一种基于相变储能的楼宇负荷控制方法

技术领域

本申请涉及电力系统负荷调度技术领域，特别涉及一种基于相变储能的楼宇负荷控制方法。

背景技术

现有空调楼宇的空调系统运行方式普遍为控制室内温度恒定在25±1℃或26±1℃运行。空调运行时段与电价尖峰时段和峰电时段重合，使得空调系统运行所产生的电费费用高，并且会增加楼宇在尖峰时段和峰电时段重合的楼宇电力负荷，不利用削峰填谷以缓解夏季用电压力。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种基于相变储能的楼宇负荷控制方法。

为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种基于相变储能的楼宇负荷控制方法，所述楼宇中至少部分房间为空调房间，空调房间的房间顶部设置有蓄冷结构；所述控制方法包括：

根据实时电价、光伏发电量和楼宇负荷确定室内温度；

当实时电价为第一时段时，基于所述室内温度控制空调按照所述室内温度为空调房间提供冷量，并控制空调为所述蓄冷结构提供冷量，其中，所述第一时段包括谷电时段和平电时段；

当实时电价为第二时段时，基于所述室内温度控制空调和所述蓄冷结构同步为空调房间提供冷量，其中，第二时段包括峰电时段和尖峰时段。

2、根据权利要求1所述基于相变储能的楼宇负荷控制方法，其特征在于，所述蓄冷结构包括壳体、蓄冷材料以及毛细管，所述蓄冷材料和所述毛细管均位于所述壳体内，所述毛细管的进水口与空调风机盘管的冷冻水供水管相连接，所述毛细管的出水口与空调风机盘管的冷冻水回水管相连接。

3、根据权利要求1或2所述基于相变储能的楼宇负荷控制方法，其特征在于，所述蓄冷结构作为空调房间的天花吊顶板布置于房间顶部。

4、根据权利要求1所述基于相变储能的楼宇负荷控制方法，其特征在于，所述根据实时电价和楼宇负荷确定室内温度具体包括：

根据实时电价对应的目标时段确定第一室内温度；

获取楼宇负荷对应的负荷区间，并获取负荷区间对应的第二室内温度；

若第一室内温度和第二室内温度匹配，将第一室内温度作为室内温度；

若第一室内温度和第二室内温度不匹配，将第二室内温度作为室内温度。

5、根据权利要求4所述基于相变储能的楼宇负荷控制方法，其特征在于，所述根据实时电价对应的目标时段确定第一室内温度具体为：

当目标时段为第一时段中的谷电时段时，将蓄冷结构的相变温度设置为第一室内温度；

当目标时段为第一时段中的平电时段时，将第一预设温度设置为第一室内温度，其中，所述第一预设温度大于所述相变温度；

当目标时段为第二时段中的峰电时段时，将第二预设温度设置为第一室内温度，其中，所述第二预设温度大于所述相变温度；

当目标时段为第二时段中的尖峰时段时，将第三预设温度设置为第一室内温度，其中，所述第三预设温度大于所述第二预设温度。

6、根据权利要求1所述基于相变储能的楼宇负荷控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当蓄冷结构处于蓄冷状态时，获取蓄冷结构开始蓄冷时的蓄冷温度以及用于为蓄冷结构蓄冷的冷却水温度；

计算所述蓄冷温度以及所述冷却水温度的温度差，并基于所述温度差来确定目标蓄冷时长；

当蓄冷结构的蓄冷时长达到目标蓄冷时长时，停止为蓄冷结构蓄冷。

7、根据权利要求6所述基于相变储能的楼宇负荷控制方法，其特征在于，所述基于所述温度差来确定目标蓄冷时长具体包括：

当实时电价为谷电时段时，基于所述温度差来确定目标蓄冷时长；

当实时电价为平电时段时，根据位于平电时段后的峰电时段的时段长度以及峰电时段的室内温度确定所需蓄冷量；若所需蓄冷量小于蓄冷结构的目标蓄冷量，则基于所述蓄冷量和所述温度差计算目标蓄冷时长，若所需蓄冷量大于或者等于目标蓄冷量，则基于所述目标蓄冷量和所述温度差计算目标蓄冷时长。

