[发明专利]一种采用状态队列控制的电热泵需求侧响应方法

说明书

技术领域

本发明涉及需求响应和电热泵领域，尤其涉及一种采用状态队列控制的电热泵需求侧响应方法。

背景技术

近年来，由于人类对化石能源的大量消耗以及其自身的不可再生给人类能源提出了新的挑战，可再生能源如风能、太阳能等给人类提供了一种新的能源方式。电网中可再生能源的引进极大地改变了传统的供电方式，带来了清洁、灵活的优点。但由于光伏发电系统、风力发电系统等易受自然气候影响，其输出功率具有波动性、随机性、间歇性的特点。因此，根据供电能力以及负荷用电需求对负荷用量进行调度，保持电能生产和消费的实时动态平衡具有重要的意义。这时候电力系统就需要调度电能来满足电能平衡的要求。

电能调度分为两种，一种是发电侧调度，一种是需求侧调度。需求响应作为需求侧调度的一种，它是一种电能管理技术，能提供充足的备用能力来解决可再生能源的波动性问题，包括基于电价和基于激励两种方式。直接负荷控制(direct load control，DLC)方法是一种重要的激励型DR技术，通过给予用户一定的激励补偿措施，然后基于高级通信、量测系统以及智能控制终端设备，对用户用电设备进行关闭或开启等操作。近期发展的DLC算法，如状态队列(state-queuing，SQ)控制算法、基Fokker-Planck方程的辨识控制算法、用户侧舒适约束控制算法、基于离散积分的数值模型进行响应优化计算，逐渐考虑到用户侧的舒适约束影响。

本发明针对状态队列控制方法的不足之处，提供了一套完整的电热泵需求侧响应的控制方法，主要包括两种情况：电价上升的响应情况和电价下降的响应情况。整个控制方法的创新点体现在以下方面：加入了舒适度约束来避免设备频繁切换状态对使用寿命的影响；在响应过程中保证了系统的负荷多样性，该方法响应后系统的负荷多样性不变，这使得系统后续对电价的响应效果依旧保持在很好的水平。

发明内容

为了改进现有方法，本发明的目的在于提出一种采用状态队列的电热泵需求侧响应方法，保护设备和负荷多样性。

本发明的目的通过下述技术方案实现，一种采用状态队列的电热泵需求侧响应方法，包括以下步骤：

(1)根据以下热力学方程绘制电热泵的动态过程图：

当电热泵关断时：

当电热泵开启时：

式中，T_room为电热泵调节的室内温度，C、R、Q分别代表等值热电容等值热电阻等值热比率(W)；T_out为室外温度，t为仿真时刻；Δt为仿真步长；

绘制的动态过程图中，用T_ao表示起始温度用T_s表示设定温度值用T_off表示温度上限值用T_on表示温度下限值用τ_on表示开启时间(s)，用τ_off表示关闭时间(s)，用2δ表示温度调节范围

(2)将步骤1绘制的动态过程图抽象离散成互不相同的状态：将运行周期划分为等时间间隔的n段；取每一段的初始值并保持该值作为本段的值；得到n个互不相同的状态，n为自然数且满足n≥2；

(3)将步骤2获得的所有状态进行分群：将n个互不相同的状态分成开启状态群和关闭状态群，用状态变量n_i＝1描述第i个状态是处于开启状态，用状态变量n_i＝0描述第i个状态处于关闭状态；

(4)对步骤3中的两个状态群内的状态进行排序：对开启状态群的状态按温度从低到高进行排序，对关闭状态群的状态按温度从高到低进行排序；

(5)加入舒适性约束：在温度变化范围内定义电热泵的可控范围和即温度处于的开启状态为可操作的状态，温度处于的关闭状态为可操作状态；

(6)电热泵响应电价：通过改变温度设定值T_s来改变电热泵消耗的功率，当电价降低的时候可以通过提高温度设定值来增加消耗的功率；当电价上升的时候可以通过降低温度设定值来减少消耗的功率；该步骤包括以下几种情况：

(6.1)正常情况下：开启状态群运行到温度上限值T_off以后转为关闭状态，运行到温度下限值T_on以后转为开启状态；关闭状态群运行到温度下限值T_on以后转为开启状态，运行到温度上限值T_off以后转为关闭状态；