一種基于大型建筑空調(diào)負(fù)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(fù)荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，屬于電力系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)行熱模型參數(shù)辨識(shí)并進(jìn)行本地空調(diào)自主控制，在一個(gè)通訊間隔結(jié)束時(shí)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(gè)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(gè)動(dòng)作周期開(kāi)始時(shí)刻判斷功率偏差是否超出動(dòng)作死區(qū)，若超出則進(jìn)行一次調(diào)頻控制動(dòng)作，否則不動(dòng)作，并估計(jì)全體空調(diào)下一動(dòng)作周期開(kāi)始時(shí)刻運(yùn)行狀況。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)空調(diào)集群負(fù)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(shuō)明】
一種基于大型建筑空調(diào)負(fù)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(yùn)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(fù)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)電與負(fù)荷平衡，應(yīng)對(duì)事故擾動(dòng)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(jī)組和大型火電機(jī)組提供，其響 應(yīng)時(shí)間在秒數(shù)級(jí)。隨著大規(guī)模新能源發(fā)電的接入，電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量顯著減小，且新能源 發(fā)電出力的隨機(jī)性和不可控性加大了電力系統(tǒng)的調(diào)頻負(fù)擔(dān)。同時(shí)，高壓直流輸電的接入取 代了本地電源，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的一次調(diào)頻容量。因此，如何發(fā)揮負(fù)荷側(cè)的潛在能力參與 系統(tǒng)一次調(diào)頻成為一個(gè)迫切的問(wèn)題。
[0003] 基于負(fù)荷側(cè)響應(yīng)機(jī)制，組織和管理數(shù)量眾多而單體功率小的可控?zé)嶝?fù)荷參與電力 系統(tǒng)一次調(diào)頻是一種可行的思路。通過(guò)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(chǔ)能效益的群體負(fù)荷參與輔助服務(wù)，同時(shí)保證末端用戶的舒適度不受明顯影響。這 是因?yàn)榭煽責(zé)嶝?fù)荷是能量型負(fù)荷，即用戶只關(guān)心一段時(shí)間內(nèi)用電器向熱環(huán)境釋放的熱能， 而不關(guān)心每時(shí)每刻的功率，而一次調(diào)頻的誤差信號(hào)為脈沖型，其一段時(shí)間內(nèi)積分趨近于零， 故不會(huì)導(dǎo)致末端能量輸出產(chǎn)生明顯變化。與此同時(shí)，可控?zé)嶝?fù)荷占總負(fù)荷比重逐日上升，潛 力巨大。美國(guó)建筑中的可控?zé)嶝?fù)荷占全網(wǎng)用電負(fù)荷的35%以上，中國(guó)的空調(diào)負(fù)荷增長(zhǎng)迅速， 夏季空調(diào)負(fù)荷占電網(wǎng)最大負(fù)荷的20%左右，可見(jiàn)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(huì)導(dǎo)致某一時(shí)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(chǔ)能負(fù)荷參與負(fù)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(fù)荷集 群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，實(shí)現(xiàn)空調(diào)集群負(fù)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(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明提出的基于大型建筑空調(diào)負(fù)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(fù)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(tái)中央控制器，本地控制層包括N個(gè)本地控制器，N臺(tái)空調(diào)和各臺(tái)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(gè)通訊間隔（15秒至1分鐘)進(jìn)行一次 雙向通信，本地控制器每隔一個(gè)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(wú)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(gè)動(dòng)作 周期對(duì)本地空調(diào)進(jìn)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(jìn)行熱模型參數(shù)辨識(shí)并進(jìn)行本地空調(diào)自主控制，在一個(gè)通訊間隔 (15秒至1分鐘）結(jié)束時(shí)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(gè)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(gè)動(dòng)作周期（1秒或其他設(shè)定時(shí)間）開(kāi)始時(shí)刻判斷功率偏差是否超出動(dòng)作死區(qū)，若超出則 進(jìn)行一次調(diào)頻控制動(dòng)作，否則不動(dòng)作，并估計(jì)全體空調(diào)下一動(dòng)作周期開(kāi)始時(shí)刻(與本時(shí)刻相 隔一個(gè)動(dòng)作周期）運(yùn)行狀況；到達(dá)下一個(gè)通訊間隔開(kāi)始時(shí)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(fù)荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法的特點(diǎn)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(guò)快速控制空調(diào)負(fù)荷集群可以實(shí)現(xiàn)其類發(fā)電機(jī)的線性功頻特性參與電網(wǎng)的一次 調(diào)頻，每臺(tái)空調(diào)在本地進(jìn)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(shí)間與中央?yún)f(xié) 調(diào)層進(jìn)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(fù)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(yùn)行功率、狀態(tài)、房間溫 度、房間熱動(dòng)態(tài)模型等信息，然后廣播到各個(gè)本地控制器;這種架構(gòu)較好解決了集中控制時(shí) 延過(guò)長(zhǎng)，而分布控制缺乏協(xié)調(diào)的問(wèn)題，提高了控制精度并解決了反彈問(wèn)題；
[0014] 2.本地控制層控制器各自基于房間熱動(dòng)態(tài)模型估計(jì)全體空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)和房間 的溫度，并以此為依據(jù)進(jìn)行空調(diào)群排序，以自身空調(diào)的排名位置和實(shí)時(shí)測(cè)量頻率偏差為依 據(jù)決定是否觸發(fā)本地調(diào)頻動(dòng)作，實(shí)質(zhì)上為一種本地控制算法，提高了對(duì)功頻誤差的響應(yīng)速 度。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例采用的兩層控制架構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例方法流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明提出的基于大型建筑空調(diào)負(fù)荷集群的電網(wǎng)一次調(diào)頻方法，結(jié)合附圖及實(shí)施 例說(shuō)明如下：
[0018] 本實(shí)施例如圖1所示，空調(diào)負(fù)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(tái)中央控制器，本地控制層包括N臺(tái)本地控制器，N臺(tái)空調(diào)和各臺(tái)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(gè)通訊間隔進(jìn)行 一次雙向通信，本地控制器每隔一個(gè)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(wú)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(wú)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(gè)動(dòng)作 周期對(duì)本地空調(diào)進(jìn)行一次調(diào)控。
[0019] 本發(fā)明提出的基于大型建筑空調(diào)負(fù)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(jìn)行熱模型參數(shù)辨識(shí)并進(jìn)行本地空調(diào)自主控制，在一個(gè)通訊間隔 tgap(15秒至1分鐘)結(jié)束時(shí)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(gè)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(gè)動(dòng)作周期秒或其他設(shè)定時(shí)間)開(kāi)始時(shí)刻判斷功率偏差是否超出動(dòng)作死區(qū)，若超出 則進(jìn)行一次調(diào)頻控制動(dòng)作，否則不動(dòng)作，并估計(jì)全體空調(diào)下一動(dòng)作周期t ac；t開(kāi)始時(shí)刻（與本 時(shí)刻相隔一個(gè)動(dòng)作周期tact)運(yùn)行狀況;到達(dá)下一個(gè)通訊間隔開(kāi)始時(shí)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(tái)本地控制器i，i = 1.2......N，分別進(jìn)行房間熱模型參數(shù)辨識(shí)得到參數(shù)：
