技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略。

背景技術(shù)：

空調(diào)作為建筑物的主要設(shè)施，由于能提供給人們舒適生活或生產(chǎn)需要的特定空間空氣溫度、相對(duì)濕度、潔凈度、噪音或空氣流速等被越來(lái)越多的企事業(yè)單位或群體使用，所以伴隨中華大地建筑主體完工而出現(xiàn)了空調(diào)配置數(shù)量的飛速攀升。空調(diào)數(shù)量的日益龐大意味著建筑用能需求的不斷提升。為響應(yīng)節(jié)能政策，許多空調(diào)廠家推出了變頻空調(diào)，但是節(jié)能的變頻空調(diào)大量接入電網(wǎng)又會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成大量諧波，影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，也影響電能質(zhì)量。變頻運(yùn)行造成的高次諧波誤觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失控。因此，未來(lái)的電網(wǎng)側(cè)或負(fù)荷側(cè)設(shè)計(jì)相應(yīng)的諧波主動(dòng)抑制電路，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)友好型負(fù)荷目標(biāo)尤有必要。

高峰負(fù)荷無(wú)功不足會(huì)造成電壓崩潰，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)瓦解。這無(wú)疑給正常的社會(huì)經(jīng)濟(jì)秩序和人民的日常生活帶來(lái)了極大的影響，在當(dāng)前電力供求矛盾非常突出的情況下，如何友好用電，提高中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)和整個(gè)空調(diào)主機(jī)的運(yùn)行效率，降低其能耗是當(dāng)務(wù)之急，新型的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)已成為空調(diào)領(lǐng)域技術(shù)開(kāi)發(fā)的首要任務(wù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的中央空調(diào)系統(tǒng)最大負(fù)載能力是按照當(dāng)?shù)氐淖罡邭鉁?、最大?fù)荷工作環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)的，而中央空調(diào)98％的時(shí)間在70％負(fù)載上下波動(dòng)，所以系統(tǒng)運(yùn)行控制設(shè)計(jì)存在較大余量。要較好實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適功能目標(biāo)，盡量減少對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響，這些都離不開(kāi)科學(xué)的控制及低電壓跌落防治與諧波治理技術(shù)。有人通過(guò)對(duì)大量引起電網(wǎng)電壓畸變而形成諧波的變速空調(diào)（VSAC）統(tǒng)計(jì)分析，表明變頻空調(diào)是國(guó)內(nèi)引起電壓畸變的大型負(fù)荷之一。

隨著大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，風(fēng)電、太陽(yáng)能等波動(dòng)性能源的大規(guī)模接入以及各類(lèi)電力負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)電網(wǎng)的脆弱性日益突顯，夏季高峰時(shí)段的空調(diào)負(fù)荷高比例，加上隨伴霧霾天氣誕生更多的空氣凈化新產(chǎn)品的投入，勢(shì)必加劇電網(wǎng)不穩(wěn)定性，增加電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。在考慮負(fù)荷運(yùn)行功能需求特性分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行負(fù)荷節(jié)能運(yùn)行電能友好調(diào)度設(shè)計(jì)，順應(yīng)國(guó)家當(dāng)前節(jié)能減排口號(hào)，具有積極意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種解決分布式空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與電網(wǎng)供電電能質(zhì)量矛盾問(wèn)題的基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略，

步驟1.供電側(cè)與負(fù)荷側(cè)之間直流母線側(cè)設(shè)計(jì)Z型低電壓穿越及諧波預(yù)防電路，在非線性負(fù)荷群變頻啟動(dòng)時(shí)緩沖電流突變對(duì)電網(wǎng)的影響。設(shè)置電網(wǎng)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)重低電壓穿越及電網(wǎng)其它緊急電網(wǎng)故障故障下，緊急切斷電網(wǎng)側(cè)電源供應(yīng)，硬件互鎖聯(lián)動(dòng)電路啟動(dòng)儲(chǔ)能電源供電直流母線，通過(guò)DC-AC逆變供電負(fù)載工作。緊密結(jié)合負(fù)荷預(yù)測(cè)，電池儲(chǔ)能與負(fù)荷錯(cuò)峰管理相結(jié)合，直流母線與儲(chǔ)能電池之間雙向充放電電路，在用電低谷時(shí)段充分利用電能進(jìn)行儲(chǔ)能，用電高峰時(shí)段儲(chǔ)能釋放，實(shí)現(xiàn)部分負(fù)荷移峰填谷，保證空調(diào)負(fù)荷正常運(yùn)行。當(dāng)用電高峰電池荷電狀態(tài)不足以維持負(fù)荷正常運(yùn)行，同時(shí)室內(nèi)溫度及濕度監(jiān)測(cè)在人體適應(yīng)度一定范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)合中央空調(diào)系統(tǒng)在冷熱源發(fā)揮作用或消退方面存在的時(shí)間延遲特性，臨時(shí)采用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備暫停策略。