8、根据权利要求1所述基于相变储能的楼宇负荷控制方法，其特征在于，所述楼宇设置有光伏发电系统，所述方法还包括：

当楼宇负荷达到第一负荷阈值且实时电价处于第二时段时，通过光伏系统补充空调负荷。

9、根据权利要求1或8所述基于相变储能的楼宇负荷控制方法，其特征在于，所述楼宇设置电化学储能系统，所述方法还包括：

当楼宇负荷低于第二负荷阈值且实时电价处于第一时段时，通过电化学储能系统储备能量。

有益效果：与现有技术相比，本申请提供了一种基于相变储能的楼宇负荷控制方法，所述方法应用的楼宇中至少部分房间为空调房间，空调房间的房间顶部设置有蓄冷结构；所述控制方法包括：根据实时电价和楼宇负荷、光伏系统发电量确定室内温度；当实时电价为第一时段时，基于所述室内温度控制空调按照所述室内温度为空调房间提供冷量，并控制空调为所述蓄冷结构提供冷量；当实时电价为第二时段时，基于所述室内温度控制空调和所述蓄冷结构同步为空调房间提供冷量。本申请通过采用蓄冷结构与空调同步指令，增加利用谷电和平电用量，减少峰电/尖峰电量的使用，一方面可以降低楼宇用电成本，另一面可以降低楼宇在尖峰时段和峰电时段重合的楼宇电力负荷，实现了削峰填谷，缓解了夏季用电压力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不符创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的蓄结构的结构示意图。

图2为本申请提供的蓄结构的安装示意图。

图3为本申请提供的基于相变储能的楼宇负荷控制方法的流程图。

具体实施方式

本申请提供一种基于相变储能的楼宇负荷控制方法，为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

应理解，本实施例中各步骤的序号和大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

经过研究发现，现有空调楼宇的空调系统运行方式普遍为控制室内温度恒定在25±1℃或26±1℃运行。然而，空调运行时段与尖峰时段和峰电时段重合，使得空调系统运行所产生的电费费用高，并且会增加楼宇在尖峰时段和峰电时段重合的楼宇电力负荷，不利用削峰填谷以缓解夏季用电压力。

为了解决上述问题，在本申请实施例中在楼宇中的空调房间的房间顶部设置有蓄冷结构；根据实时电价和楼宇负荷确定室内温度；当实时电价为第一时段时，基于所述室内温度控制空调按照所述室内温度为空调房间提供冷量，并控制空调为所述蓄冷结构提供冷量；当实时电价为第二时段时，基于所述室内温度控制空调和所述蓄冷结构同步为空调房间提供冷量。本申请通过采用蓄冷结构与空调同步指令，增加利用谷电和平电用量，减少峰电/尖峰电量的使用，一方面可以降低楼宇用电成本，另一面可以降低楼宇在尖峰时段和峰电时段重合的楼宇电力负荷，实现了削峰填谷，缓解了夏季用电压力。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对申请内容作进一步说明。

本实施例提供了一种基于相变储能的楼宇负荷控制方法，楼宇设置有空调系统，空调系统至少为楼宇中的部分房间制冷/制热，即楼宇中至少部分房间为空调房间。其中，空调房间的房间顶部设置有蓄冷结构，空调系统可以通过冷冻水为蓄冷结构提供冷量以使得蓄冷结构蓄冷，蓄冷结构可以在室内温度达到相变温度时为空调房间提供冷量，以与空调系统同步为空调房间制冷。