[0024] 每個(gè)空調(diào)房間i，i = 1.2……N，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)熱模型辨識(shí)曲線與實(shí)際溫度曲 線之間的誤差要求和本地控制器硬件存儲(chǔ)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(gè)熱模型的待辨識(shí)參數(shù)個(gè)數(shù)分別是1個(gè)、2個(gè)和4個(gè)，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(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)室內(nèi)溫度r<° g(簡(jiǎn)稱翻 轉(zhuǎn)溫度初始值)之差，而A U對(duì)應(yīng)為當(dāng)前時(shí)間和本地空調(diào)最近一次翻轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)間^(簡(jiǎn) 稱翻轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)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(duì)房間熱模型進(jìn)行參數(shù)辨 識(shí)，得到房間熱模型辨識(shí)出的參數(shù);具體為：
[0032]用k標(biāo)記溫度記錄次數(shù)，且記錄每一次記錄溫度時(shí)的本地空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)statei(其等 于1代表開(kāi)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(shí)模型為
'當(dāng)本地空調(diào)的狀態(tài)statei = 1，根據(jù)此時(shí)記錄的k值，辨識(shí)出 0N(開(kāi))狀態(tài)參數(shù)，反之，本地空調(diào)的狀態(tài)statei = 0,根據(jù)此時(shí)記錄的k值，辨識(shí)出OFF(關(guān))狀 態(tài)參數(shù);若選用一階模型，則參數(shù)辨識(shí)模型
，類 似的在不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)下辨識(shí)出0N(開(kāi))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(shí)模型 ，類似的在不
同開(kāi)關(guān)狀態(tài)下辨識(shí)出ON和OFF狀態(tài)的兩組參數(shù)6igV, #和;
[0033] 本發(fā)明對(duì)所有的本地控制器都設(shè)置為相同的熱模型，本實(shí)施例中選用一階模型， 通過(guò)公知算法，辨識(shí)出的房間熱模型參數(shù)為q?，#和
[0034] 1-2)本地控制器進(jìn)行本地空調(diào)自主控制，具體包括：
[0035] 以i標(biāo)記第i個(gè)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(kāi)關(guān)狀態(tài)為stated其等于1代表開(kāi)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(kāi)關(guān)狀態(tài)的恒功率出力空調(diào)，其運(yùn)行功率為Pi;
[0036] 每臺(tái)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集房間內(nèi)空氣溫度，本地控制器每隔一個(gè)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(tái)空調(diào)由用戶直接對(duì)空調(diào)設(shè)置需要的溫度，設(shè)該溫度為TSl，且每臺(tái)空調(diào)設(shè)有溫 度控制死區(qū)△ i(每臺(tái)空調(diào)的控制死區(qū)△ i為空調(diào)出廠設(shè)置屬性，本實(shí)施例設(shè)定為1°C );本地 控制器采用下列公式進(jìn)行自主控制：
[0040] 上述式中，Tai為房間的空氣溫度，^、:^分別對(duì)應(yīng)本地空調(diào)控制死區(qū)溫度的上、下 限，T Sl為用戶對(duì)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(kāi)關(guān)狀態(tài)(其等于1 代表開(kāi)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(dá)到本地空調(diào)控制死區(qū)溫度的上限時(shí)，本地控制器自主控制打開(kāi)空調(diào)；當(dāng)空調(diào)的stat ei = 1，即空調(diào)處于打開(kāi)狀態(tài)，若房間的空氣溫度Tai下降達(dá)到本地空調(diào)控制死區(qū)溫度的下限& 時(shí)，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(shí)刻（即通訊時(shí)刻），每臺(tái)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(kāi)關(guān)狀態(tài) statei、運(yùn)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(tái)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(hào)i e N對(duì)應(yīng)的室內(nèi)空氣溫度Tai，空調(diào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)statei，運(yùn) 行功率P,，房間設(shè)置溫度TSl，溫度控制死區(qū)△ i和對(duì)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(gè)本地控制器對(duì)應(yīng)的房間熱模型參數(shù)后，計(jì)算出每臺(tái)空 調(diào)基準(zhǔn)功率P〇i并求和獲得全體空調(diào)運(yùn)行基準(zhǔn)功率P0,并同時(shí)廣播全體空調(diào)運(yùn)行基準(zhǔn)功率 P0至各臺(tái)本地控制器;具體包括：
