基于需求响应的中央空调负荷调控技术研究_艾臻

1、近年来，空调负荷的急剧增长已经成为季节性电力紧张的最主要原因，调整空调负荷对于改变商业用户负荷曲线、实现电网削峰填谷具有重要意义。为了实现资源 的优化配置，提高电能使用效率，使中央空调节能高效地运行，决定开展基于需求响应 的中央空调负荷调控技术研究，研究中央空调的负荷特性，制定一系列的中央空调负 荷调控策略，并开展中央空调负荷调控实验，探索基于需求响应的中央空调负荷调控 的潜力和前景。关键词需求响应;负荷特性;负荷调控；削峰填谷基于需求响应的中央空调负荷调控技术研究 *2艾臻1,黄宇淇2,杨晞3,刘永相4,龙方家3(1.中国电力科学研究院南京210061;2国家电网公司北京100005;3.

2、重庆市电力公司重庆 404100;4. 重庆市电力公司电力科学研究院重庆 404100摘要1引言能源和环境问题是21世纪最具挑战性的问题之一，为了应对这一挑战，各个国家都已经把节能降耗、提高能源的利用效率作为能 源发展的重要目标。我国能源的利用率比较低，能源浪费现象严重，因此在我国实行 节能降耗和能效提高有着巨大的潜力和可能，我国要以较少能源投入实现经济增长 的目标，很大程度上取决于节能潜力的挖掘。近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，电力需求持续快 速增长、水电减发和电煤供应偏紧、煤价过高等众多因素的影响，华东、华中和南方电网大部分省市电力供应偏紧，有的省份电力供应缺口达2

3、5%以上。电力系统的 发电负荷需要保持在用户的最大需求量以上，然而由于用户需求侧变化难以预测等 因素造成电网调度难以实现高效、节能，导致发电机组能源损失巨大，而且大多数情况下处在低负荷运行状态，发电效率低、煤耗高，同时影响机 组使用寿命。要想实现资源的优化配置，提高电能使用效率，实现节能减排、削峰填 谷具有重要的意义。此外，商业用户负荷增长迅速，负荷的快速增长对电网安全和电力平稳运行产生 较大影响。特别是空调负荷的急剧增长已经成为季节性电力紧张的最主要原因。据 统计，我国电网夏季空调负荷已占尖峰负荷的30%左右。空调负荷主要集中于夏季用电高峰时段，且年均持续时间仅数百小时，但它对电网的安全、经

4、济运行影响极 大。冬季负荷高峰中，空调也扮演了重要角色。在商业用户用电负荷中，空调负荷占 有较大比重，调整空调负荷对于改变商业用户负荷曲线、实现电网削峰填谷具有重 要意义。同时商业用户负荷可控性较大，具有实现智能用电的巨大潜力。合理控制 空调温度和削峰填谷紧密连接在一起。为了对空调负荷特性作进一步的实质性的分 析研究，探讨应对空调负荷过快增长的有效措施，综合考虑各地电网与电力供应的实 际情况，决定开展基于需求响应的中央空调负荷调控技术研究。*国家电网公司2012年科技项目基金资助项目 智能用电实证研究”3912总体思路基于需求响应的中央空调负荷调控技术研究，旨在对用电可视化、负荷优化控 制等智

5、能用电技术的研究与应用过程中，利用实时数据科学地分析商业用户的用电行为及模式对自身及电网负荷的影响1;重点分析商业用户空调系统在可视化、可 控性的条件下，引入负荷优化控制，从而对负荷曲线产生影响的技术及效果2;从而实 证基于需求响应的空调负荷调控技术在商业用户端应用的技术可行性3。本课题通过国家电网公司2012年科技项目智能用电实证研究进行实证。在智能用电实证研究项目开展之前，首先对重庆试点楼宇的现状、需求、 策略等方面进行调研分析，开展建设方案、实施方案的规划工作，在此基础上开展硬 件建设、软件开发等工作，利用实证平台对用户进行用电监测、数据收集。然后根 据收集到的数据开展实证研究分析工作，

