本發(fā)明設(shè)計(jì)空調(diào)負(fù)荷控制領(lǐng)域，特別涉及一種空調(diào)負(fù)荷集群控制和調(diào)度優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著間歇性可再生能源(如風(fēng)能、太陽(yáng)能)和新型電網(wǎng)負(fù)荷(如電動(dòng)汽車(chē))的大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)供需矛盾愈加突出，其安全、穩(wěn)定運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行模式下，依靠調(diào)整供給側(cè)發(fā)電機(jī)組出力往往需要付出較高成本，因此引導(dǎo)用戶(hù)參與需求響應(yīng)，挖掘負(fù)荷側(cè)的可調(diào)節(jié)潛力以緩解電網(wǎng)供電壓力，具有更高的應(yīng)用價(jià)值。在多種可與電網(wǎng)進(jìn)行雙向互動(dòng)的柔性負(fù)荷中，空調(diào)負(fù)荷具備熱儲(chǔ)能特性，調(diào)度方式靈活，用戶(hù)規(guī)模龐大，且具有響應(yīng)速度快、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能在不影響或少影響用戶(hù)的使用體驗(yàn)下提供較大的調(diào)節(jié)潛力。近年來(lái)智能電網(wǎng)的雙向通信技術(shù)和高級(jí)量測(cè)體系的快速發(fā)展為監(jiān)測(cè)和控制用戶(hù)端負(fù)荷提供了技術(shù)支撐，也是實(shí)施需求響應(yīng)操作的設(shè)備基礎(chǔ)。

2、對(duì)海量空調(diào)負(fù)荷實(shí)施合理的控制策略，可減輕電力系統(tǒng)峰荷壓力，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)空調(diào)負(fù)荷參與需求響應(yīng)的研究主要包括控制方式和調(diào)度優(yōu)化兩個(gè)方面，前者側(cè)重于聚合空調(diào)或單臺(tái)空調(diào)的精細(xì)化控制方法研究，致力于抑制負(fù)荷波動(dòng)和負(fù)荷反彈；后者集中于在空調(diào)負(fù)荷聚合建模的基礎(chǔ)上評(píng)估響應(yīng)潛力，并選擇合適的調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益最大化。直接負(fù)荷控制(direct?load?control，dlc)是一種電力市場(chǎng)下基于激勵(lì)的需求響應(yīng)調(diào)控手段，也是空調(diào)負(fù)荷參與需求響應(yīng)最主要的控制方式，實(shí)施dlc項(xiàng)目時(shí)可通過(guò)開(kāi)關(guān)控制、溫度控制等策略對(duì)用戶(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。開(kāi)關(guān)控制響應(yīng)速度快，短時(shí)調(diào)控潛力大，但其控制過(guò)程中容易出現(xiàn)較大功率波動(dòng)，而溫度控制能夠更好地保障用戶(hù)體驗(yàn)，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上滿(mǎn)足調(diào)控需求，因此應(yīng)用于大量研究中。

3、現(xiàn)有的成熟技術(shù)有：

4、1.利用狀態(tài)隊(duì)列模型(state_queueing?model,sq?model)分析了空調(diào)負(fù)荷聚合功率產(chǎn)生振蕩的原因，并提出溫度設(shè)定值上、下限分離控制的方法平復(fù)響應(yīng)期間的功率波動(dòng)；

5、2.分析了負(fù)荷多樣性破壞的機(jī)理，并結(jié)合開(kāi)關(guān)控制和溫度控制，通過(guò)獨(dú)立設(shè)置每臺(tái)空調(diào)的溫度設(shè)定值有效平復(fù)了負(fù)荷波動(dòng)。但上述文獻(xiàn)并未考慮空調(diào)參數(shù)和用戶(hù)舒適度差異；

6、3.針對(duì)性地對(duì)空調(diào)負(fù)荷集體調(diào)控時(shí)出現(xiàn)的功率跌落現(xiàn)象進(jìn)行建模，并提出修正系數(shù)減小模型誤差，但忽略了不同溫度設(shè)定值下空調(diào)負(fù)荷控制周期的變化，在大規(guī)?？照{(diào)負(fù)荷的集中控制中，其聚合模型存在的誤差很大程度上會(huì)影響調(diào)度結(jié)果。

7、4.較為全面地分析了聚合功率在溫度控制初期的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，但未談及平穩(wěn)階段和溫度恢復(fù)階段聚合功率的變化情況。

8、5.基于一階等效熱參數(shù)模型建立了溫控負(fù)荷的近似聚合模型，分析了空調(diào)參數(shù)、溫度設(shè)定值和環(huán)境溫度對(duì)聚合功率的影響，并提出了一種計(jì)及用戶(hù)參與響應(yīng)不確定性的響應(yīng)潛力評(píng)估方法；

9、6.引入了空調(diào)開(kāi)、關(guān)狀態(tài)切換時(shí)的鎖定時(shí)間約束，提高了可調(diào)節(jié)容量評(píng)估的準(zhǔn)確性；