步驟2. 根據(jù)步驟1所述一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略，電池充放電行為的控制與管理其特征在于：所述電池儲(chǔ)能裝置BESS(儲(chǔ)能電池系統(tǒng)) SOC（電池荷電狀態(tài)）管理采用出廠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合。采用如下步驟進(jìn)行:

步驟2-1.采用廠家提供實(shí)驗(yàn)曲線與實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)采樣數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)充放電電流進(jìn)行積分計(jì)算，結(jié)合充放電周期及先前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)修正充放電曲線變化，獲取當(dāng)前動(dòng)態(tài)荷電狀態(tài)變化趨勢(shì)，盡可能準(zhǔn)確進(jìn)行電池剩余容量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)計(jì)量。

步驟2-2.雙向DC-DC控制器設(shè)計(jì)，由于系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池充當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷與空調(diào)負(fù)荷電源的雙面角色，涉及功率電流頻繁流入及流出，選用雙向DC-DC控制電路。

步驟3. 一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略，其中諧波處理采用硬件器件電路與軟件編程相結(jié)合，包括如下步驟：

步驟3-1. 在變換器的電網(wǎng)側(cè)及直流母線側(cè)設(shè)置一定諧波階次的濾波電路，直流母線側(cè)加裝超級(jí)電容吸收高次諧波，抑制電壓波動(dòng)，吸納兩側(cè)在此交合的部分諧波，避免衍生新的諧波頻率；變換器與負(fù)荷之間施加濾波環(huán)節(jié)，作為RLC無(wú)源濾波器，可以再濾去一部分高頻諧波。

步驟3-2. 考慮僅用無(wú)源濾波器，需要的濾波器件繁多，消除的諧波的頻率范圍不完整，附加費(fèi)用高，速度慢，能耗大，在簡(jiǎn)單無(wú)源濾波基礎(chǔ)上引進(jìn)高功率有源濾波器。結(jié)合監(jiān)測(cè)負(fù)載端的電流電壓，與電源端鎖相環(huán)出來(lái)的參數(shù)值進(jìn)行比較，通過(guò)調(diào)節(jié)變換器的PWM來(lái)消除低頻諧波。

本發(fā)明所述一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

（1）考慮空調(diào)負(fù)荷占比整個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷較高，運(yùn)行時(shí)段比較集中，對(duì)電網(wǎng)容量需求越來(lái)越高等需求特性。創(chuàng)新性引進(jìn)儲(chǔ)能電池，在用電負(fù)荷高峰時(shí)期，切入儲(chǔ)能系統(tǒng)作為空調(diào)負(fù)荷電源，削峰調(diào)谷，主動(dòng)參與電網(wǎng)調(diào)度。

(2)空調(diào)負(fù)荷全年度利用率不高，從性價(jià)比最優(yōu)角度，在儲(chǔ)能系統(tǒng)與變換器直流母線之間創(chuàng)新性設(shè)計(jì)雙向DC-DC充放電電路。降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本，縮小控制器占用空間大小。

(3)針對(duì)節(jié)能變頻運(yùn)行產(chǎn)生的諧波，綜合采用固定濾波電路與嵌入智能控制技術(shù)，在直流母線處引進(jìn)能消除部分諧波及抑制低電壓穿越的Z型電路，大容量電容較好避免變換器兩側(cè)的諧波源相互作用，預(yù)防催生新的諧波類(lèi)型，同時(shí)預(yù)防電網(wǎng)電壓跌落對(duì)負(fù)荷造成不利影響。簡(jiǎn)單濾波電路濾去高次諧波。智能控制緊密結(jié)合負(fù)荷側(cè)諧波監(jiān)測(cè)，濾除低次諧波。

（4）有效利用儲(chǔ)能電池壽命，運(yùn)用優(yōu)化協(xié)同控制及調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)友好用電，達(dá)到有效節(jié)能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略功能模塊連接控制示意圖；

圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略的功能模塊調(diào)度示意圖；

圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略所要解決變頻控制饋線諧波示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略，所采用硬件包括：電網(wǎng)接口模塊、削峰填谷控制模塊、舒適度兼節(jié)能控制模塊。

