)時間^(簡 稱翻轉(zhuǎn)時間初始值)之差，即
[0029] Δ7; =7·?/,.…化/嘆 U)
[0030] At, =tf -t'°g (5)
[0031] 翻轉(zhuǎn)溫度初始值1^#、翻轉(zhuǎn)時間初始值f作為熱模型參數(shù);本地控制器在通信間 隔tgap內(nèi)根據(jù)溫度采集周期ttemp(l秒至4秒)記錄的空氣溫度數(shù)據(jù)對房間熱模型進行參數(shù)辨 識，得到房間熱模型辨識出的參數(shù);具體為：
[0032]用k標記溫度記錄次數(shù)，且記錄每一次記錄溫度時的本地空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)statei(其等 于1代表開狀態(tài)0N，等于0代表關(guān)狀態(tài)OFF):若選用零階（線性）模型，則參數(shù)辨識模型為
'當(dāng)本地空調(diào)的狀態(tài)statei = 1，根據(jù)此時記錄的k值，辨識出 0N(開)狀態(tài)參數(shù)，反之，本地空調(diào)的狀態(tài)statei = 0,根據(jù)此時記錄的k值，辨識出OFF(關(guān))狀 態(tài)參數(shù);若選用一階模型，則參數(shù)辨識模型
，類 似的在不同開關(guān)狀態(tài)下辨識出0N(開)和OFF(關(guān))狀態(tài)的兩組參數(shù)if",若選用 二階模型，則參數(shù)辨識模型 ，類似的在不
同開關(guān)狀態(tài)下辨識出ON和OFF狀態(tài)的兩組參數(shù)6igV, #和;
[0033] 本發(fā)明對所有的本地控制器都設(shè)置為相同的熱模型，本實施例中選用一階模型， 通過公知算法，辨識出的房間熱模型參數(shù)為q?，#和
[0034] 1-2)本地控制器進行本地空調(diào)自主控制，具體包括：
[0035] 以i標記第i個本地控制器、空調(diào)和房間，i = 1.2……N，其房間室內(nèi)空氣溫度為 Tai，空調(diào)開關(guān)狀態(tài)為stated其等于1代表開狀態(tài)0N，等于0代表關(guān)狀態(tài)0FF)，并設(shè)空調(diào)為只 能控制開關(guān)狀態(tài)的恒功率出力空調(diào)，其運行功率為Pi;
[0036] 每臺溫度傳感器實時采集房間內(nèi)空氣溫度，本地控制器每隔一個溫度采集周期 ttemp( 1秒至4秒)采集溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)；
[0037] 每臺空調(diào)由用戶直接對空調(diào)設(shè)置需要的溫度，設(shè)該溫度為TSl，且每臺空調(diào)設(shè)有溫 度控制死區(qū)△ i(每臺空調(diào)的控制死區(qū)△ i為空調(diào)出廠設(shè)置屬性，本實施例設(shè)定為1°C );本地 控制器采用下列公式進行自主控制：
[0040] 上述式中，Tai為房間的空氣溫度，^、:^分別對應(yīng)本地空調(diào)控制死區(qū)溫度的上、下 限，T Sl為用戶對空調(diào)的設(shè)置溫度，Δ,為溫度控制死區(qū)，statei為空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)(其等于1 代表開狀態(tài)0N，等于0代表關(guān)狀態(tài)OFF);
[0041] 式(6)表明，當(dāng)空調(diào)的statei = 0,即空調(diào)處于關(guān)閉狀態(tài)，若房間的空氣溫度Tai上升 達到本地空調(diào)控制死區(qū)溫度的上限時，本地控制器自主控制打開空調(diào)；當(dāng)空調(diào)的stat ei = 1，即空調(diào)處于打開狀態(tài)，若房間的空氣溫度Tai下降達到本地空調(diào)控制死區(qū)溫度的下限& 時，本地控制器自主控制關(guān)掉空調(diào)；
[0042] 1-3)在本地控制器與中央控制器的通訊間隔tgap結(jié)束時刻（即通訊時刻），每臺本 地控制器將向中央控制器上傳最后一次采集的房間室內(nèi)空氣溫度T ai、空調(diào)開關(guān)狀態(tài) statei、運行功率P,，房間設(shè)置溫度TSl，溫度控制死區(qū)Δ ,和熱模型參數(shù) 以及