[0045] 每臺(tái)空調(diào)運(yùn)行基準(zhǔn)功率ΡΟ,對(duì)應(yīng)其在通訊間隔tgap內(nèi)的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T,(開(kāi)關(guān)周期 指的是空調(diào)按照本地自主控制邏輯在開(kāi)關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換而周期運(yùn)行時(shí)的一個(gè)周期時(shí)間）的平 均功率；中央控制器根據(jù)已經(jīng)獲得每個(gè)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(shí)該室內(nèi)溫度等于 上限溫度?的時(shí)刻），求解= (ds) - ?伽得到f (意義為當(dāng)空調(diào)處于 ON狀態(tài)時(shí)該室內(nèi)溫度等于下限溫度Xi的時(shí)刻），求解f - 7^，二 得到if (意義為當(dāng)空調(diào)處于OFF狀態(tài)時(shí)該室內(nèi)溫度等于上限溫度零的時(shí)刻），求解 & - = ?#ΜΡ? _ 得到f (意義為當(dāng)空調(diào)處于OFF狀態(tài)時(shí)該室內(nèi)溫度 等于下限溫度li的時(shí)刻），則
[0046] T〇nt = tf] -^2) (8)
[0047] (9)
[0048] 每臺(tái)空調(diào)的基準(zhǔn)功率POi計(jì)算式為
[0050] 其中，Tom為在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ti內(nèi)空調(diào)處于0N狀態(tài)的時(shí)間，而Toffi為處于OFF狀態(tài) 的時(shí)間；
[0051 ] 全體空調(diào)的運(yùn)行基準(zhǔn)功率P0為每臺(tái)空調(diào)基準(zhǔn)功率和，即
[0053]中央控制器廣播全體空調(diào)運(yùn)行基準(zhǔn)功率P0至各臺(tái)本地控制器；
[0054]所述步驟2)具體包括：
[0055] 2-1)空調(diào)負(fù)荷集群一次調(diào)頻響應(yīng)的控制目標(biāo)是全體空調(diào)實(shí)時(shí)總功率P(t)與基準(zhǔn) 功率P0之差Δ P與實(shí)時(shí)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(zhǔn)頻率，中國(guó)大陸為50Hz，f( t)為實(shí)時(shí)頻率，對(duì)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(dòng)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?。?；
[0058] 2-2)定義第i標(biāo)記的本地控制器的溫度優(yōu)先級(jí)Tprii為：
[0060] 其中Tai為空氣溫度，TSl為用戶對(duì)空調(diào)的設(shè)置溫度，Δ,是溫度控制死區(qū)， stateiS 第i臺(tái)空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)(ON對(duì)應(yīng)1，0FF對(duì)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(diǎn)的空調(diào)優(yōu)先級(jí)越大；當(dāng)空調(diào)的statei = l，即空調(diào)處于打開(kāi)狀態(tài)，若房 間的空氣溫度Tai越低，溫度優(yōu)先級(jí)Tprh越高，在本地控制器調(diào)頻過(guò)程中優(yōu)先打開(kāi)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(jí)Tpri^ 高，在本地控制器調(diào)頻過(guò)程中優(yōu)先打開(kāi)該空調(diào)；
[0061] 2-3)頻率傳感器每隔一個(gè)動(dòng)作周期tact采集一次電網(wǎng)頻率，每臺(tái)本地控制器在一 個(gè)動(dòng)作周期開(kāi)始時(shí)刻，根據(jù)采集的電網(wǎng)頻率計(jì)算出全體空調(diào)的功率偏差δ;具體如下：
[0062] 每臺(tái)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(kāi)關(guān)狀態(tài)statei以及功率Pi)，計(jì)算出全體空調(diào)的實(shí)時(shí)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(tái)本地控制器判斷功率偏差δ是否處于動(dòng)作死區(qū)ξ(ξ根據(jù)精度要求不同自 行設(shè)定，本實(shí)施例設(shè)定為lkw);當(dāng)功率偏差δ處于動(dòng)作死區(qū)時(shí)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(dòng)作死區(qū)，則參與此次動(dòng)作周期的調(diào)頻控制動(dòng)作;具體如下：
[0066] 2-4-1)如果δ>ξ，根據(jù)式（13)計(jì)算全體空調(diào)中滿足statei = l的溫度優(yōu)先級(jí)Tprii， 并按照溫度優(yōu)先級(jí)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(biāo)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(hào)的集合Iqn，計(jì)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(hào)^。。^^"。，則該臺(tái)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(dòng)作；
