[發(fā)明專利]一種適用于變頻空調負荷的詳細負荷等值方法

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111697576A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 康忠健;李鍇績;曹路;李建華;繆源誠;徐賢;周挺;卜廣全;趙兵;王琦
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）;國家電網(wǎng)公司華東分部;國網(wǎng)江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種適用于變頻空調負荷的詳細負荷等值方法。本發(fā)明通過分析變頻空調的工作機理，建立了基于電磁暫態(tài)的變頻空調負荷模型，研究了其有功和無功特性，通過對變頻空調負荷有功和無功特性的分析，提出了一種基于變頻空調詳細模型的負荷等值方法，該等值方法對變頻空調負荷的等值結果比經(jīng)典綜合負荷模型等值結果有更高的精度。

技術領域

本發(fā)明專利屬于負荷建模領域，具體涉及基于電磁暫態(tài)的變頻空調負荷模型和變頻空調的等值方法。

背景技術

一直以來，負荷建模技術都是電力系統(tǒng)研究的重點與難點，對于電力系統(tǒng)數(shù)字仿真來講，負荷模型的精度對其有著十分重要的影響。

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會的進步，人們追求更高生活質量的需求越來越強烈，所處環(huán)境的舒適度也越來越被人們所重視，空調系統(tǒng)能夠為人們提供舒適的環(huán)境溫度，因此在建筑總能耗中空調系統(tǒng)所占比例越來越大。目前空調負荷在華東地區(qū)占夏季負荷高峰的比值已經(jīng)超過30％，在北京、上海等特大城市甚至接近50％，造成夏季負荷高峰不斷攀升。隨著電力電子技術、制冷技術、電機控制技術、智能控制技術的發(fā)展，變頻空調器也得以在定頻空調的基礎上飛速發(fā)展，并成為一種新型的空調器。由于變頻空調具有舒適性高，節(jié)能等優(yōu)點，市場上所售空調中變頻空調所占比例越來越高，據(jù)統(tǒng)計，2010年后，變頻空調在全國中大型城市市場占有率將近30％，在2018年上半年變頻空調零售額已占到整體空調市場的60.5％。

電力系統(tǒng)負荷的隨機性、復雜性，幾乎不可能建立一個通用的數(shù)學負荷模型。國內外各個學術組織，或者采用的模型結構不同，或者采用的模型參數(shù)不同。日本電氣學會主張，標準負荷模型，對于無功負荷，使用100％恒阻抗模型；母線電壓在0.75U_N左右時，使用恒阻抗模型；母線電壓在U_N左右時，使用恒電流模型。加拿大安大略水電局，在電力系統(tǒng)分析計算中，所用的靜態(tài)負荷模型，以50％恒電流模型+50％恒阻抗模型來描述有功負荷；無功負荷與日本的電氣學會主張的一樣，使用100％恒阻抗模型。美國WECC在2012年開始采用由電動機負荷模型、等值配電網(wǎng)絡和靜態(tài)負荷模型組成的綜合負荷模型。但是因為變頻空調具有電力電子化特點，經(jīng)典的負荷模型不能進行很好的等效。

本發(fā)明以變頻空調為例，建立變頻空調的詳細模型，并依據(jù)此模型推導出適用于變頻空調負荷的詳細負荷等值方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題：針對變頻空調所占比例越來越高這一現(xiàn)狀，以變頻空調詳細負荷模型為基礎，可實現(xiàn)對變頻空調負荷的綜合等效。

本發(fā)明的技術方案：首先建立如圖1所示變頻空調的詳細負荷模型，該模型主要包括變頻器模型、電動機模型、壓縮機模型、熱交換模型等。首先將電壓220V，頻率50Hz的交流電通過整流器進行整流，再通過濾波器進行濾波后得到大約310V的直流電，此直流電根據(jù)室內溫度的變化逆變?yōu)轭l率為30-130Hz范圍內的可以用來控制壓縮機轉速的電源，從而可以控制制冷量輸出的大小。對變頻空調的壓縮機進行頻率的控制，當房間內的熱負荷加大，壓縮機在微機的控制下運轉速度更快，使得制冷(熱)量增加；當室內的熱負荷減小時，在微機控制下的壓縮機將在控制方式下進行相應的減小。

由于變頻器的存在，經(jīng)典的廣義綜合負荷模型(感應電機+逆變器)無法精確的等效變頻空調負荷，因此根據(jù)變頻空調詳細模型提出新的等值方法如圖2所示，原理如下：

(1)變頻空調整流器一般采用不可控整流。對于大部分的變頻空調器，當電功率小于2kW時，采用單相電源輸入；當電功率高于2kW時，采用三相電源輸入。在此條件下整流器后電壓U_dc數(shù)學表達式為：

U_dc＝1.35U_ac

式中，U_dc為直流側電壓，U_ac為交流測電壓。

電容器兩端電壓U_c數(shù)學表達式為：