[0043] 1 _4)中央控制器在本地信息收集完成后，向每臺本地控制器廣播所有收集到的信 息作為協(xié)調(diào)信息，包括所有本地編號i e N對應(yīng)的室內(nèi)空氣溫度Tai，空調(diào)開關(guān)狀態(tài)statei，運 行功率P,，房間設(shè)置溫度TSl，溫度控制死區(qū)△ i和對應(yīng)熱模型參數(shù)6^，#和以及 擎和f;
[0044] 在中央控制器收集得到每個本地控制器對應(yīng)的房間熱模型參數(shù)后，計算出每臺空 調(diào)基準功率P〇i并求和獲得全體空調(diào)運行基準功率P0,并同時廣播全體空調(diào)運行基準功率 P0至各臺本地控制器;具體包括：
[0045] 每臺空調(diào)運行基準功率ΡΟ,對應(yīng)其在通訊間隔tgap內(nèi)的一個開關(guān)周期T,(開關(guān)周期 指的是空調(diào)按照本地自主控制邏輯在開關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換而周期運行時的一個周期時間）的平 均功率；中央控制器根據(jù)已經(jīng)獲得每個房間的熱模型參和f， 房間設(shè)置溫度TSl，溫度控制死區(qū)Δ i，先根據(jù)公式（7)求得溫度上下限，求解 ξ-麵，二-6^得到巧（意義為當(dāng)空調(diào)處于ON狀態(tài)時該室內(nèi)溫度等于 上限溫度?的時刻），求解= (ds) - ?伽得到f (意義為當(dāng)空調(diào)處于 ON狀態(tài)時該室內(nèi)溫度等于下限溫度Xi的時刻），求解f - 7^，二 得到if (意義為當(dāng)空調(diào)處于OFF狀態(tài)時該室內(nèi)溫度等于上限溫度零的時刻），求解 & - = ?#ΜΡ? _ 得到f (意義為當(dāng)空調(diào)處于OFF狀態(tài)時該室內(nèi)溫度 等于下限溫度li的時刻），則
[0046] T〇nt = tf] -^2) (8)
[0047] (9)
[0048] 每臺空調(diào)的基準功率POi計算式為
[0050] 其中，Tom為在一個開關(guān)周期Ti內(nèi)空調(diào)處于0N狀態(tài)的時間，而Toffi為處于OFF狀態(tài) 的時間；
[0051 ] 全體空調(diào)的運行基準功率P0為每臺空調(diào)基準功率和，即
[0053]中央控制器廣播全體空調(diào)運行基準功率P0至各臺本地控制器；
[0054]所述步驟2)具體包括：
[0055] 2-1)空調(diào)負荷集群一次調(diào)頻響應(yīng)的控制目標是全體空調(diào)實時總功率P(t)與基準 功率P0之差Δ P與實時頻率誤差Δ f成正比，即
[0056] AP = P(t)-PO=K(f(t)-fo)=KAf (12)
[0057] 其中fo為基準頻率，中國大陸為50Hz，f( t)為實時頻率，對所有本地控制器設(shè)置相 同的功頻響應(yīng)系數(shù)K(根據(jù)空調(diào)群的總功率和歷史采集的最大頻率波動數(shù)據(jù)的比例確定，K 越大則空調(diào)群參與調(diào)頻程度大，K越小則空調(diào)群參與調(diào)頻程度?。?br>[0058] 2-2)定義第i標記的本地控制器的溫度優(yōu)先級Tprii為：
[0060] 其中Tai為空氣溫度，TSl為用戶對空調(diào)的設(shè)置溫度，Δ,是溫度控制死區(qū)， stateiS 第i臺空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)(ON對應(yīng)1，0FF對應(yīng)0)，式（13)意義在于，為空氣溫度越靠近溫度控制 死區(qū)的溫度變化終點的空調(diào)優(yōu)先級越大；當(dāng)空調(diào)的statei = l，即空調(diào)處于打開狀態(tài)，若房 間的空氣溫度Tai越低，溫度優(yōu)先級Tprh越高，在本地控制器調(diào)頻過程中優(yōu)先打開該空調(diào)； 當(dāng)空調(diào)的stat ei = 0,即空調(diào)處于關(guān)閉狀態(tài)，若房間的空氣溫度Tai越高，溫度優(yōu)先級Tpri^ 高，在本地控制器調(diào)頻過程中優(yōu)先打開該空調(diào)；
[0061] 2-3)頻率傳感器每隔一個動作周期tact采集一次電網(wǎng)頻率，每臺本地控制器在一 個動作周期開始時刻，根據(jù)采集的電網(wǎng)頻率計算出全體空調(diào)的功率偏差δ;具體如下：