如图1和图2所示，蓄冷结构包括壳体10、蓄冷材料20和毛细管30，壳体10内设置有容纳腔，蓄冷材料20填充于容纳腔内，毛细管30呈回型设置于容纳腔内并被蓄冷材料包裹。毛细管的进水口40与空调风机盘管60的冷冻水供水管70相连接，所述毛细管的出水口50与空调风机盘管60的冷冻水回水管80相连接。蓄冷结构的蓄冷过程为：空调系统的空调风机盘管的供水管中的冷冻水通过进水口进入毛细管，冷冻水流经毛细管后通过出水口流入空调风机盘管的冷冻水回水管以回流到空调系统，在冷冻水从进水口流入毛细管到从出水口流出毛细管的过程中，蓄冷材料通过相变吸收冷冻水携带的冷量并存储。

在一个实现方式中，空调风机盘管的供水管与毛细管的进水口的连接管路上设置有控制阀，通过控制阀控制空调风机盘管的供水管与进水口连通/断开，这样在峰电时段和尖峰时段，或者蓄能结构蓄冷完成后，可以通过关闭控制阀来断开空调风机盘管的供水管与毛细管的进水口的连接；在谷电时段和平电时段，可以启动控制器来保持空调风机盘管的供水管与毛细管的进水口的连接。

进一步，蓄冷材料为一种25℃相变材料，储冷密度为49.2kWh/m

如图3所示，本实施例提供的基于相变储能的楼宇负荷控制方法具体包括：

S10、根据实时电价和楼宇负荷确定室内温度。

具体地，实时电价指的是当前时刻所处的电价阶段，其中，电价阶段包括谷电时段、平电时段、峰电时段和尖峰时段，尖峰时段执行是预设月份里的峰电时段。例如，A城市将7-9月作为尖峰月份(即尖峰月份的峰谷电价高于其他月份的峰谷电价)，那么7-9月的峰电时段为尖峰时段。目标时段包含于谷电时段、平电时段、峰电时段和尖峰时段中，也就是说，在获取到当前时刻的实时电价后，会确定该实时电价所处的电价时段，并将该电价时段作为目标时段。

楼宇负荷指的是楼宇能源消耗量，楼宇的能源消耗主要包括照明、空调、动力设备(电梯、消防、给水泵等)、插座设备等。其中，空调为楼宇负荷的主要贡献者，从而为了使得楼宇负荷平衡，在确定空调的室内温度时，需要考虑楼宇负荷，当楼宇负荷高时需要尽量减少空调负荷以降低楼宇负荷，当楼宇负荷低时，可以通过空调系统来为蓄冷结构蓄冷。

在一个实现方式中，所述根据实时电价和楼宇负荷确定室内温度具体包括：

根据实时电价对应的目标时段确定第一室内温度；

获取楼宇负荷对应的负荷区间，并获取负荷区间对应的第二室内温度；

若第一室内温度和第二室内温度匹配，将第一室内温度作为室内温度；

若第一室内温度和第二室内温度不匹配，将第二室内温度作为室内温度。

具体地，目标时段为谷电时段、平电时段、峰电时段和尖峰时段中的一个，并且谷电时段、平电时段、峰电时段和尖峰时段均对应有温度区间，以使得根据目标时段可以确定当前时刻的第一室内温度。在一个实现方式中，所述根据实时电价对应的目标时段确定第一室内温度具体为：

当目标时段为第一时段中的谷电时段时，将蓄冷结构的相变温度设置为第一室内温度；

当目标时段为第一时段中的平电时段时，将第一预设温度设置为第一室内温度；

当目标时段为第二时段中的峰电时段时，将第二预设温度设置为第一室内温度；

当目标时段为第二时段中的尖峰时段时，将第三预设温度设置为第一室内温度。

具体地，第一预设温度、第二预设温度和第三预设温度均为预先设置的，其中，所述第一预设温度大于所述相变温度；所述第二预设温度大于所述相变温度；所述第三预设温度大于所述第二预设温度。优选的，第二预设温度大于第一预设温度。也就是说，可以让谷电时段和平电时段的空调室内温度低于峰电时段和尖峰时段，使得谷电时段和平电时段主要通过空调为楼宇制冷，峰电时段和尖峰时段通过空调与蓄冷结构同步为楼宇制冷，这样可以降低峰电时段和尖峰时段的空调负荷，从而可以降低峰电时段和尖峰时段楼宇负荷。