步驟一，供電側(cè)與負(fù)荷側(cè)之間直流母線側(cè)設(shè)計(jì)Z型低電壓穿越及諧波預(yù)防電路，在非線性負(fù)荷群變頻啟動(dòng)時(shí)緩沖電流突變對(duì)電網(wǎng)的影響。

步驟二，設(shè)置電網(wǎng)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)重低電壓穿越及電網(wǎng)其它緊急電網(wǎng)故障故障下，緊急切斷電網(wǎng)側(cè)電源供應(yīng)，硬件互鎖聯(lián)動(dòng)電路啟動(dòng)儲(chǔ)能電源供電直流母線，通過(guò)DC-AC逆變供電負(fù)載工作。

步驟三，緊密結(jié)合負(fù)荷預(yù)測(cè)，電池儲(chǔ)能與負(fù)荷錯(cuò)峰管理相結(jié)合，直流母線與儲(chǔ)能電池之間雙向充放電電路，在用電低谷時(shí)段充分利用電能進(jìn)行儲(chǔ)能，用電高峰時(shí)段儲(chǔ)能釋放，實(shí)現(xiàn)部分負(fù)荷移峰填谷，保證空調(diào)負(fù)荷正常運(yùn)行。當(dāng)用電高峰電池荷電狀態(tài)不足以維持負(fù)荷正常運(yùn)行，同時(shí)室內(nèi)溫度及濕度監(jiān)測(cè)在人體適應(yīng)度一定范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)合中央空調(diào)系統(tǒng)在冷熱源發(fā)揮作用或消退方面存在的時(shí)間延遲特性，臨時(shí)采用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備暫停策略。

實(shí)施例1：

作為具體實(shí)施例一的一個(gè)電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略硬件設(shè)備實(shí)施例，如圖2所示，具體包括：

諧波處理與低電壓穿越電路設(shè)計(jì)

空調(diào)負(fù)荷采用變頻節(jié)能運(yùn)行調(diào)節(jié)方式，在電網(wǎng)與變頻系統(tǒng)及變頻系統(tǒng)與負(fù)荷之間設(shè)計(jì)LC濾波電路，濾去一部分高頻諧波，中間直流母線設(shè)計(jì)Z型電路主要為了預(yù)防低電壓穿越對(duì)設(shè)備影響，作為濾波電路可再濾去一部分諧波。通過(guò)供電側(cè)與負(fù)荷側(cè)之間設(shè)計(jì)諧波處理及低電壓穿越預(yù)防電路，避免非線性負(fù)荷變頻啟動(dòng)及工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)的影響。

嚴(yán)重低電壓穿越及電網(wǎng)其它緊急故障下儲(chǔ)能電路接入設(shè)計(jì)

儲(chǔ)能電池技術(shù)不斷進(jìn)步，容量也越來(lái)越高，其能量完全能夠供給中小功率分布式空調(diào)負(fù)荷的峰值時(shí)段用電需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)，在空調(diào)負(fù)荷系統(tǒng)電源供應(yīng)中靈活切入儲(chǔ)能電池，用來(lái)控制直流母線端電壓，設(shè)計(jì)合理雙向充放電電路，緩沖大量空調(diào)集中時(shí)段內(nèi)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)造成的供電壓力。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電壓大幅跌落用電高峰時(shí)，緊急切斷電網(wǎng)側(cè)電源供應(yīng)，硬件互鎖聯(lián)動(dòng)電路啟動(dòng)儲(chǔ)能電源供電直流母線，通過(guò)DC-AC逆變供電負(fù)載工作。儲(chǔ)能側(cè)電源及時(shí)切入，維持空調(diào)負(fù)荷可靠正常運(yùn)行，減少負(fù)荷端設(shè)備損壞。

電池儲(chǔ)能與負(fù)荷錯(cuò)峰管理設(shè)計(jì)

緊密結(jié)合負(fù)荷預(yù)測(cè)，引進(jìn)儲(chǔ)能電池，在用電低谷時(shí)段充分利用電能進(jìn)行儲(chǔ)能，用電高峰時(shí)段儲(chǔ)能釋放，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷移峰填谷，維持負(fù)荷正常運(yùn)行。當(dāng)用電高峰電池荷電狀態(tài)不足以維持負(fù)荷正常運(yùn)行，同時(shí)室內(nèi)溫度及濕度監(jiān)測(cè)在人體適應(yīng)度一定范圍內(nèi)時(shí)，由于央空調(diào)系統(tǒng)從制冷機(jī)產(chǎn)生冷量到傳送至末端發(fā)揮作用，或停機(jī)到室內(nèi)冷熱源所釋放能量完全消退有20-30分鐘的延遲，可臨時(shí)采用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備暫停策略，儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)情況間斷充電。