[0062] 每臺空調(diào)的本地控制器根據(jù)獲得由中央控制器廣播的協(xié)調(diào)信息(所有房間所處的 空氣溫度Tai和空調(diào)開關(guān)狀態(tài)statei以及功率Pi)，計算出全體空調(diào)的實時總功率P(t):
[0064] 再根據(jù)公式(12)及(14)，得到全體空調(diào)的功率偏差δ = P(t) -Ρ0-Κ Δ f;
[0065] 2-4)每臺本地控制器判斷功率偏差δ是否處于動作死區(qū)ξ(ξ根據(jù)精度要求不同自 行設(shè)定，本實施例設(shè)定為lkw);當(dāng)功率偏差δ處于動作死區(qū)時即| δ |彡ξ，空調(diào)不參與調(diào)頻控 制；當(dāng)功率偏差δ超出動作死區(qū)，則參與此次動作周期的調(diào)頻控制動作;具體如下：
[0066] 2-4-1)如果δ>ξ，根據(jù)式（13)計算全體空調(diào)中滿足statei = l的溫度優(yōu)先級Tprii， 并按照溫度優(yōu)先級Tpri^數(shù)值大小從大到小排序生成數(shù)組qUQN，數(shù)組內(nèi)第1列為1?也，第2
列為Pi，第3列為i，并用r標記數(shù)組q_的行 即搜索使得功率誤差在死區(qū)范圍內(nèi)的最少調(diào)控集合，取出91^〇,3)，」=1，2，一，#為本次 被調(diào)控空調(diào)編號的集合Iqn，計算Icin' = {i e I? | TaiCTgom}(其中，Tgorn由用戶與控制方協(xié) 商提前確定，作為空調(diào)參與向下調(diào)頻的參與度，通?？梢匀閘i+〇.8Ai);若本地空調(diào)控制 器編號^。。^^"。，則該臺空調(diào)參與本次調(diào)頻控制^卩翻轉(zhuǎn)本地空調(diào)狀態(tài)丨關(guān)閉本地空調(diào)）， 否則不動作；
[0067] 2-4-2)如果δ<-ξ，根據(jù)式（13)計算全體空調(diào)中滿足statei = 0的溫度優(yōu)先級 Tprii，并按照溫度優(yōu)先級Tprii從大到小排序生成數(shù)組quciFF，數(shù)組內(nèi)第1列為Tprii，第2列為 Pi，第3列為i，并用r標記數(shù)組qUQFF的行；
即搜 索使得功率誤差在死區(qū)范圍內(nèi)的最少調(diào)控集合，取出qUQFF(j，3)，j = l，2，…，r*為本次被調(diào) 控空調(diào)編號的集合Iciff計算Iciff' = {ie 1，％1>18<^負}(其中，18(^;^由用戶與控制方協(xié) 商提前確定，作為空調(diào)參與向上調(diào)頻的參與度，通常可以取為F-οαδ,.若本地空調(diào)控制 器編號，則該臺空調(diào)參與本次調(diào)頻控制，即翻轉(zhuǎn)本地空調(diào)狀態(tài)(打開本地空調(diào)）， 否則不動作；
[0068] 2-5)(在步驟2-4)中一次調(diào)頻完成后，）每臺本地控制器估計全體空調(diào)下一動作周 期t ac；t開始時刻(與本時刻相隔一個動作周期tac；t)所有空調(diào)開關(guān)狀態(tài)stated在當(dāng)前動作周 期中一部分空調(diào)改變了開關(guān)狀態(tài)），估計各空調(diào)開關(guān)狀態(tài)stat ei流程具體如下：
[0069] 2-5-1)讀取2-4)中的集合IQN'或者Ioff' ；
[0070] 2-5-2)設(shè)i = l;
[0071] 2-5-3)如果第i臺空調(diào)參與了調(diào)頻動作ielcrn，那么此時空調(diào)狀態(tài)為關(guān)閉，即 statei = 0,記錄開關(guān)翻轉(zhuǎn)前的空氣溫度Tait°g和翻轉(zhuǎn)開關(guān)狀態(tài)時刻的時間
[0072] 如果第i臺空調(diào)參與了調(diào)頻動作ieiQFF，那么此時空調(diào)狀態(tài)為打開，g卩 statei = l， 記錄開關(guān)翻轉(zhuǎn)前的空氣溫度Tait°g和翻轉(zhuǎn)開關(guān)狀態(tài)時刻的時間
[0073] 2-5-4)丨=丨+1;如果丨^^轉(zhuǎn)到步驟2-5-3);否則 ;進行步驟2-6);