举例说明，谷电时段对应的室内温度控制为25℃；平电时段对应的室内温度控制为26℃，峰电时段对应的室内温度控制在26-27℃，尖峰时段对应的室内温度控制在27-28℃。在获取到实时电价对应的目标时段后，选取目标时段对应的室内温度范围，然后在目标时段对应的室内温度范围选取一个温度，例如，目标时段对应的室内温度范围随机选取一个温度。

进一步，负荷区间为预先设置的，也就是说，预先将楼宇负荷从0到最大负荷划分为若干负荷区间，在获取到楼宇负荷后，可以在预先划分的若干负荷区间中查找到楼宇负荷对应的负荷区间。此外，每个负荷区间对应的室内温度区间，这样在获取到楼宇负荷后可以根据楼宇负荷所处的负荷区间确定第二室内温度。例如，假设楼宇负荷为Df，当Df≤50％，室内温度tn≤26℃；50％＜Df＜85％，室内温度tn＝26-27℃；Df≥85％，室内温度tn＝27-28℃，其中，当负荷区间对应的室内温度为温度区间时，可以在该温度区间中随机选取一个温度作为第二室内温度。

S20、当实时电价为第一时段时，基于所述室内温度控制空调按照所述室内温度为空调房间提供冷量，并控制空调为所述蓄冷结构提供冷量。

具体地，第一时段包括谷电时段和平电时段，在谷电时段和平电时段时，由于电价费用低，从而这时可以仅通过空调为空调房间提供冷量，同时还可以通过空调为蓄冷结构蓄冷，也就是说，在第一时段时，可以将空调风机盘管的供水管与毛细管的进水口的连接管路上的控制阀开启，使得空调风机盘管的冷冻水流经毛细管，以为蓄冷结构提供冷量，使得蓄冷结构蓄冷。

在一个实现方式中，所述方法还包括：

当蓄冷结构处于蓄冷状态时，获取蓄冷结构开始蓄冷时的蓄冷温度以及用于为蓄冷结构蓄冷的冷却水温度；

计算所述蓄冷温度以及所述冷却水温度的温度差，并基于所述温度差来确定目标蓄冷时长；

当蓄冷结构的蓄冷时长达到目标蓄冷时长时，停止为蓄冷结构蓄冷。

具体地，目标蓄冷时长可以确定蓄冷结构的目标蓄冷量，通过目标蓄冷量来防止蓄冷结构表面结露。也就是说，当蓄冷结构的蓄冷量超过目标蓄冷量时，会导致蓄冷结构中的蓄冷材料的温度与空调房间的室内温过大，而导致蓄冷材料表面结露，进而导致蓄冷结构表面结露。例如，当室内温度为26℃时，相对湿度为70％时，露点为20.1℃，通过控制蓄冷结构的蓄冷量还保持蓄冷材料温度不低于21℃，那么可以避免蓄冷结构表面结露。

由此，在一个实现方式中，在确定目标蓄冷时长前，可获取室内温度以及室内湿度，根据室内温度和室内湿度确定结露温度，然后根据结露温度确定目标蓄冷温度，其中，目标蓄冷温度用于反映蓄冷结构蓄冷完成时蓄冷材料所处的温度，目标蓄冷温度高于结露温度；最后根据蓄冷材料当前的蓄冷温度和目标蓄冷温度确定目标蓄冷量，根据目标蓄冷量、温度差、换热系数以及毛细管的换热面积可以确定目标蓄冷时长，其中，目标蓄冷时长的计算公式可以为：

其中，T

此外，值得说明的是，由于空调房间的室内温度会实时变化，从而目标蓄冷时长也会发生变化，从而可以在蓄冷过程中，可以每间隔预设时间获取一次当前空调房间室内温度，然后根据当前空调房间室内温度来修正目标蓄冷时长。

