一種基于空調用電模式的負荷優化控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統及其自動化技術領域，具體涉及一種基于空調用電模式的負 荷優化控制方法。
【背景技術】
[0002] 需求響應是智能電網的核心手段或技術，也是智能電網的最佳應用之一，在智能 電網技術支持下，需求響應自動化將使得負荷調度真正成為可能，并在系統優化運行中扮 演重要角色，從而提高能源利用效率，擴大新能源利用，而這也是智能電網建設目標之一。 目前，發電側和輸電側的電網智能化技術已經相對成熟，用電側的智能化還有很大的差距， 需求響應的智能化對于智能電網技術在用戶側的發展具有重要意義。隨著需求響應等技術 不斷發展，電力終端用戶在使用用電設備時，單純的節約用電成本或奢侈性用電都不是恰 當的用電模式，同時，家庭能源系統等相關技術不斷發展也為研究用戶負荷特性以及空調 的用電模式提供了良好的環境和技術支撐。
[0003] 目前，雖然家庭能量管理系統已經能夠根據用戶的偏好自動設置空調模式，但是 對于空調能耗的降低效果以及人體舒適度的提高并不明顯，并且傳統空調缺少從消費者心 理學及人體舒適理論等方面去綜合考慮用戶體驗，室內空調都是以恒溫控制為主，使室內 的環境處于一種靜態的溫度控制中，因此，如何構建綜合考慮人體舒適因素和節能因素的 家庭空調系統的智能調節控制方案，在智能電網建設和自動需求響應項目中應用，是一個 亟需解決的問題。
【發明內容】
[0004] 為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于空調用電模式的負荷優化控制 方法。本發明以家用定頻空調作為主要的研究對象，在浮動電價的環境下，充分研究了在空 調使用過程中用戶的舒適度和空調的用電成本，并建立基于用戶空調用電模式的負荷控制 模型，定義了人體舒適滿意度、電費成本經濟性兩個參量，并且實現了對用戶綜合滿意度的 優化以及用戶需求響應潛力的挖掘，從電網層面，通過調整售電價格，使得用戶在特定時段 選擇合適的用電模式，從而實現了通過空調負荷的自動需求響應，在線調用空調負荷的可 調節能力。
[0005] 實現上述目的所采用的解決方案為：
[0006] -種基于空調用電模式的負荷優化控制方法，該方法包括如下步驟：
[0007] (1)根據定頻空調的一階熱動力學模型，建立室內溫度隨時間變化的函數關系；
[0008] ⑵根據定頻空調的特征，結合由用戶偏好設置的室內溫度控制區間，確定空調工 作狀態的占空比；
[0009] (3)建立人體舒適滿意度量化模型和用電成本經濟性量化模型；
[0010] (4)根據人體舒適滿意度和用電成本經濟性建立用戶綜合滿意度的優化模型； [0011] (5)建立空調用電模式的綜合調控策略。
[0012] 優選的，所述室溫隨時間變化的函數關系為：
[0014] 式中：S為空調的狀態，1表示關閉，0表示開啟；
為t時刻的室內溫度；
(t+i)時刻的室外溫度；Δ t為控制時間間隔，R為空調的熱阻，C為空調的熱容；η為空調 能效比；P為空調的額定制冷消耗功率，單位是kw，η P為空調的額定制冷量；TRe為時間常 數；t為時間。e為自然常數，
為t+Ι時刻的室內溫度。
[0015] 優選的，所述空調工作狀態的占空比的計算包括：
[0016] 設定空調的額定功率為P，空調一個運行周期內室外環境溫度為恒定值Tciut:
[0020] 式中：T+，T表示空調控制周期內空調溫度的上限和下限；τ m表示一個工作周期 內，空調處于開狀態的時間；Tciff表示一個工作周期內，空調處于關停狀態的時間；τ。表示 一個工作周期的時間；ε為散熱函數，
[0021] 所述空調工作狀態的占空比φ為：
[0022] 優選的，所述人體舒適滿意度量化模型：
?