[0074] 2-6)每臺本地控制器根據(jù)中央控制器傳來的協(xié)調(diào)信息和步驟2-5)估計的空調(diào)開 關(guān)狀態(tài)statei，按照步驟1-2)自主運行方式(公式(6、7))估計下一動作周期tac；t的開始時刻 其他房間空氣溫度1&1及修改空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)states等待下一個動作周期到來轉(zhuǎn)步驟2-3)，或若下一通訊間隔開始時刻到來轉(zhuǎn)步驟1);具體包括：
[0075] 2-6-1)本發(fā)明采用一階房間熱模型進行溫度估計，t時刻第i臺空調(diào)相對于?Γ變 化時間為Δ ti，i = l;
[0076] 2-6-2)如果本地存儲的第i臺空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)為打開，即statei=l，那么此時將 本地存儲的該房間空氣溫度為R⑴= a/;_Vv ;
[0077] 如果本地存儲的第i臺空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)為關(guān)閉，即statei = 0,那么此時將本地存 儲的該房間空氣溫度為71·/,⑴二-q?7
[0078] 2-6-3)如果房間的空氣溫度Tai(t)彡]>，那么本地存儲的該空調(diào)狀態(tài)statei = 0， 記錄Taitclg和^ .
[0079] 如果房間的空氣溫度那么本地存儲的該空調(diào)狀態(tài)statei = l，記錄TaitQg ， 和
[0080] 否則，本地存儲的該空調(diào)狀態(tài)Statei保持不變；
[0081 ] 2-6-4) i = i+Ι，如果i彡N轉(zhuǎn)到步驟2-6-2);否則等待進入下一動作周期tact轉(zhuǎn)步驟 2-3)，或若下一通訊時刻到來轉(zhuǎn)步驟1)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，其特征在于，該方法采用的 空調(diào)負荷集群包括中央?yún)f(xié)調(diào)層和本地控制層兩層控制架構(gòu)，中央?yún)f(xié)調(diào)層包括一臺中央控制 器，本地控制層包括N臺本地控制器，N臺空調(diào)和各臺空調(diào)所屬房間設(shè)置的溫度傳感器、頻率 傳感器。中央控制器和本地控制器每隔一個通訊間隔進行一次雙向通信，本地控制器每隔 一個溫度采集周期采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)。中央控制器與本地控制器之間采用無線通訊的 方式，本地控制器與空調(diào)、溫度傳感器、頻率傳感器之間為無線或有線連接通訊，本地控制 器根據(jù)本地信息及中央控制器發(fā)送的協(xié)調(diào)信息在每個動作周期對本地空調(diào)進行一次調(diào)控； 該方法主要包括W下步驟： 1) 各本地控制器進行熱模型參數(shù)辨識并進行本地空調(diào)自主控制，在一個通訊間隔結(jié)束 時刻將本地信息上傳至中央控制器，中央控制器將協(xié)調(diào)信息廣播至每一個本地控制器； 2) 當(dāng)步驟1)中通訊結(jié)束后，根據(jù)中央控制器下發(fā)的協(xié)調(diào)信息，各本地控制器每隔一個 動作周期開始時刻判斷功率偏差是否超出動作死區(qū)，若超出則進行一次調(diào)頻控制動作，否 則不動作，并估計全體空調(diào)下一動作周期開始時刻運行狀況;到達下一個通訊間隔開始時 刻則返回步驟1)，否則返回步驟2)。2. 如權(quán)利要求1所述基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，其特征在于，所 述步驟1)具體包括： 1-1)每臺本地控制器i，i = 1.2……N，分別進行房間熱模型參數(shù)辨識得到參數(shù)： 每個空調(diào)房間i ,1 = 1.2……N，根據(jù)實際應(yīng)用中對熱模型辨識曲線與實際溫度曲線之 間的誤差要求和本地控制器硬件存儲能力選擇不同精度的熱模型參數(shù)，分別是零階、一階 或二階熱模型，如式(1)-(3):Ξ個熱模型的待辨識參數(shù)個數(shù)分別是1個、2個和4個，即αι、αι，丫 ι、αι?，丫 ι?