雙向DC-DC控制器設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池充當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷與空調(diào)電源的雙面角色，涉及功率頻繁流入及流出，如果系統(tǒng)選用單向功率流DC-DC變換器，需要兩個(gè)變換器，增加了設(shè)計(jì)成本，也增加了裝置空間體積，因此，課題考慮空調(diào)負(fù)荷全年度利用率不高因素，從性價(jià)比最優(yōu)角度，選用雙向DC-DC控制電路。

實(shí)施例3：

如圖2，圖3所示，作為本發(fā)明的一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略功能模塊調(diào)度策略示意圖。采用電網(wǎng)友好負(fù)荷硬件電路設(shè)計(jì)與嵌入編程技術(shù)相結(jié)合，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行在時(shí)序上必須緊密結(jié)合電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)及空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)信號(hào)，一個(gè)總的優(yōu)化調(diào)度模塊可以協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)各子模塊運(yùn)行。實(shí)施具體步驟如下：

步驟1，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)，當(dāng)檢測(cè)有啟動(dòng)要求時(shí)，檢測(cè)當(dāng)前電網(wǎng)負(fù)荷情況，判斷是否處于需求高峰時(shí)段；

步驟2，如果是高峰時(shí)段，首選儲(chǔ)能供電，負(fù)荷離網(wǎng)運(yùn)行，與此同時(shí)測(cè)試荷電狀態(tài)，判斷荷電狀態(tài)情況。如果不是高峰時(shí)段，判斷是否用電低谷，利用用電低谷時(shí)段儲(chǔ)能，直到儲(chǔ)滿為負(fù)荷高峰時(shí)段到來(lái)作準(zhǔn)備。如果不是高峰也不是低谷，負(fù)荷并網(wǎng)正常運(yùn)行。當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)刻關(guān)注電網(wǎng)低電壓與電網(wǎng)故障情況；

步驟3，當(dāng)儲(chǔ)能電池耗電到荷電狀態(tài)不足以繼續(xù)供電維持負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)無(wú)電壓跌落或電網(wǎng)故障時(shí)，負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行。如果電網(wǎng)有電壓跌落或電網(wǎng)故障時(shí)，負(fù)荷短暫停機(jī)20-30分鐘；

步驟4，監(jiān)測(cè)諧波情況，以程序參數(shù)動(dòng)態(tài)修正，去除硬件電路未能處理的諧波，再返回負(fù)荷預(yù)測(cè)。

圖4簡(jiǎn)單描述一種基于電能友好空調(diào)負(fù)荷側(cè)主動(dòng)需求策略中空調(diào)負(fù)荷諧波情況。變頻空調(diào)在電網(wǎng)故障時(shí)吸收的無(wú)功不大，而變頻空調(diào)運(yùn)行所引起的諧波不可忽視，變頻空調(diào)由于變頻器的輸入側(cè)為整流回路，具有非線性特性，產(chǎn)生的高次諧波使電流源或電壓源波形發(fā)生畸變。圖中饋線上的相比i₀輸入端起始端i_i，發(fā)生了畸變，同時(shí)，變頻器輸出電路是脈寬調(diào)制控制電路，使輸出的電壓電流也產(chǎn)生高次諧波。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：

1.電網(wǎng)負(fù)荷運(yùn)行需求高峰時(shí)段，儲(chǔ)能靈活接入，維持空調(diào)負(fù)荷可靠正常運(yùn)行，避免負(fù)荷端設(shè)備損壞；緩沖大量空調(diào)集中時(shí)段內(nèi)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)造成的供電壓力。

2.利用電網(wǎng)負(fù)荷需求低谷時(shí)段儲(chǔ)能，需求峰值釋放儲(chǔ)能，起到削峰調(diào)谷作用。

3.諧波采用軟硬件相結(jié)合方式，這種方法與單靠無(wú)源濾波器消除部分諧波的方法相比，顯然在源頭直接進(jìn)行諧波處理效果更佳，直流部分接有Z型LC電路，同時(shí)也提升電路抵抗電壓瞬間波動(dòng)的能力。總的來(lái)說(shuō)，RLC濾波電路略去高次諧波，先進(jìn)嵌入控制器可消除低次諧波。

4.儲(chǔ)能系統(tǒng)與變流器直流母線間接入雙向DC-DC控制電路，節(jié)省成本，提高性價(jià)比。