一种面向控制的变频空调负荷的聚合建模方法与流程

技术特征：
1.一种面向控制的变频空调负荷的聚合建模方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)根据用户舒适度要求确定可控频率范围，获得基于变斜率系数的频率控制模型；(2)根据所获得的频率控制模型建立聚合变频空调动态响应模型和强制响应模型，并获得相应的频率变化率；(3)基于有限差分法将变频空调压缩机工作频率离散化，建立面向控制的动态响应下和强制响应下的聚合变频空调负荷模型。2.根据权利要求1所述面向控制的变频空调负荷的聚合建模方法，其特征在于：所述步骤(1)中，基于变斜率系数的频率控制模型为：其中：f(hz)为变频空调压缩机工作频率，f
max
(hz)是其最大工作频率，u和v为常数，f
set
(hz)为稳定运行于温度设定值的压缩机工作频率，f
min
＝((f
max-f
set
)/v)
·
u f
set
为变频空调压缩机最小工作频率，k
f
＝(f
max-f
set
)/u为直线斜率，δt(℃)为室内温度t
in
与设定温度t
set
的差值，从(1)式可以看出，温度设定值的改变会影响斜率的变化，从而改变f-δt的关系式，迅速改变频率的变化；当频率设定值改变时，根据用户舒适度要求，设置用户能接受的最低运行频率f
user
，(1)式所述的频率控制模型变为：f
uset
可根据不同用户的舒适度要求设置不同的值，此时变频空调负荷模型中频率表达式斜率不再变化。3.根据权利要求1所述面向控制的变频空调负荷的聚合建模方法，其特征在于：所述步骤(2)中，变频空调动态响应下的频率变化率为：其中：k
f
为频率控制模型中的斜率，a(kw/hz)和b(kw)为变频空调制冷量表达式q
ac
＝af b中的常系数，t
out
和t
in
分别为室外温度和室内温度，r和c分别为房间的等效热阻和等效热容，负荷浓度的增长率可用流入量与流出量的差值除以频率改变量来表示，并规定流入量为正，流出量为负，可得到动态响应下聚合变频空调负荷模型：其中：x(f，t)为t时刻f频率下变频空调群组的负荷数量，λ
f
为动态响应下的频率变化率；当频率设定值f
set
发生改变时，强制响应下的频率变化率为：其中：f
set
为频率设定值的变化率，当频率设定值改变时，聚合变频空调的强制响应负
荷模型为：其中：λ
u
为强制响应下的频率变化率。4.根据权利要求1所述面向控制的变频空调负荷的聚合建模方法，其特征在于：所述步骤(3)中，利用有限差分法建立面向控制的动态响应下和强制响应下的聚合变频空调负荷模型，具体过程如下：将变频空调压缩机工作频率离散化，并用每一个离散区间的频率中间值代替这一区间的频率，用温度设定的初始值t
set0
近似表示t
in
，用频率设定值初始值f
set0
近似代替f
set
，由此可以得到离散化后的频率变化率：其中：f
i
为第i个频率区间的中间值，λ
fi
和λ
ui
分别为离散化后动态响应模型下和强制响应模型下的频率变化率；在离散过程中，当强制响应下负荷的传输速率相对于动态响应过程为负时，即λ
u
＜0，需要选择空间量的前向差分，否则需要选择空间量的后向差分，下面是分不同情况建立的面向控制的聚合变频空调负荷模型；情况一：假定频率设定值f
set
落在第m段上，根据变频空调群组运行特性，处于[f
min
，f
set
)范围内的负荷流动方向为正，处于(f
set
，f
max
]范围内的负荷流动方向为负，离散化(4)式中聚合变频空调负荷模型，可以得到面向控制的动态响应下聚合变频空调负荷模型表达式：其中：m(kw/hz)和n(kw)为变频空调功率表达式p
ac
＝mf n中的常系数，x(t)＝[x1(t)，x2(t)，
…
，x
n
(t)]
t
为n
×
1阶状态向量，a1为n
×
n阶状态矩阵，b1＝0，e＝[1，1，
…
，1]1×
n
为1
×
n的输出向量，y(t)表示聚合变频空调的总功率，c矩阵为n
×
n的状态输出矩阵，a1和c的表达式为：
情况二：当需求响应需要削减负荷时，为保证削减负荷的有效性，假定负荷流向全部为负，即λ
u
＜0，将式(6)中强制响应模型离散化，可以得到面向控制的强制响应阶段负荷削减时聚合变频空调负荷模型表达式：其中，a2为n
×
n阶状态矩阵，b2阵为n
×
n阶输入矩阵，a2和b2为：为：情况三：与削减负荷过程相反，当需求响应需增加负荷时，为保证削减负荷的有效性，假定负荷流向全部为正，即λ
u
＞0，将式(6)中强制响应模型离散化，可以得到面向控制的强制响应阶段负荷增加时聚合变频空调负荷模型表达式：其中，a3为n
×
n阶状态矩阵，b3阵为n
×
n阶输入矩阵，a3和b3表达式为：
考虑到用户舒适度要求，需要对频率设定值的变化速率进行限制，当f
min
＜f
user
时，f-δt关系式变为式(2)，应按照下式更新上述(7)式：其中：λ
fi
和λ
ui
分别为f
min
＜f
user
时的动态响应模型下和强制响应模型下的频率变化率。

技术总结
本发明公开了一种面向控制的变频空调负荷的聚合建模方法，包括以下步骤：(1)根据用户舒适度要求确定可控频率范围，获得基于变斜率系数的频率控制模型；(2)根据所获得的频率控制模型建立聚合变频空调动态响应模型和强制响应模型，并获得相应的频率变化率；(3)基于有限差分法将变频空调压缩机工作频率离散化，建立面向控制的动态响应下和强制响应下的聚合变频空调负荷模型。最后通过仿真验证了聚合变频空调负荷模型的有效性，本发明实现了大规模变频空调的统一调度与控制，为调度中心和负荷代理的决策提供了理论依据。代理的决策提供了理论依据。代理的决策提供了理论依据。


技术研发人员：余洋 范亚洲
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2020.07.29
技术公布日：2022/2/18