[發明專利]一種面向需求響應優化的變容量熱水器控制方法

在審

• 申請號: 202111385294.0
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114111029A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 蘇永新;陳磊;譚貌;彭寒梅
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: F24H1/20
• 分類號: F24H1/20;F24H9/1818;F24H15/156;F24H15/212;F24H15/238;F24H15/37;F24H15/414;G06F30/20;G06F111/04
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• 代理人: 暫無信息

1.一種面向需求響應優化的變容量熱水器控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：針對變容量熱水器，采用散熱、水罐進出水、加熱各環節先分離后綜合的方法，分步建立變容量熱水器水溫模型；

步驟S2：獲取變容量熱水器標定的安全工作條件，建立變容量熱水器安全約束，包括水溫安全約束、水量安全約束；獲取用戶設定的熱水溫度舒適性區間，建立變容量熱水器的水溫舒適性約束；

步驟S3：在目標調度時段，獲取變容量熱水器水罐內的熱水溫度以及熱水水量，獲取電網未來24小時分時電價數據以及預測的用戶未來24小時熱水需求數據，并根據分時電價數據生成電價趨勢信號，根據預測的用水需求數據生成用水趨勢信號；

步驟S4：針對變容量熱水器，建立基于控制動作優先級的優化策略，其方法是：在目標調度時段，綜合電價趨勢信號、用水趨勢信號、水溫和水量信息，對變容量熱水器所有可能的控制動作組合設定優先級；將控制動作組合按照優先級從高到低的順序，結合變容量熱水器當前工況，進行變容量熱水器水溫仿真，仿真過程遍歷所有控制動作組合，記錄仿真結果并對其設定優先級；對仿真結果進行舒適性約束和安全約束核查，結合仿真結果的優先級給出優化結果；

步驟S5：變容量熱水器根據基于控制動作優先級的優化策略輸出的優化結果進行加熱、加水操作，維持變容量熱水器運行。

2.根據權利要求1所述的一種面向需求響應優化的變容量熱水器控制方法，其特征在于，步驟S1所述的“采用散熱、水罐進出水、加熱各環節先分離后綜合的方法，分步建立變容量熱水器水溫模型”包含以下步驟：

獲取變容量熱水器的水罐容積與表面積、水罐總體熱阻、熱水加熱裝置的加熱額定功率、熱水加熱裝置將電能轉化為熱能的熱轉換效率參數；

僅考慮散熱損失單獨作用對于變容量熱水器水罐內水溫的影響，建立變容量熱水器的第一溫度模型；散熱損失的能量通過水罐表面積、水罐總體熱阻和水罐內熱水溫度計算；

僅考慮水罐進出水的情況，水量變化單獨作用對于變容量熱水器水罐內水溫及水量的影響，建立變容量熱水器的第二溫度模型；水罐內熱水溫度和水量的變化通過未加水前水罐內熱水的溫度及水量、加水開關的狀態、加入水罐冷水的水量和溫度計算；

僅考慮加熱單獨作用對于變容量熱水器水罐內水溫的影響，建立變容量熱水器的第三溫度模型；加熱過程由加熱開關控制，加熱的能量通過加熱開關的狀態、加熱裝置的額定功率、加熱裝置將電能轉化為熱能的熱轉換效率計算；

綜合變容量熱水器的第一溫度模型、第二溫度模型、第三溫度模型，建立變容量熱水器的水溫模型。

3.根據權利要求1所述的一種面向需求響應優化的變容量熱水器控制方法，其特征在于，步驟S2包含以下步驟：

獲取變容量熱水器標定的熱水溫度安全區間，建立對變容量熱水器調度需要滿足的水溫安全約束為：變容量熱水器運行過程中，水罐內熱水溫度處于標定的熱水溫度安全區間內；

獲取變容量熱水器標定的熱水水量安全區間，記水量安全中值為水量安全區間上下限的平均值，建立對變容量熱水器調度需要滿足的水量安全約束為：變容量熱水器運行過程中，水罐內熱水水量處于標定的熱水水量安全區間內；

獲取用戶設定的熱水溫度舒適性區間，記水溫舒適性中值為水溫舒適性區間上下限的平均值，建立對變容量熱水器調度需要滿足的水溫舒適性約束為：變容量熱水器運行過程中，水罐內熱水水溫處于用戶設定的熱水溫度舒適性區間內。

4.根據權利要求1所述的一種面向需求響應優化的變容量熱水器控制方法，其特征在于，步驟S3所述的“根據分時電價數據生成電價趨勢信號，根據預測的用水需求數據生成用水趨勢信號”包含以下步驟：

將目標調度時段的電價和與它相鄰的未來一段時間的平均電價進行對比，生成電價趨勢信號：其規則是，與目標調度時段的電價相比，如果未來一段時間的平均電價更高，則電價趨勢信號賦值為上升；與目標調度時段的電價相比，如果未來一段時間的平均電價更低，則電價趨勢信號賦值為下降；與目標調度時段的電價相比，如果未來一段時間的平均電價與目標調度時段電價相同，則電價趨勢信號賦值為維持；

將未來一段時間的用水需求與變容量熱水器最大容積進行對比，生成用水趨勢信號：其規則是，如果用水需求與變容量熱水器最大容積之比的值大于給定的閾值，則用水趨勢信號賦值為大，小于或等于給定的閾值，則用水趨勢信號賦值為小。