[0067] 2-4-2)如果δ<-ξ，根據(jù)式（13)計(jì)算全體空調(diào)中滿足statei = 0的溫度優(yōu)先級(jí) Tprii，并按照溫度優(yōu)先級(jí)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(biāo)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(hào)的集合Iciff計(jì)算Iciff' = {ie 1，％1>18<^負(fù)}(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?？梢匀镕-οαδ,.若本地空調(diào)控制 器編號(hào)，則該臺(tái)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(kāi)本地空調(diào)）， 否則不動(dòng)作；
[0068] 2-5)(在步驟2-4)中一次調(diào)頻完成后，）每臺(tái)本地控制器估計(jì)全體空調(diào)下一動(dòng)作周 期t ac；t開(kāi)始時(shí)刻(與本時(shí)刻相隔一個(gè)動(dòng)作周期tac；t)所有空調(diào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)stated在當(dāng)前動(dòng)作周 期中一部分空調(diào)改變了開(kāi)關(guān)狀態(tài)），估計(jì)各空調(diào)開(kāi)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(tái)空調(diào)參與了調(diào)頻動(dòng)作ielcrn，那么此時(shí)空調(diào)狀態(tài)為關(guān)閉，即 statei = 0,記錄開(kāi)關(guān)翻轉(zhuǎn)前的空氣溫度Tait°g和翻轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)刻的時(shí)間
[0072] 如果第i臺(tái)空調(diào)參與了調(diào)頻動(dòng)作ieiQFF，那么此時(shí)空調(diào)狀態(tài)為打開(kāi)，g卩 statei = l， 記錄開(kāi)關(guān)翻轉(zhuǎn)前的空氣溫度Tait°g和翻轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)刻的時(shí)間
[0073] 2-5-4)丨=丨+1;如果丨^^轉(zhuǎn)到步驟2-5-3);否則 ;進(jìn)行步驟2-6);
[0074] 2-6)每臺(tái)本地控制器根據(jù)中央控制器傳來(lái)的協(xié)調(diào)信息和步驟2-5)估計(jì)的空調(diào)開(kāi) 關(guān)狀態(tài)statei，按照步驟1-2)自主運(yùn)行方式(公式(6、7))估計(jì)下一動(dòng)作周期tac；t的開(kāi)始時(shí)刻 其他房間空氣溫度1&1及修改空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)states等待下一個(gè)動(dòng)作周期到來(lái)轉(zhuǎn)步驟2-3)，或若下一通訊間隔開(kāi)始時(shí)刻到來(lái)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(jìn)行溫度估計(jì)，t時(shí)刻第i臺(tái)空調(diào)相對(duì)于?Γ變 化時(shí)間為Δ ti，i = l;
[0076] 2-6-2)如果本地存儲(chǔ)的第i臺(tái)空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為打開(kāi)，即statei=l，那么此時(shí)將 本地存儲(chǔ)的該房間空氣溫度為R⑴= a/;_Vv ;
[0077] 如果本地存儲(chǔ)的第i臺(tái)空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為關(guān)閉，即statei = 0,那么此時(shí)將本地存 儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)的該空調(diào)狀態(tài)statei = l，記錄TaitQg ， 和
[0080] 否則，本地存儲(chǔ)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(jìn)入下一動(dòng)作周期tact轉(zhuǎn)步驟 2-3)，或若下一通訊時(shí)刻到來(lái)轉(zhuǎn)步驟1)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于大型建筑空調(diào)負(fù)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(fù)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(tái)中央控制 器，本地控制層包括N臺(tái)本地控制器，N臺(tái)空調(diào)和各臺(tái)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(gè)通訊間隔進(jìn)行一次雙向通信，本地控制器每隔 一個(gè)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(wú)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(wú)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(gè)動(dòng)作周期對(duì)本地空調(diào)進(jìn)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(jìn)行熱模型參數(shù)辨識(shí)并進(jìn)行本地空調(diào)自主控制，在一個(gè)通訊間隔結(jié)束 