间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法及系统

技术领域

本发明属于电网需求响应能力估计技术领域，尤其涉及一种间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在当前的电网负荷中，空调等间歇性用电负荷的需求响应能力对电网平稳运行具有重要意义。空调房间的需求响应能力为相同环境条件下可削减的空调负荷电量。目前，部分省份电网的夏季空调负荷已经占最大用电负荷的40％以上，空调负荷体量已经非常庞大。另外，由于空调房间内的墙体等储热介质具有热惯性，在短时间内对此类间歇性负荷进行调节，用户的舒适性体验不会受到显著影响。所以，充分利用空调等间歇性用电负荷的需求响应能力对电网平稳运行具有重要意义。

现有的关于空调房间需求响应能力的估计方法多面向大型中央空调，而针对位置分散、分布广泛的单体变频空调房间需求响应能力估计的方法十分缺乏。发明人发现，现有方法都只针对某一特定建筑空间进行分析，未对房间各物理参数的测量精度和可行性等进行充分考量，致使这些方法不具有普适性。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法及系统，其以歇性温度调节空调房间的长期运行数据及相应室内、室外温度数据为基础，首先建立不同室内、室外温度条件下房间稳态温度及空调稳态功率之间的动态关系模型，形成动态模型库；其次，将当前室内温度与室外温度值作为参考，在动态模型库中查找最接近的动态模型；最后，根据所选择的动态模型计算当前室内外温度条件下的空调房间需求响应能力。本发明内容具有适用性强等优点，对于电网掌握空调柔性负荷的需求响应能力、确保电网平稳运行具有积极的现实意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法。

一种间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法，其包括：

获取当前室内温度和室外温度，作为当前环境温度；

从预先构建的动态模型库中查找出与当前环境温度最相似的动态模型；

基于已知条件和查找的动态模型，计算当前环境下空调的休眠时间和间歇性温度调节空间的需求响应能力；

其中，动态模型库中的动态模型为室内温度与空调用电功率之间关系式。

在本发明中，空调的休眠时间和间歇性温度调节空调房间的需求响应能力为：调整空调的设定值使空调进入一段时间的休眠，从而使得空调的功耗降低，其中，功耗降低值超过预设幅度阈值；间歇性温度调节空间的需求响应能力定义为相同环境条件下削减的空调负荷耗电量。

作为一种实施方式，所述动态模型的输入量为空调功率，输出量为室内温度变化。

作为一种实施方式，所述动态模型为一阶惯性延迟模型，其构成过程为：采用ARX模型建立输入与输出数据间的动态模型，并将建立的ARX模型进行降阶而得到。

作为一种实施方式，根据欧氏距离最短准则，从预先构建的动态模型库中查找出与当前环境温度最相似的动态模型。

作为一种实施方式，所述动态模型库的构建过程为：

基于不同室内温度历史数据段和室外温度历史数据段，以空调功率为输入量，室内温度变化为输出量，得到一系列间歇性温度调节空调房间的动态模型。

本发明的第二个方面提供一种基于间歇性温度调节的需求响应能力估计系统。

一种基于间歇性温度调节的需求响应能力估计系统，其包括：

当前环境温度获取模块，其用于获取当前室内温度和室外温度，作为当前环境温度；

最相似动态模型查找模块，其用于从预先构建的动态模型库中查找出与当前环境温度最相似的动态模型；

需求响应能力计算模块，其用于基于已知条件和查找的动态模型，计算当前环境下空调的休眠时间和间歇性温度调节空间的需求响应能力；

其中，动态模型库中的动态模型为室内温度与空调用电功率之间关系式。

作为一种实施方式，所述动态模型的输入量为空调功率，输出量为室内温度变化。

作为一种实施方式，所述动态模型为一阶惯性延迟模型，其构成过程为：采用ARX模型建立输入输出数据间的动态模型，并将建立的ARX模型进行降阶而得到。

作为一种实施方式，根据欧氏距离最短准则，从预先构建的动态模型库中查找出与当前环境温度最相似的动态模型。

作为一种实施方式，所述动态模型库的构建过程为：

基于不同室内温度历史数据段和室外温度历史数据段，以空调功率为输入量，室内温度变化为输出量，得到一系列间歇性温度调节空调房间的动态模型。

本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法及系统中的步骤。

本发明的第四个方面提供一种电子设备。

一种电子设备，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程序时实现如上述的间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法及系统中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以室内温度和室外温度数据为参考，建立不同室内、室外温度条件下的空调功率与室内温度之间的动态模型，形成模型库；将当前室内温度与室外温度值作为参考，在动态模型库中查找最接近的动态模型；最后根据所选择的动态模型计算当前室内外温度条件下的空调房间需求响应能力，解决了普遍意义下的空调房间需求响应能力估计问题，以间歇性温度调节空调房间的室内外温度、功耗等长期历史运行数据为基础，使计算过程不再依赖于建筑物中难以准确检测的物理参数，提高了空调房间需求响应能力估计方法的适用性，对于电网利用空调房间需求响应能力削峰填谷、稳定运行具有重要意义。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是间歇性温度调节空调房间参与电网需求响应能力的定义示意图；

图2是间歇性温度调节空调房间需求响应能力估计方法流程图；

图3是间歇性温度调节空调房间需求响应能力估计系统的整体架构图；

图4是实施中的间歇性温度调节空调房间的运行数据图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，空调的休眠时间和间歇性温度调节空调房间的需求响应能力为：调整空调的设定值使空调进入一段时间的休眠，从而使得空调的功耗降低，其中，功耗降低值超过预设幅度阈值；间歇性温度调节空间的需求响应能力定义为相同环境条件下削减的空调负荷耗电量。

