面向需求响应的变频空调负荷建模与运行控制

近年来,空调类电力用户数量迅速增加,成为了电网高峰负荷的主要组成部分。空调负荷作为典型柔性负荷,可利用其热惯性参与需求响应,为电网提供有效可调容量。区别于有关定频空调的研究,基于变频空调的负荷特性构建其物理模型,从控制后总功率和最大控制时长两个维度对变频空调集群的调节潜力进行评估。在此基础上,根据变频空调负荷聚合商在需求响应日前市场的成交量,以变频空调集群功率削减量与成交量偏差以及用户舒适度变化量最小化为目标,提出了基于双层分组轮控的变频空调负荷优化控制策略。仿真结果表明,所提策略不仅能够通过分组轮控延长变频空调集群最大控制时长,还具有良好的用户友好性,对于变频空调集群参与电网需求响应具有指导意义。     

计及电气特性的空调负荷建模及集群控制策略

为充分发挥温控负荷的调控潜力,以空调负荷为例,对空调负荷建模及集群控制策略进行了研究。首先从热力学模型与电气模型两方面建立了完善的空调负荷模型;其次考虑空调的启停次数以及使用寿命等实际因素,提出了一种基于改进温度优先序列的空调负荷集群群内控制策略;最后分析了负荷电压变化对集群响应功率的影响,基于频率下垂控制,提出了一种考虑功率响应偏差、电压约束以及集群等效荷电状态的空调负荷集群控制策略。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,所提的空调负荷集群控制策略能够平抑微电网功率波动,同时能够有效降低空调的启停次数,减小对空调使用寿命的影响。     

空调降温负荷比例估计及其对电压稳定的影响

空调降温负荷的比例和影响日益增大,必须予以重视。首先分析了空调降温负荷与气候的关系,建立了河南电网夏季日最高负荷与气候指数的回归模型,获得空调降温负荷比例的估计公式。然后通过综合仿真程序,分析空调降温负荷在电压回复后的重新启动特性对电压稳定的影响,结果表明这对电压恢复具有严重的恶化作用。     

住宅小区负荷群用电优化策略研究

针对一般住宅小区存在能耗高、缺少用电优化策略的实际情况,建立了可调整类负荷、不可调整类负荷、温控负荷的数学模型;根据可调整类负荷用电时间灵活的特点,提出了基于蚁群算法的住宅小区可调整类负荷群的用电优化策略;基于MATLAB平台,通过仿真分析了空调、电热水器的工作特性,并根据其工作特性分别提出了改变空调设定室温范围的空调群用电优化策略和改变水温设定值与预加热相结合的电热水器群用电优化策略;利用蒙特卡洛法进行模拟,得到了小区优化前后各类负荷曲线和总负荷曲线.模拟和仿真结果表明,所提出的住宅小区用电优化策略能够在对用户影响较小的情况下达到帮助用户节省电费和削峰填谷的目的 .     

变频离心式制冷机组经济运行控制研究

研究变频离心式制冷机组的经济运行控制方式.介绍了经济运行控制理论原理.通过将经济运行控制理论与相变材料蓄冷空调的有效结合.实现了主机始终运行于特定的节能负荷区间,在最大COP工况下高效运行.根据编制的模拟控制软件,分析了以经济运行控制的相变材料蓄冷空调与以变频离心机为主机的常规空调系统的经济性,认为前者较后者每年节约41.3%的运行费用.指出经济运行控制软件的实现,突破了冰蓄冷系统省钱不节能的局限.达到了移峰、节能的双重目的.     

空调负荷对城市电网电压稳定性影响的研究

建立基于试验数据的空调负荷模型,在对空调负荷无功-电压特性分析的基础上,运用静态电压稳定性分析方法,研究不同负荷组成和负荷增长方式下空调负荷对城市电网电压稳定性的影响.通过对华东地区栽城市实际电网的计算分析,说明空调负荷会对城市电网的电压稳定性产生不利影响,无论空调负荷是总数量的增加还是占总负荷比例的增加,都会导致电网的电压稳定性降低,对于负荷裕度较小以及无功功率缺乏的电网来说尤其需要采取措施加以防范.     