[0024] P1表示人體舒適滿意度；Τ_，Τ_分別為用戶所能接受的室內溫度的上限和下 限；T in表示室內溫度的值；a，b，c表示根據用戶偏好設置的用戶參數，對于不同的用戶，其 值也會發生相應變化。
[0025] 優選的，所述用電成本經濟性量化模型：
[0027] 式中：μ 2表示空調的用電成本經濟性；P為空調的額定功率；S_，Sniax為用戶所能 接受的空調用電成本的最小值和最大值；λ為電力公司發布的實時電價；Φ為空調工作狀 態的占空比。
[0028] 優選的，所述用戶綜合滿意度由人體舒適滿意度和用電成本經濟性確定，包括：
[0029] 設一天N個優化時段，對于每一個優化時段，都有如下式：
[0030] max ( α μ 丄+β μ 2) (7)
[0031] 約束條件：
[0032] μ 1表示人體舒適滿意度；μ 2表示用電成本經濟性；α，β分別表示人體舒適滿意 度和用電成本經濟性所占用戶綜合滿意度的權重；T in表示室內溫度；
[0033] T_，Tniax為用戶所能接受的室內溫度的下限和上限；S _，Sniax為用戶所能接受的空 調用電成本的最小值和最大值；P為空調的額定功率；λ為電力公司發布的實時電價，每小 時變化一次；Φ為空調工作狀態的占空比
表示在每一個時段內都使得 用戶綜合滿意度最大。
[0034] 優選的，所述綜合調控策略，在自動需求響應項目中，電力公司可以通過調整電價 的大小，影響電費成本經濟性的變化，在綜合滿意度（μ:+μ 2)最大的約束下，通過尋優找 出該電價條件所對應的空調用電模式，從而確定空調工作時的占空比，達到對空調用電模 式控制，由此可以確定電價的變化所能控制的空調負荷的削減量，從而挖掘出在自動需求 響應項目中定頻空調的需求響應潛力。
[0035] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0036] 1、用戶綜合滿意度中，創新性地定義了人體舒適滿意度和空調的電費成本經濟性 兩個參量，從而實現了考慮用戶舒適度和經濟性方面的多重影響的綜合負荷優化控制，更 加的符合實際的用戶用電模式使用情況；
[0037] 2、關于人體舒適滿意度的模型中，根據實際的空調用電模式的使用情況，擬合出 了室內溫度的實時值與人體舒適滿意度的二次函數關系，有效的量化了溫度對人體舒適度 的影響。
[0038] 3、空調的電費成本經濟性模型中，根據電網平臺實時電價的具體實施情況和定頻 空調的實際運行情況，擬合出了實時電價和空調的工作模式（運行占空比）的函數關系，實 現了從電網層面通過調整實時電價的變化來對空調的運行模式進行優化。
[0039] 4、基于用電模式的空調負荷控制策略中，提出了優化用戶綜合滿意度的概念，并 用具體的算例進行了相關闡述和說明，從而實現了對空調用電模式的優化控制，并且挖掘 出了定頻空調在自動需求響應項目中的較大需求響應潛力。
【附圖說明】
[0040] 圖1本發明提供的基于空調用電模式的負荷控制策略實現流程圖；
[0041] 圖2電價與占空比之間的關系；
[0042] 圖3電價與用戶滿意度之間的關系。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0044] 如圖1所示，本發明實施例所提供的基于空調用電模式的負荷控制方法，主要包 括六個步驟：根據定頻空調的一階熱動力學模型，建立室溫隨時間變化的函數關系；根據 定頻空調的特征，結合室溫控制區間，確定空調工作狀態的占空比；建立主要受室內溫度影 響的人體舒適度和主要由電價和占空比控制的電費成本經濟性的衡量公式；在以上的基礎 上，確定由人體舒適度和電費成本經濟性共同確定的用戶綜合滿意度，建立用戶對空調用 電模式的自動需求響應綜合調控策略；空調負荷控制策略的算例分析。下面具體介紹各個 步驟的具體內容。
[0045] 所述給予用電模式空調負荷控制策略是在大數據環境下，考慮各種輸入輸出等需 求響應命令的執行以及控制命令的生成等提出的一種控制策略；
[0046] 步驟1)家庭用戶和小型工商業用戶的空調機組可以用簡化的等效熱參數模型 (equivalent thermal parameters，ETP)來表示其熱動力學原理，根據空調的熱動力學模 型可以建立室內溫度T和時間t的關系：
[0048] 式中：s為空調的狀態，1表示關閉，0表示開啟；
為t時刻的室內溫度；
(t+i)時刻的室外溫度；Δ t為控制時間間隔，R為空調的熱阻，C為空調的熱容；η為空調 能效比；P為空調的額定制冷消耗功率，單位是kw，η ρ為空調的額定制冷量；τκε為時間常 數；t為時間，e為自然常數，
為t+Ι時刻的室內溫度。
[0049] 步驟2)考慮到空調的工作特征，空調負荷控制過程中要滿足用戶舒適度要求，即 室溫區間[T，T +]，要求用戶的室溫不能超過該區間，當室溫越接近于T+時，對應的空調負 荷可關停持續時間越長，空調達到溫度設定最小值T，則進入"關停"狀態，達到最大值T ciut, 則進入"開啟"狀態，如下式：
[0051] 式中：s表示空調的工作狀態，S (t)表示t時刻空調的工作狀態，S (t-Ι)表示t-1 時刻空調的工作狀態。
[0052] 設定空調的額定功率為P，控制周期內室外環境溫度為恒定值Tciut:
[0056] 式中：T+，T表示空調控制周期內溫度的上限和下限；τ ^表示一個工作周期內，空 調處于開狀態的時間；T