時(shí)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(gè)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(gè) 動(dòng)作周期開(kāi)始時(shí)刻判斷功率偏差是否超出動(dòng)作死區(qū)，若超出則進(jìn)行一次調(diào)頻控制動(dòng)作，否 則不動(dòng)作，并估計(jì)全體空調(diào)下一動(dòng)作周期開(kāi)始時(shí)刻運(yùn)行狀況;到達(dá)下一個(gè)通訊間隔開(kāi)始時(shí) 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(fù)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(tái)本地控制器i，i = 1.2……N，分別進(jìn)行房間熱模型參數(shù)辨識(shí)得到參數(shù)： 每個(gè)空調(diào)房間i ,1 = 1.2……N，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)熱模型辨識(shí)曲線與實(shí)際溫度曲線之 間的誤差要求和本地控制器硬件存儲(chǔ)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(gè)熱模型的待辨識(shí)參數(shù)個(gè)數(shù)分別是1個(gè)、2個(gè)和4個(gè)，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(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)室內(nèi)溫度Taitw之差，而Ati對(duì) 應(yīng)為當(dāng)前時(shí)間和本地空調(diào)最近一次翻轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)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(duì)房間熱模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，得到房間熱模型辨識(shí)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(shí)出的房間熱模型參數(shù)為 和 cuWF，戶f'; 1-2)本地控制器進(jìn)行本地空調(diào)自主控制，具體包括： Wi標(biāo)記第i臺(tái)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(kāi)關(guān)狀態(tài)為state。并設(shè)空調(diào)為只能控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)的恒功率出力空調(diào)，其運(yùn)行功率為Pi; 每臺(tái)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集房間內(nèi)空氣溫度，本地控制器每隔一個(gè)溫度采集周期采集溫 度傳感器的溫度數(shù)據(jù)； 每臺(tái)空調(diào)由用戶直接對(duì)空調(diào)設(shè)置需要的溫度，設(shè)該溫度為Tsi，且每臺(tái)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(jìn)行自主控制：上述式中，Tai為房間的空氣溫度，分別對(duì)應(yīng)本地空調(diào)控制死區(qū)溫度的上、下限，Tsi 為用戶對(duì)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(kāi)關(guān)狀態(tài)，其等于1代表開(kāi) 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(shí)刻，每臺(tái)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(kāi)關(guān)狀態(tài)statei、運(yùn)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(gè)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(hào)i e N對(duì)應(yīng)的房間的空氣溫度化i，空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)statei，運(yùn) 行功率Pi，用戶設(shè)置溫度Tsi，溫度控制死區(qū)Δι和對(duì)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(gè)本地控制器對(duì)應(yīng)的房間熱模型參數(shù)后，計(jì)算出每臺(tái)空調(diào)基 準(zhǔn)功率POi并求和獲得全體空調(diào)運(yùn)行基準(zhǔn)功率P0,并同時(shí)廣播全體空調(diào)運(yùn)行基準(zhǔn)功率P0至 各臺(tái)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(fù)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(tái)空調(diào)運(yùn)行基準(zhǔn)功率POi對(duì)應(yīng)其在通訊間隔tgap內(nèi)的一個(gè)開(kāi)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(gè)房間的熱模型參數(shù)。1。"，戶^。^，戶^，了曰嚴(yán)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(hù)-7'(!