一种基于水机空调的零碳建筑能量控制方法

本发明涉及零碳建筑能量控制，尤其涉及一种基于水机空调的零碳建筑能量控制方法。

背景技术：

1、零碳建筑是一种不依靠外部能量实现可靠运行的建筑。通过电能转移或变换能量形式等方法调节建筑需求侧灵活性资源，保障建筑供需平衡，是节能理念的最佳体现。由于分布式可再生资源是零碳建筑的唯一的能量来源，天气对于零碳建筑的影响往往要比普通建筑更大。屋顶光伏作为零碳建筑的主要源侧设备，云层遮挡导致的太阳辐射强度下降会导致光伏出力的减少，引发零碳建筑功率不平衡。在现有控制方法中，无法很好地解决天气突变导致的供需功率不平衡的问题，直接减少需求侧负荷会影响用户舒适度。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在提供一种可以解决零碳建筑在天气突变场景下供需不平衡的问题的基于水机空调的零碳建筑能量控制方法。

2、技术方案：本发明所述的基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，包括以下步骤：

3、设定空调控制策略如下：

4、先判断零碳建筑供需功率是否平衡，如果零碳建筑供需功率平衡，空调正常运行，在满足建筑热需求的同时将部分热量储存在储热水箱中；

5、如果零碳建筑供需功率不平衡，空调进入低能耗运行模式，关闭压缩机组，依靠储热水箱保障建筑热需求，当水机空调无法满足建筑热需求时，压缩机组重新启动，空调结束低能耗运行模式；

6、根据空调控制策略，建立电池储能模型，通过对电池储能进行调度，确定以最大化零碳建筑热舒适度为目标的零碳建筑最优能量调度方法。

7、进一步的，基于所述空调控制策略，建立空调功率模型，具体如下：

8、

9、其中，为空调电功率；为压缩机组在t时刻运行消耗的电功率；为水泵在t时刻运行消耗的电功率；为空调运行状态变量，时，空调处于正常运行状态；时，空调处于由储热水箱供能的低能耗运行状态。

10、进一步的，零碳建筑供需功率平衡，空调正常运行时，储热水箱在储热状态下的热功率δq为

11、

12、其中，为空调向室内输出热功率，单位为kw；q0为主机输出热功率，单位为kw；η为负荷率，单位为％；

13、储热时段t为

14、

15、其中，c为水的比热，单位为4.19kj/(kg·℃)；ρ为水的密度，单位为1000kg/m3；v为系统总水量，单位为l。

16、进一步的，零碳建筑供需功率不平衡，空调进入低能耗运行模式，关闭压缩机组，依靠储热水箱保障建筑热需求，其中，建筑的热需求功率为

17、

18、其中，为建筑的热需求功率，单位为kw；a为房间热容量系数；qj分别为围护结构和门窗的耗热功率；

19、围护结构的热损耗功率qj为

20、

21、其中，qj为围炉结构的耗热功率，单位为w；γ为围护结构温差修正系数；f为围护结构的面积，m2；k为围护结构的传热系数，单位为w/(m2·℃)；为室外温度，单位为℃；为室内温度，单位为℃。

22、进一步的，空调输出热功率与建筑的热需求功率关系如下：

23、

24、空调输出热功率为

25、

26、其中，c为水的比热容；q表示冷冻水流速，δt为冷冻水进出水的温差；

27、水泵的电功率为

28、

29、其中，h为水泵扬程；q为冷冻水流速；g为重力加速度；ηpump为水泵的效率；cpump为机械传动效率。

30、进一步的，所述水泵扬程h为

31、h＝a1q2+b1q+c1

32、其中，a1、b1、c1为水泵q-h性能曲线系数。

33、进一步的，所述电池储能模型，具体如下：

34、

35、

36、

37、

38、其中，为电池储能充放电最大功率；βt为充放电状态变，βt＝1时，电池处于充电状态，βt＝0时，电池处于放电状态；和分别为电池充放电功率；ηch和ηdis分别为电池充电和放电的效率；为电池在t时刻的荷电状态；为电池容量上限。

39、进一步的，对电池储能的调度采用bess调度，bess调度结束时的剩余电量不应小于开始时的剩余电量，满足以下约束：

40、

41、

42、t∈[0,t]

43、其中，为电池荷电状态允许最大值，为电池初始荷电状态，为电池在结束时刻的荷电状态。

44、进一步的，最大化零碳建筑热舒适度为目标的目标函数f为

45、

46、其中，δt为表征人员活动的状态变量，建筑有人员活动时取1，否则取0；pmv为人体舒适度值。

47、本发明所述计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

48、有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明通过控制水机空调负荷和电池储能充放电的方式来保障零碳建筑在天气突变场景下的供需平衡，在零碳建筑供需功率不匹配的时段，通过依靠储热水箱进行供热的空调低能耗运行控制方法，降低需求侧负荷功率；通过控制电池储能和空调功率的方式保障零碳建筑的供需平衡，改善用户的热舒适度。

技术特征：

1.一种基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，基于所述空调控制策略，建立空调功率模型，具体如下：

3.根据权利要求1所述基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，零碳建筑供需功率平衡，空调正常运行时，储热水箱在储热状态下的热功率δq为

4.根据权利要求1所述基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，零碳建筑供需功率不平衡，空调进入低能耗运行模式，关闭压缩机组，依靠储热水箱保障建筑热需求，其中，建筑的热需求功率为

5.根据权利要求4所述基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，空调输出热功率与建筑的热需求功率关系如下：

6.根据权利要求5所述基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，所述水泵扬程h为

7.根据权利要求1所述基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，所述电池储能模型，具体如下：

8.根据权利要求7所述基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，对电池储能的调度采用bess调度，bess调度结束时的剩余电量不应小于开始时的剩余电量，满足以下约束：

9.根据权利要求7所述基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，其特征在于，最大化零碳建筑热舒适度为目标的目标函数f为

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9中任一所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于水机空调的零碳建筑能量控制方法，包括以下步骤：设定空调控制策略如下：判断零碳建筑供需功率，平衡则空调正常运行，满足建筑热需求后将部分热量储存在储热水箱中；不平衡则关闭压缩机组空调进入低能耗运行模式；根据空调控制策略，进行电池储能调度，以最大化零碳建筑热舒适度为目标进行零碳建筑最优能量调度。本发明通过控制水机空调负荷和电池储能充放电的方式来保障零碳建筑在天气突变场景下的供需平衡，在零碳建筑供需功率不匹配的时段，通过依靠储热水箱进行供热的空调低能耗运行控制方法，降低需求侧负荷功率；通过控制电池储能和空调功率的方式保障零碳建筑的供需平衡，改善用户的热舒适度。技术研发人员：余昆,陈星莺,沈俊,卜乐,郑云天,王少聪,徐文理受保护的技术使用者：河海大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15