10、7.將調(diào)控過(guò)程分為響應(yīng)調(diào)控和負(fù)荷恢復(fù)兩個(gè)階段，分別以用戶(hù)舒適度最高、溫度恢復(fù)時(shí)間最短為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化，但決策模型需依次判斷每臺(tái)空調(diào)調(diào)控與否，計(jì)算量較大，且響應(yīng)期內(nèi)空調(diào)一經(jīng)調(diào)控不能調(diào)回，導(dǎo)致不同用戶(hù)參與調(diào)控的時(shí)長(zhǎng)差異較大；

11、8.在日前制定最優(yōu)調(diào)度計(jì)劃指導(dǎo)次日聚合小組的調(diào)度策略選取，并引入準(zhǔn)備時(shí)間降低響應(yīng)初期負(fù)荷大幅跌落的影響，但該調(diào)度策略犧牲了聚合功率跌落階段的調(diào)控潛力，且未考慮溫度恢復(fù)過(guò)程。

12、綜合已有研究，可以看出：

13、(1)現(xiàn)有研究缺乏對(duì)聚合功率在溫度調(diào)控過(guò)程中各階段(包括功率跌落階段、功率平穩(wěn)階段以及溫度恢復(fù)階段)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的分類(lèi)討論和完整建模；

14、(2)忽略了空調(diào)參數(shù)差異、溫度設(shè)定值改變對(duì)空調(diào)啟停周期的影響，導(dǎo)致建立的聚合功率模型存在較大誤差；

15、(3)目前大部分調(diào)度策略均規(guī)定在需求響應(yīng)期間只允許各空調(diào)參與一次調(diào)控，限制了空調(diào)負(fù)荷調(diào)控潛力的發(fā)揮，同時(shí)在該調(diào)控模式下用戶(hù)間的舒適度體驗(yàn)差異較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種空調(diào)負(fù)荷集群控制和調(diào)度優(yōu)化方法解決了上述問(wèn)題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種空調(diào)負(fù)荷集群控制和調(diào)度優(yōu)化方法，包括：

3、根據(jù)單臺(tái)空調(diào)的等效熱參數(shù)模型，構(gòu)建空調(diào)負(fù)荷狀態(tài)隊(duì)列模型；

4、根據(jù)溫度控制對(duì)空調(diào)聚合功率的影響，構(gòu)建空調(diào)負(fù)荷群狀態(tài)隊(duì)列模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型；

5、根根據(jù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型的功率特征以及用戶(hù)舒適度需求，完成對(duì)聚合空調(diào)負(fù)荷參與需求響應(yīng)過(guò)程的調(diào)度優(yōu)化。

6、進(jìn)一步地：所述空調(diào)負(fù)荷狀態(tài)隊(duì)列模型將空調(diào)的啟停周期按時(shí)間間隔δt，劃分為toff+ton個(gè)狀態(tài)單元；

7、其中，前toff個(gè)狀態(tài)單元表示空調(diào)壓縮機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，室內(nèi)溫度逐漸升高，后ton個(gè)狀態(tài)單元表示空調(diào)處于開(kāi)機(jī)降溫狀態(tài)；

8、每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間間隔δt，每個(gè)狀態(tài)單元內(nèi)的空調(diào)統(tǒng)一向下一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，每個(gè)狀態(tài)組所包含的空調(diào)數(shù)目均為n/(toff+ton)；

9、其中，n為空調(diào)總數(shù)目。

10、進(jìn)一步地：所述空調(diào)負(fù)荷群狀態(tài)隊(duì)列模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型將空調(diào)負(fù)荷在響應(yīng)控制后的聚合功率變化過(guò)程分為：

11、響應(yīng)期間的負(fù)荷削減過(guò)程：包括需求響應(yīng)的功率跌落階段和功率平穩(wěn)階段；

12、所述需求響應(yīng)的功率跌落階段用于表示從調(diào)控指令下達(dá)的t0時(shí)刻到狀態(tài)隊(duì)列的首個(gè)狀態(tài)組降溫至新溫度下限時(shí)的t3時(shí)刻空調(diào)負(fù)荷開(kāi)機(jī)狀態(tài)組數(shù)和聚合功率隨時(shí)間變化的情況；

13、所述狀態(tài)組表示該狀態(tài)單元內(nèi)的空調(diào)；

14、所述功率平穩(wěn)階段用于表示空調(diào)狀態(tài)組在新的溫度范圍[tmin,2,tmax,2]內(nèi)運(yùn)行時(shí)，空調(diào)負(fù)荷開(kāi)機(jī)狀態(tài)組數(shù)和聚合功率隨時(shí)間變化的情況，對(duì)應(yīng)于t3到trecv時(shí)刻；其包括多個(gè)完整循環(huán)；

15、每個(gè)完整循環(huán)包括：第一個(gè)狀態(tài)組降溫至新溫度下限時(shí)的t3時(shí)刻到所有空缺/重疊狀態(tài)組已經(jīng)全部切換為關(guān)機(jī)狀態(tài)的t7時(shí)刻；