，αι2, 丫 12;其 中ATi為當(dāng)前溫度化i與本地空調(diào)最近一次翻轉(zhuǎn)開關(guān)狀態(tài)時室內(nèi)溫度Taitw之差，而Ati對 應(yīng)為當(dāng)前時間和本地空調(diào)最近一次翻轉(zhuǎn)開關(guān)狀態(tài)時間之差，即將TaitW、f作為熱模型參數(shù);本地控制器在通信間隔tgap內(nèi)根據(jù)溫度采集周期記錄的空 氣溫度數(shù)據(jù)對房間熱模型進行參數(shù)辨識，得到房間熱模型辨識出的參數(shù)； 設(shè)所有的本地控制器都設(shè)置為相同的一階模型，辨識出的房間熱模型參數(shù)為 和 cuWF，戶f'; 1-2)本地控制器進行本地空調(diào)自主控制，具體包括： Wi標記第i臺本地控制器、空調(diào)和房間，i = 1.2……N，其房間室內(nèi)空氣溫度為化1，空調(diào) 開關(guān)狀態(tài)為state。并設(shè)空調(diào)為只能控制開關(guān)狀態(tài)的恒功率出力空調(diào)，其運行功率為Pi; 每臺溫度傳感器實時采集房間內(nèi)空氣溫度，本地控制器每隔一個溫度采集周期采集溫 度傳感器的溫度數(shù)據(jù)； 每臺空調(diào)由用戶直接對空調(diào)設(shè)置需要的溫度，設(shè)該溫度為Tsi，且每臺空調(diào)設(shè)有溫度控 制死區(qū)Δ 1;本地控制器采用下列公式進行自主控制：上述式中，Tai為房間的空氣溫度，分別對應(yīng)本地空調(diào)控制死區(qū)溫度的上、下限，Tsi 為用戶對空調(diào)的設(shè)置溫度，A 1為溫度控制死區(qū)，statei為空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，其等于1代表開 狀態(tài)ON，等于0代表關(guān)狀態(tài)OFF; 1-3)在本地控制器與中央控制器的通訊間隔結(jié)束時刻，每臺本地控制器將向中央控制 器上傳最后一次采集的房間室內(nèi)空氣溫度化1、空調(diào)開關(guān)狀態(tài)statei、運行功率Pi，房間設(shè)置 溫度Tsi，溫度控制死區(qū)Δ 1和熱模型參數(shù)αΛ，X?和aiGFF，六CW W及化itDg和I#. 1-4)中央控制器在本地信息收集完成后，向每個本地控制器廣播所有收集到的信息作 為協(xié)調(diào)信息，包括所有本地編號i e N對應(yīng)的房間的空氣溫度化i，空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)statei，運 行功率Pi，用戶設(shè)置溫度Tsi，溫度控制死區(qū)Δι和對應(yīng)熱模型參數(shù)αι?，戶和aiWP，作W及 Tai*。哪 fS 在中央控制器收集得到每個本地控制器對應(yīng)的房間熱模型參數(shù)后，計算出每臺空調(diào)基 準功率POi并求和獲得全體空調(diào)運行基準功率P0,并同時廣播全體空調(diào)運行基準功率P0至 各臺本地控制器。 3 .如權(quán)利要求2所述基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，其特征在于，所 述步驟1-4)具體包括： 每臺空調(diào)運行基準功率POi對應(yīng)其在通訊間隔tgap內(nèi)的一個開關(guān)周期Τι的平均功率;中央控 審幡根據(jù)已經(jīng)獲得每個房間的熱模型參數(shù)。1。"，戶^。^，戶^，了曰嚴和《^^，房間設(shè)置溫度了31，溫 度控制死區(qū)Δ1，先根據(jù)公式(7)求得溫度上下限專、Τι，求解護-7'(!心"=抹-α胃 i - I I I -I 得到滬，求解互-扔r二化f'v嚴護-'''"'1-得到滬.求解= 得到滬，求解查-拘f'g = α,。押V'"w('-α,"押-得到護i，貝ij其中，Tom為在一個開關(guān)周期Ti內(nèi)空調(diào)處于ON狀態(tài)的時間，而Toffi為處于OFF狀態(tài)的時 間； 全體空調(diào)的運行基準功率P0為每臺空調(diào)基準功率和，即中央控制器廣播全體空調(diào)運行基準功率P0至各臺本地控制器。4. 