空调群负荷动态特性分析与建模

为仿真分析空调群负荷的动态特性并建立其模型,在所建立的单台空调负荷模型的基础上,应用电力综合稳定分析程序(PSASP),对某变电站进行配电网扩展,分别接入全空调负荷和混合负荷(包括空调、感应电动机、恒阻抗)。当端电压大于临界电压时,空调群特性可由Karlsson-Hill模型反映;包含空调启动时,分别讨论假设空调群内空调同时启动、均匀启动以及正态分布随机启动3种情况。同时启动时,空调群启动部分沿用单台空调启动模型;均匀启动以及正态分布随机启动时,功率分段拟合。仿真结果表明:10kV母线上的冲击要明显大于0.4kV-3母线上的冲击;全空调负荷时的冲击要明显大于混合负荷时的冲击;空调群同时启动时的冲击最强,正态分布随机启动时次之,均匀启动时冲击最小。     

含有空调的综合电力负荷建模研究

随着经济的发展,空调负荷在负荷成分中已占有相当大的比重,并且对电网电压稳定有着不可忽略的负面影响。为了分析夏季含有大量空调区域的负荷特性,给出了含有空调的综合电力负荷建模的方法。对于其中的空调负荷比例这一重要参数,提出了一种基于地理分区,按照负荷节点类型计算空调负荷比例的实用化方法。通过单台空调实验,分别用纯电动机模型和电动机综合负荷模型辨识空调负荷参数,拟合其动态响应。结果表明,空调负荷在正常干扰时,不能够采用纯电动机模型描述,而应该采用综合电动机负荷模型描述。     

空调负荷对电压稳定影响的研究

在空调负荷试验中 ,提出了用负荷转移的方法来解决电源负荷匹配与空调启动电流大的矛盾 ,并对试验的结果进行了分析研究。文中首次用摄动原理 ,在z V空间中 ,对空调阻抗模值变化与电压稳定的关联作了理论解析。最后 ,本文还从防灾减灾的角度讨论了空调有关问题。     

Determination of a Capacity Equivalence Factor for Air-Conditioner Cycling at San Diego Gas & Electric

This paper describes the basic methodology used by San Diego Gas & Electric Company to determine the contribution to system reliability made by various resource alternatives. In particular, this method has been used to evaluate the extent to which load management in the form of air conditioner cycling can be depended on to reduce system load. These results were included in an economic analysis that determined that continued support of SDG&E's residential air conditioner cycling program (PEAKSHIFT) was not cost effective.     

基于ARM的空调用PMSM矢量控制系统优化研究

在对矢量控制技术原理研究的基础上,结合对一种电压空间矢量控制快速算法和一种新型的转子定位方法的初步研究,以ATMEL公司的AT91SAM7A3(ARM7TDMI内核)为主控芯片,提出一种空调用无位置传感器永磁同步电机控制系统优化设计方案,为新一代智能变频空调的控制系统设计提供新的思路和参考.     

参与调峰控制的空调负荷建模仿真研究

调控空调负荷参与电网削峰填谷对于维持系统稳定运行、减少发电机备用容量提高效率,从而增大电网运行效益具有巨大潜力。基于家用分散式空调的工作原理,在MATLAB/Simulink环境下搭建了简化空调房调温模型,以该模型为基础依次探究了定/变频空调调温、增大变频区间调温的特性。考虑空调的工作特性,提出了一种对空调控制系统进行简单改造,使其自适应电网预测负荷大小进行互补运行的策略。最后开展基于RT-LAB实时仿真平台的模型仿真测试与试验,验证了仿真模型的正确性以及控制策略促进空调负荷参与调峰控制的有效性。     

Modeling air conditioner load for power system studies

The air conditioner load is the most variable component of the system load of the Kansai Electric Power Company. As the air conditioner load changes with temperature and time, the voltage and frequency characteristics of the system load change as well as its magnitude. Single-phase air conditioner characteristics have been determined through measurement, and simple models suitable for power system studies have been developed     

Residential solar-powered air conditioners

The power demand in Japan increases yearly especially in summer, and peaks in the daytime. The main cause is the drastically increased load of air conditioners used widely in general residences. The load pattern of air conditioners is very similar to the output pattern of a photovoltaic (PV) array. Therefore, Sanyo has been developing two types of residential solar-powered air conditioners. One is a unidirectional system by using a dc/dc converter which controls the voltage of a PV array at its optimal operation point and boosts the voltage up to the dc voltage of an inverter-type air conditioner. The other is a bi-directional system by using a bi-directional current-control converter, which regenerates surplus power into a commercial system from a PV array, and suppresses the input current distortion of an air conditioner. In this paper, the configurations and experimental results are described and discussed.     