16、響應(yīng)結(jié)束后的溫度恢復(fù)過(guò)程：用于表示空調(diào)集群的溫度從較高溫度范圍[tmin,2,tmax,2]降溫至較低溫度范圍[tmin,1,tmax,1]的過(guò)程。

17、進(jìn)一步地：所述功率平穩(wěn)階段根據(jù)狀態(tài)隊(duì)列的首尾兩端分別到達(dá)tmin,2所需的時(shí)間的相關(guān)性進(jìn)行建模，其包括三種情況：

18、情況1：狀態(tài)隊(duì)列的首個(gè)狀態(tài)組到達(dá)tmin,2的時(shí)間等于狀態(tài)隊(duì)列最后一個(gè)狀態(tài)組到達(dá)tmin,2的時(shí)間；

19、情況2：狀態(tài)隊(duì)列的首個(gè)狀態(tài)組到達(dá)tmin,2的時(shí)間大于狀態(tài)隊(duì)列最后一個(gè)狀態(tài)組到達(dá)tmin,2的時(shí)間；

20、情況3：狀態(tài)隊(duì)列的首個(gè)狀態(tài)組到達(dá)tmin,2的時(shí)間小于狀態(tài)隊(duì)列最后一個(gè)狀態(tài)組到達(dá)tmin,2的時(shí)間；

21、其中，tmin,2表示升溫后室內(nèi)溫度的最小值。

22、進(jìn)一步地：所述響應(yīng)結(jié)束后的溫度恢復(fù)過(guò)程中，對(duì)于處于關(guān)機(jī)狀態(tài)的空調(diào)，將溫度設(shè)定值設(shè)為升溫后的溫度設(shè)定值；

23、對(duì)于處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)的空調(diào)，根據(jù)是否存在狀態(tài)重疊現(xiàn)象分別進(jìn)行調(diào)控：

24、若不存在狀態(tài)重疊現(xiàn)象，則將溫度設(shè)定值設(shè)為升溫前的溫度設(shè)定值；

25、若存在狀態(tài)重疊現(xiàn)象，則將重疊的狀態(tài)組進(jìn)行分離后分別進(jìn)行回調(diào)。

26、進(jìn)一步地：對(duì)調(diào)負(fù)荷群狀態(tài)隊(duì)列模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化的方法包括：

27、將空調(diào)進(jìn)行聚類(lèi)劃分為k個(gè)聚合小組，并通過(guò)預(yù)測(cè)平均投票數(shù)量化用戶(hù)舒適度；

28、根據(jù)用戶(hù)舒適度構(gòu)建用戶(hù)一次性響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化模型；

29、對(duì)用戶(hù)一次性響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化，得到允許用戶(hù)多次響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化模型。

30、進(jìn)一步地：所述用戶(hù)一次性響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化模型包括第一階段和第二階段；

31、所述第一階段對(duì)響應(yīng)期間的負(fù)荷削減過(guò)程進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化，優(yōu)化目標(biāo)為，使實(shí)際負(fù)荷削減量與需求量的偏差最??；

32、所述第二階段對(duì)響應(yīng)結(jié)束后的溫度恢復(fù)過(guò)程進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化，優(yōu)化目標(biāo)為，使溫度恢復(fù)過(guò)程的聚合功率在反彈負(fù)荷限值內(nèi)保持功率平穩(wěn)。

33、進(jìn)一步地：對(duì)用戶(hù)一次性響應(yīng)的調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化采用的方式包括：

34、允許溫度受控后的空調(diào)提前結(jié)束響應(yīng)；

35、限制每個(gè)聚合小組的調(diào)控次數(shù)；

36、限制任意時(shí)刻處于受控狀態(tài)的空調(diào)數(shù)不超過(guò)聚合小組總空調(diào)數(shù)；

37、對(duì)空調(diào)用戶(hù)參與響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序。

38、本發(fā)明的有益效果為：

39、1.完整描述了尤其是存在狀態(tài)重疊/空缺現(xiàn)象時(shí)聚合功率在功率跌落階段、功率平穩(wěn)階段和溫度恢復(fù)階段的變化情況，并指出保持溫度多樣性的溫度回調(diào)時(shí)刻及具體控制過(guò)程；

40、2.按照溫度設(shè)定初值進(jìn)一步分組，不僅保證溫度調(diào)回后聚合功率保持平穩(wěn)，還能一定程度減輕因空調(diào)同時(shí)下調(diào)溫度而出現(xiàn)的負(fù)荷反彈；

41、3.在需求響應(yīng)期內(nèi)分時(shí)段分批次選取空調(diào)進(jìn)入溫度控制的調(diào)度策略可避免響應(yīng)初期出現(xiàn)功率波谷，綜合利用功率跌落階段和功率平穩(wěn)階段中聚合小組間相互平抑的功率波動(dòng)，可有效減小負(fù)荷削減偏差量；

42、4.結(jié)合空調(diào)用戶(hù)多次輪換參與需求響應(yīng)的調(diào)度策略，不僅在一定程度上減小了溫度控制對(duì)空調(diào)用戶(hù)舒適度的影響程度，還縮小了用戶(hù)間的舒適度差異。