实施例一

图1为所述歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法流程图。下面将空调的电功率记为P(t)，房间内温度记为T

如图2所示，本实施例的间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法及系统，其具体包括如下步骤：

步骤1：获取当前室内温度和室外温度，作为当前环境温度。

在具体实施过程中，当前室内温度和室外温度可采用预先部署的温度采集模块来采集获得，如图3所示的温度采集模块。

步骤2：从预先构建的动态模型库中查找出与当前环境温度最相似的动态模型。

其中，动态模型库中的动态模型为室内温度与空调用电功率之间关系式。

在本实施例中，所述动态模型的输入量为空调功率，输出量为室内温度变化。

所述动态模型为一阶惯性延迟模型，其构成过程为：采用ARX模型建立输入输出数据间的动态模型，并将建立的ARX模型进行降阶而得到。也就是采用自回归各态历经模型(AutoRegressive eXogenous，ARX)建立空调功率和室内温度在最小二乘意义下的动态模型，并对ARX模型进行降阶，从而得到歇性温度调节空调房间系统的一阶惯性延迟模型。

具体地，利用预先部署的传感器采集室外、室内温度、空调功率等，并将数据以蓝牙通信方式传递给系统数据存储模块。其中，如图3所示，温度采集模块用于采集室外、室内温度；电能计量模块用来采集空调功率，温度采集模块通过通讯模块与单片机控制器相互通信，其中通讯模块可为蓝牙等通讯设备，系统数据存储模块设置在单片机控制器内。单片机控制器还分别与供电模块和液晶显示模块相连。通讯模块与人机交互模块相连。

对所获得的数据，以室内温度和室外温度为参考进行量化划分，得到不同室内温度和室外温度条件下的历史数据段；

对存储模块中不同室内温度和室外温度条件下的历史数据段进行建模，建立空调功率与室内温度之间的ARX模型，并将ARX模型进行一阶近似，得到空调功率与室内温度之间的一阶模型，将所建立的一阶模型存储于数据存储模块。不断进行建模步骤，直到获得全部历史数据段的ARX模型，形成动态模型库。本实例中的ARX模型为：

其中，θ

此处，a

其中，J(θ

上式中，

/>

其中，

其中，

上式中，N是整个运行数据的长度，dim(·)是操作数向量的维数。

式(1)中的ARX模型可近似为一阶模型：

其中，K是歇性温度调节空调房间的增益；T是间歇性温度调节空间系统的时间常数；τ是间歇性温度调节空间系统的延迟时间。

在具体实施过程中，所述动态模型库的构建过程为：

基于不同室内温度历史数据段和室外温度历史数据段，以空调功率为输入量，室内温度变化为输出量，得到一系列间歇性温度调节空调房间的动态模型。这样实现对不同环境下房间温度与空调功率关系的描述，由不同室内、室外温度下所有的动态模型形成模型库。

在具体实施过程中，根据欧氏距离最短准则，从预先构建的动态模型库中查找出与当前环境温度最相似的动态模型。

此处的欧氏距离公式为：

其中，T

步骤3：基于已知条件和查找的动态模型，计算当前环境下空调的休眠时间和间歇性温度调节空间的需求响应能力。

空调休眠时间

其中，K为系统增益、T为时间常数、τ为系统的延迟时间，T

下面对本实施例进行进一步描述，选取室外温度为32.5℃时，在获取了歇性温度调节空调房间室外、室内温度、空调功率等历史数据的基础上，运用上述实施例所提出的间歇性温度调节空调房间需求响应能力的估计方法，实现对当前环境下间歇性温度调节空调房间需求响应能力进行估计。具体实现步骤如下：

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。

S1.间歇性温度调节空调房间的运行数据如图4所示，根据式(8)、(9)，在动态模型库中得到对应的一阶动态模型为：

S2.根据所得到的动态模型可知：系统增益K＝-0.03591，时间常数T＝1260，系统的延迟时间τ＝118。参与电网需求响应后的房间内温度与需求响应前空间内温度的差值

S3.将已知量代入式(10)与式(11)，计算得空调休眠时间的估计值

实施例二

本实施例提供了一种基于间歇性温度调节的需求响应能力估计系统，其具体包括：当前环境温度获取模块、最相似动态模型查找模块和需求响应能力计算模块。

其中：

(1)当前环境温度获取模块，其用于获取当前室内温度和室外温度，作为当前环境温度。

(2)最相似动态模型查找模块，其用于从预先构建的动态模型库中查找出与当前环境温度最相似的动态模型。

在具体实施过程中，所述动态模型的输入量为空调功率，输出量为室内温度变化。

所述动态模型为一阶惯性延迟模型，其构成过程为：采用ARX模型建立输入输出数据间的动态模型，并将建立的ARX模型进行降阶而得到。

其中，所述动态模型库的构建过程为：

基于不同室内温度历史数据段和室外温度历史数据段，以空调功率为输入量，室内温度变化为输出量，得到一系列间歇性温度调节空调房间的动态模型。

具体地，根据欧氏距离最短准则，从预先构建的动态模型库中查找出与当前环境温度最相似的动态模型。

(3)需求响应能力计算模块，其用于基于已知条件和查找的动态模型，计算当前环境下空调的休眠时间和间歇性温度调节空间的需求响应能力。

其中，动态模型库中的动态模型为空调用电功率与室内温度之间关系式。

此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。

实施例三

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法及系统中的步骤。

实施例四

本实施例提供了一种电子设备，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程序时实现如上述所述的间歇性温度调节空调房间的需求响应能力估计方法及系统中的步骤。

本发明是参照本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。