Predicting air conditioner load curves from energy audit data: acomparison of predicted and actual air conditioning data from the Athensload control experiment

An approach for estimating air conditioning load curves based on household duty cycles is presented. The duty cycles are calculated from heat transfer rates using household audit data, thermostat settings and outdoor temperatures. The fit between the load curves estimated from the duty cycle model and load curves calculated from measured data for households where customers set and forget their air conditioner is presented. The air conditioner and heat pump data were gathered during the load control experiments conducted in the summer of 1987 on the Athens Utilities Board distribution system in Athens, Tennessee. Data collected on days when there was no control were used to evaluate the concept of the duty cycle coefficient which was then used to calculate the duty cycle of heat pumps and air conditioners. The theoretical calculations based on the model are compared to actual measured data and are found to be in close agreement     

三相空调电压暂降抗扰特性实测与分析

空调属于易受电压暂降影响的敏感负荷。为了获得空调的电压暂降抗扰特性,本文建立了电压暂降实验测试平台,对三相空调电压暂降抗扰特性进行了实测。首先,介绍了三相空调的工作原理及其受电压暂降的影响机理;然后,建立了电压暂降试验平台,研究了测试流程并获得了测试结果;最后,针对不同暂降类型和不同暂降起始角下三相空调电压暂降抗扰特性进行分析,分析结果为提出空调的电压暂降治理策略奠定了基础。     

大规模空调负荷聚合建模及跟踪控制方案研究

需求响应技术可以削峰填谷,提高能源利用效率,提升电力系统稳定性。直接负荷控制通过直接控制用电负荷使得需求侧负荷变成可调用资源,是实施基于激励的需求响应的一种有效方法,实现相对容易。空调用电量大,储热、储冷能力较好,将空调在高峰时段的用电量转移到低谷时段,对用户的影响小。因此,空调能够影响总负荷曲线的峰谷差异,是重要的需求响应资源。基于此,建立了空调的热力学模型,提出了基于蒙特卡洛方法建立大规模空调负荷聚合模型,并研究了实施直接负荷控制的空调负荷跟踪控制方案,讨论了空调负荷参与需求响应的负荷削减潜力。根据负荷调峰的需求计算控制空调温度或开、关状态的参考信号,然后采用自适应爬坡控制方法,跟踪参考信号的实施情况。仿真结果表明,通过跟踪参考信号来实施空调负荷的直接负荷控制可以依据需求有效削减负荷。     

变频空调压缩机电机的参数辨识方法

针对变频空调永磁同步压缩机电机提出了一种离线参数辨识方案。根据空调压缩机的特性,在MAT-LAB/Simulink环境下建立定子相电阻、交轴电感、转动惯量的参数辨识仿真模型,并将该方法应用于2.5kW变频空调控制系统中。仿真和实验结果表明所提出的压缩机电机参数辨识方案合理,辨识精度满足设计要求。     

需求响应参与电力系统调频的模糊控制策略

针对传统电力系统调频响应延时长、机组能耗大的问题,提出了一种需求响应参与电力系统调频的模糊控制策略。该策略从需求侧入手,将变频空调作为可控负荷;按照变频空调的出力能力,将参与电力系统调频的所有变频空调进行分类,并引入权重因子,实现对不同类型变频空调的聚合控制;根据系统的运行状态,通过模糊控制规则调节参与需求响应中各类变频空调的出力,辅助发电机组改善系统的动态调频性能。仿真实验结果表明,采用该策略可显著提高频率调节速度和降低超调,并在一定程度上降低调频能耗,有助于改善电网的调频性能。     

中央空调节费运行方案及其适用性分析

基于商业用户节省空调电费的强烈愿望和带楼宇自控系统的中央空调自身的调节能力,提出一种分时电价激励作用下用户自主实施的、以节费为目的的中央空调运行方案优化模型。优化结果给出按一定时间间隔调节空调温度设定值的方案,业主可通过预冷移荷和提高高电价时段的室温以达到降费的目的。针对商业性建筑典型参数实施的算例分析表明:用户以节费为目的的空调运行优化方案,对降低峰荷时段的电力需求有一定效果;运营时段降载量和节费量主要受调温周期和允许最大温升影响;早峰荷时段的起始时间、峰平价比都是激励用户预冷移荷的关键因素。