面向电力系统应用的空调负荷研究综述 .pdfVIP

面向电力系统应用的空调负荷研究综述

何金松;叶鹏;张涛;安宁

【期刊名称】《《沈阳工程学院学报（自然科学版）》》

【年(卷),期】2019(015)004

【总页数】7页(P343-349)

【关键词】空调负荷;聚合模型;控制技术;需求侧响应

【作者】何金松;叶鹏;张涛;安宁

【作者单位】沈阳工程学院研究生部辽宁沈阳110136;沈阳工程学院电力学院

辽宁沈阳110136;国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院辽宁沈阳110006

【正文语种】中文

【中图分类】TM714

近年来，国内负荷结构正在发生深刻变化。由于空调在日常生活中的使用越来越多，

温控负荷在电网中所占比重增大，对电网的负荷特性产生很大负面影响。在用电高

峰期，容易造成供电紧张。因此，需要通过需求响应技术缓解供需紧张的情况，从

而提高电网运行的效率，达到节能减排的目的［1-2］。

在此背景下，开展空调负荷建模、聚合与控制的相关研究十分有意义，具体原因包

含以下4点：

1）空调负荷调控潜力巨大

在我国夏季用电高峰期，空调负荷占电网总负荷的30%～40%，东南地区某些城

市空调负荷的占比超过了50%。在负荷高峰期，大量的空调负荷给电网带来巨大

负担，严重影响电网运行的稳定性；然而在负荷低谷期，很多电厂的发电机不工作，

使电网的运行效率降低，同时浪费能源。

2）空调负荷调控影响较小

因为空调具有热惯性，所以小幅度改变空调的设定温度对人的舒适度影响不大；同

时，改变空调的设定温度或者短时间关闭空调，对空调的使用寿命影响不大。

3）负荷调节与控制技术效益显著

在用电高峰期间内对用户的空调负荷进行调控，例如改变空调制冷或制热的温度、

短时间关闭空调等，不但可以起到削减高峰负荷的作用，而且提高了电网运行的效

率，具有良好的经济性。

4）现有技术应用仍需改进

空调负荷的调节与控制技术在某些发达国家已开始应用。近几年，我国某些地区也

开展了空调轮停项目［3］，但我国对空调负荷的研究还处在理论研究阶段，还未

得到广泛应用。我国对空调负荷的调控方法缺乏实际应用，空调负荷的调控价值还

没有得到真正体现。

1空调负荷建模原理

原始的空调负荷建模是根据空调负荷的历史记录进行分析的［4］，通过分析历史

数据预测未来的负荷情况。随着技术的发展，研究出了基于物理的负荷建模方法

［5］，可以全面精确地得到空调负荷的动态，目前主要有基于冷负荷计算的空调

负荷建模方法［6］和基于等效热参数的建模方法［7］。

1.1基于等效热参数的建模原理

将房间内初始温度和影响房间内温度改变等物理量（空调制冷/热量、室外温度、

房间的散热度）转化成电路中的电路元件［8］。分析热量在房间和外部环境之间

的传递过程，建立三阶状态空间的空调热力学模型和改变空调工作温度与有关变量

的状态方程。当不考虑房间内和室外环境的温差时，可以得到空调的二阶等效模型

［6］。由于高阶等效热参数模型在建模中计算量大、结构复杂，所以高阶模型在

实际工程中应用较少。

在实际建模中，可以假设房间内固体温度和房间内空气温度相等，得到空调的一阶

等效热参数模型［8-9］，如图1所示，表达公式如下：

式中，R1为等效阻抗；Ca为等效比热容；T0为外界温度；Ti为室内气体温度；

Q为制冷/热量。

图1一阶等效热参数模型

由式（1）可得，空调的一阶等效热参数模型能够建立起房间内温度的微分方程，

通过推导可以得出房间内温度的时变方程。未来一段时间内房间内的温度可以用该

方程进行预测，为空调负荷在电网中合理调度打下理论基础。

1.2基于冷负荷计算的空调负荷建模原理

基于冷负荷计算的空调负荷建模通过能量守恒定律推导室内温度的变化规律。在某

段时间内，空调的制冷量和房间得热量之差等于这段时间房间的冷量变化值。通过

这个原理得出房间能量变化关系式，进一步得到室内温度变化的公式［10］如下：

式中，α、β、为δ常系数。

如图2所示，某段时间内进入房间的热量是房间得热量，通过外界辐射得热量先

储存在家具和围护结构中，当家具和围护的温度比房间内的温度高时，家具和围护

的热量会以对流的形式交换到房间的空气中。瞬时冷负荷是由得热量中直接交换到

空气中的热量组成，常用冷负荷的概念对空调房间的热量变化进行分析，其中冷负

荷包括：①房间和室外进行热交换得到的热量；②照明系统发热形成的冷负荷；③

人体散热形成的冷负荷；④新风冷负荷等［11］。

图2瞬时得热与瞬时冷负荷的关系

1.3两种建模方法的比较

两