心"=抹-α胃 i - I I I -I 得到滬，求解互-扔r二化f'v嚴(yán)護(hù)-'''"'1-得到滬.求解= 得到滬，求解查-拘f'g = α,。押V'"w('-α,"押-得到護(hù)i，貝ij其中，Tom為在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ti內(nèi)空調(diào)處于ON狀態(tài)的時(shí)間，而Toffi為處于OFF狀態(tài)的時(shí) 間； 全體空調(diào)的運(yùn)行基準(zhǔn)功率P0為每臺(tái)空調(diào)基準(zhǔn)功率和，即中央控制器廣播全體空調(diào)運(yùn)行基準(zhǔn)功率P0至各臺(tái)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(fù)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(fù)荷集群一次調(diào)頻響應(yīng)的控制目標(biāo)是全體空調(diào)實(shí)時(shí)總功率P(t)與基準(zhǔn)功率 P0之差Δ P與實(shí)時(shí)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(zhǔn)頻率，中國(guó)大陸為50化，f( t)為實(shí)時(shí)頻率，對(duì)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(biāo)記的本地控制器的溫度優(yōu)先級(jí)化rii為：其中化1為空氣溫度，Tsi為用戶對(duì)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(tái) 至調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)； 2-3)頻率傳感器每隔一個(gè)動(dòng)作周期tact采集一次電網(wǎng)頻率，每臺(tái)本地控制器在一個(gè)動(dòng) 作周期ta。*開(kāi)始時(shí)刻，根據(jù)采集的電網(wǎng)頻率計(jì)算出全體空調(diào)的功率偏差δ;具體包括： 每臺(tái)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(jì)算出全體空調(diào)實(shí)時(shí) 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(tái)本地控制器判斷功率偏差δ是否處于動(dòng)作死區(qū)ξ;當(dāng)功率偏差δ處于動(dòng)作死區(qū) 時(shí)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(dòng)作死區(qū)，則參與此次動(dòng)作周期的調(diào) 頻控制動(dòng)作； 2-5)每臺(tái)本地控制器估計(jì)全體空調(diào)下一動(dòng)作周期tact開(kāi)始時(shí)刻的空調(diào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)state。 2-6)每臺(tái)本地控制器根據(jù)中央控制器傳來(lái)的協(xié)調(diào)信息和步驟2-5)估計(jì)的空調(diào)開(kāi)關(guān)狀 態(tài)，按照步驟1-2)自主運(yùn)行方式估計(jì)下一動(dòng)作周期ta。*的開(kāi)始時(shí)刻其他房間空氣溫度化1及 修改空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)state。等待下一個(gè)動(dòng)作周期到來(lái)轉(zhuǎn)步驟2-3)，或若下一通訊間隔tgap 開(kāi)始時(shí)刻到來(lái)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(fù)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(jì)算所有本地空調(diào)中滿足statei = l的溫度優(yōu)先級(jí)化rii， 并按照溫度優(yōu)先級(jí)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(biāo)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(hào)的集合1?，計(jì)算Ion' = U e Ion I hiCTgom};若本地空調(diào)控制器編號(hào)iiocai e Ion '，則該臺(tái)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(dòng)作； 2-4-2)如果δ<-ξ，根據(jù)式（13)計(jì)算所有本地空調(diào)中滿足statei = 0的溫度優(yōu)先級(jí) 化rii，并按照溫度優(yōu)先級(jí)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(biāo)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(hào)的集合I日FF，計(jì)算I日FF' = {iei日FF|Tai>Tg〇ffi};若本地空調(diào)控制器編號(hào)ilDcaie loFF'，則該臺(tái)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(dòng)作。
【文檔編號(hào)】F24F11/00GK106091239SQ201610390839
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日 公開(kāi)號(hào)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(lái)
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)