如權(quán)利要求1所述基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，其特征在于，所 述步驟2)具體包括： 2-1)空調(diào)負荷集群一次調(diào)頻響應(yīng)的控制目標是全體空調(diào)實時總功率P(t)與基準功率 P0之差Δ P與實時頻率誤差Δ f成正比，即 AP = P(t)-PO = K(f(t)-fo)=KAf (12) 其中fo為基準頻率，中國大陸為50化，f( t)為實時頻率，對所有本地控制器設(shè)置相同的 功頻響應(yīng)系數(shù)K; 2-2)定義第i標記的本地控制器的溫度優(yōu)先級化rii為：其中化1為空氣溫度，Tsi為用戶對空調(diào)的設(shè)置溫度，Δι是溫度控制死區(qū)，S化tei為第i臺 至調(diào)的開關(guān)狀態(tài)； 2-3)頻率傳感器每隔一個動作周期tact采集一次電網(wǎng)頻率，每臺本地控制器在一個動 作周期ta。*開始時刻，根據(jù)采集的電網(wǎng)頻率計算出全體空調(diào)的功率偏差δ;具體包括： 每臺空調(diào)的本地控制器根據(jù)獲得由中央控制器廣播的協(xié)調(diào)信息，計算出全體空調(diào)實時 總功率p(t):再根據(jù)公式(12)及(14)，得到全體空調(diào)的功率偏差S = P(t)-P〇-KAf; 2-4)每臺本地控制器判斷功率偏差δ是否處于動作死區(qū)ξ;當(dāng)功率偏差δ處于動作死區(qū) 時即I δ I《ξ，空調(diào)不參與調(diào)頻控制；當(dāng)功率偏差δ超出動作死區(qū)，則參與此次動作周期的調(diào) 頻控制動作； 2-5)每臺本地控制器估計全體空調(diào)下一動作周期tact開始時刻的空調(diào)開關(guān)狀態(tài)state。 2-6)每臺本地控制器根據(jù)中央控制器傳來的協(xié)調(diào)信息和步驟2-5)估計的空調(diào)開關(guān)狀 態(tài)，按照步驟1-2)自主運行方式估計下一動作周期ta。*的開始時刻其他房間空氣溫度化1及 修改空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)state。等待下一個動作周期到來轉(zhuǎn)步驟2-3)，或若下一通訊間隔tgap 開始時刻到來轉(zhuǎn)步驟1)。5. 如權(quán)利要求4所述基于大型建筑空調(diào)負荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，其特征在于，所 述步驟2-4)具體包括： 2-4-1)如果δ>ξ，根據(jù)式（13)計算所有本地空調(diào)中滿足statei = l的溫度優(yōu)先級化rii， 并按照溫度優(yōu)先級化rii的數(shù)值大小從大到小排序生成數(shù)組quQN，數(shù)組內(nèi)第1列為化rii，第2 列為Pi，第3列為i，并用r標記數(shù)組quGN的行；捜索即捜索使得功率誤差在死區(qū)范圍內(nèi)的最少調(diào)控集合，取出911〇^^'，3)^' = 1，2，-，，巧為本次 被調(diào)控空調(diào)編號的集合1?，計算Ion' = U e Ion I hiCTgom};若本地空調(diào)控制器編號iiocai e Ion '，則該臺空調(diào)參與本次調(diào)頻控制，即翻轉(zhuǎn)本地空調(diào)狀態(tài)，否則不動作； 2-4-2)如果δ<-ξ，根據(jù)式（13)計算所有本地空調(diào)中滿足statei = 0的溫度優(yōu)先級 化rii，并按照溫度優(yōu)先級化rii從大到小排序生成數(shù)組quGFF，數(shù)組內(nèi)第1列為化吐，第2列為 Pi，第3列為i，并用r標記數(shù)組quoFF的行;捜索即捜 索使得功率誤差在死區(qū)范圍內(nèi)的最少調(diào)控集合，取出qu〇FF( j，3)，j = 1，2，…，巧為本次被調(diào) 控空調(diào)編號的集合I日FF，計算I日FF' = {iei日FF|Tai>Tg〇ffi};若本地空調(diào)控制器編號ilDcaie loFF'，則該臺空調(diào)參與本次調(diào)頻控制，即翻轉(zhuǎn)本地空調(diào)狀態(tài)，否則不動作。
【文檔編號】F24F11/00GK106091239SQ201610390839
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610390839.X, CN 106091239 A, CN 106091239A, CN 201610390839, CN-A-106091239, CN106091239 A, CN106091239A, CN201610390839, CN201610390839.X
【發(fā)明人】吳文傳, 張伯明, 栗子豪, 孫宏斌, 王彬, 郭慶來
【申請人】清華大學(xué)