在获取到目标蓄冷时长后，可以监听蓄冷结构的蓄冷时长是否达到目标蓄冷时长，当达到目标蓄冷时长时，停止为蓄冷结构蓄冷。当然，在监听蓄冷结构的蓄冷时长的同时，还会监听实时电价所处的电价时段是否发生变化，当实时电价所处的电价时段发生变化时，会根据变化后的电价时段来对蓄冷结构进行控制。例如，在未达到目标蓄冷时长时，电价时段变化为峰价时段，那么也会停止为蓄冷结构蓄冷。

在一个实现方式中，所述基于所述温度差来确定目标蓄冷时长具体包括：

当实时电价为谷电时段时，基于所述温度差来确定目标蓄冷时长；

当实时电价为平电时段时，根据位于平电时段后的峰电时段的时段长度以及峰电时段的室内温度确定所需蓄冷量；若所需蓄冷量小于蓄冷结构的目标蓄冷量，则基于所述蓄冷量和所述温度差计算目标蓄冷时长，若所需蓄冷量大于或者等于目标蓄冷量，则基于所述目标蓄冷量和所述温度差计算目标蓄冷时长。

具体地，在谷电时段，电价低从而可以将蓄冷结构蓄冷量蓄至目标蓄冷量，而在平电时段，可以根据平电时段后的峰电时段的时长和室内温度来确定所需的蓄冷量，并将蓄冷结构蓄冷量蓄至所需的蓄冷量和目标蓄冷量中最小的，这样可以避免非空调时段放冷造成能量浪费。

S30、当实时电价为第二时段时，基于所述室内温度控制空调和所述蓄冷结构同步为空调房间提供冷量。

具体地，第二时段包括峰电时段和尖峰时段，蓄冷结构的放冷过程为自动过程，当室内温度高于蓄冷结构的相变温度时，蓄冷结构可以自动放冷。

在一个实现方式中，所述楼宇设置有光伏发电系统，所述方法还包括：

当楼宇负荷达到第一负荷阈值且实时电价处于第二时段时，通过光伏系统补充空调负荷。

具体地，第一负荷阈值为预先设置的，用于表示楼宇负荷高，也就是说，当楼宇负荷高于第一负荷阈值时，说明楼宇负荷高，并且实时电价处于第二时段，说明用电成本高。从而，此时通过光伏发电系统储备的电能来为空调提供部分能力，以降低楼宇能源消耗费用。

在一个实现方式中，所述楼宇设置电化学储能系统，所述方法还包括：

当楼宇负荷低于第二负荷阈值且实时电价处于第一时段时，通过电化学储能系统储备能量。

具体地，第二负荷阈值为预先设置的，用于表示楼宇负荷低，也就是说，当楼宇负荷低于第二负荷阈值时，说明楼宇负荷低，并且实时电价处于第一时段，说明用电成本低。从而，此时通过电化学储能系统来将电能转换为其他能源，其中，第二负荷阈值小于第一负荷阈值。

综上所述，本实施例提供了一种基于相变储能的楼宇负荷控制方法，所述方法应用的楼宇中至少部分房间为空调房间，空调房间的房间顶部设置有蓄冷结构；所述控制方法包括：根据实时电价和楼宇负荷确定室内温度；当实时电价为第一时段时，基于所述室内温度控制空调按照所述室内温度为空调房间提供冷量，并控制空调为所述蓄冷结构提供冷量；当实时电价为第二时段时，基于所述室内温度控制空调和所述蓄冷结构同步为空调房间提供冷量。本申请通过采用蓄冷结构与空调同步指令，增加利用谷电和平电用量，减少峰电/尖峰电量的使用，一方面可以降低楼宇用电成本，另一面可以降低楼宇在尖峰时段和峰电时段重合的楼宇电力负荷，实现了削峰填谷，缓解了夏季用电压力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。