6、从而对基于需求响应的中央空调负荷调控 技术进行验证。2.1实证楼宇的现状介绍结合本课题前期的调研及各选点城市的实际情况，最终确定实证的试点楼宇之 一为重庆电力新生产大楼。重庆电力新生产大楼位于渝北区青枫北路凤凰D座，地下1层，地上9层,建筑面积约50000m2,屋层面积约为40000m2。屋顶有太阳能光伏发电，能够监测屋顶环境 温度、辐照度、风向、风速等。大楼具备楼层温度、湿度的采集点，室外温、湿度的采集点，每层走廊都安装有温/湿度传感器并连接到智能楼宇能效管理系统采集网 络中。大楼一层值班监控室内安放有视频监控系统、楼宇自控系统、空调管理系 统、分布式能源系统、智能楼宇能效管理系统。智能楼宇

7、能效管理系统生产厂商为 国电南瑞，能够实现从空调管理系统和分布式能源系统获取空调机组数据和屋外环 境数据，同时采集各楼层的温度传感器数据，通过与PLC通信实现对每台新风机组的 启停控制。大楼的低压配电室共有4台变压器,总装机容量为5100kVA,主要的用电负荷包 括中央空调热泵主机、冷冻水循环泵、新风机组、风机盘管、照明系统、电梯、生 活水泵、加压水泵、风机等。大楼的中央空调系统，包含了 5台345kW的热泵主机,5台37kW的冷冻水循环 水泵，大约750个风机盘管,17台新风机。新风机组与楼宇自控系统连接，可实现远 程启停操作。中央空调系统的1、2、3号空调主机及水泵接在4#配电变压器上，4

8、、 5号空调主机和水泵接在1#配电变压器上。中央空调系统由贵州汇通华城公司开发的空调管理系统进行监控，空调管理系统提供开放的OPC接口和硬件接口，可以与任何支持OPC协议的BAS实现集成，达 到信息交流与资源共享，其系统中电能计量采用脉冲计量。2.2实证楼宇建设方案根据实证楼宇的实际情况及实证的具体内容，考虑改造的难易度、合理性、可 行性、经济性、时间限制等因素，实证楼宇需要进行如下的软硬件改造。(1水阀执行器的更换把南、北区19层的水阀执行器更换为模拟量控制阀，并且提供24V交流电源 作为调节阀的电源，通过现场的DDC设备提供010V的直流控制信号实现对调节 阀开度的控制，重新铺设现场原有的

9、通信线路。(2温度传感器的更换把南、北区19层的温度传感器更换为SDA-H1tn10型号温度传感器，实现对 各温度监测点的实时监测。(3增加DDC控制器在南北区的2、5、8层分别增加DDC控制器模块，通过DDC串口与实证服务 器连接，提供新风、水阀、温度以及热泵主机的监测与控制。在热泵主机的通信控 制端做相应的设置，同时把远程/就地进行切换，调试楼宇自控系统实现对热泵主机的 启停控制，实时地监测进/回水温度等。(4通信建设开发与智能楼宇能效管理系统和智能楼宇自控系统的通信接口模块。在空调系 统重要负荷回路及用能点安装智能量测设备，构建楼宇智能量测通信网络，利用新开 发的通信接口模块，实现空调设

10、备信息采集、数据分析及数据共享等功能，同时能实现对整栋大楼空调负荷进行深入的能耗分析。采集到的大楼用电量数据、环境温度 等数据，将为实证项目的数据分析及实证策略的制定与实施提供有力的依据。通信 系统结构如图1所示。(5DDC通信铺设RVV3< 1.5的导线，连接水阀执行器与现场DDC设备，其中2芯提供24V 交流电源,1芯作为水阀执行器的控制信号，从DDC控制柜提供24V交流电源392图 2DDC廉版Jt值竹PL 1 iiiT.i i华曲 I 卅廉蒂越I亍雷OKI ft凰门p- E 0 B « rp rpi rp rp K通信J*羊址intmteW ii4H屮贰软)GM通信系统

11、结构393以及010V的直流控制信号对水阀的开度进行控制。并且通过DDC通信管理机的485接口实现与实证服务器的通信连接。如图2所示。(6实证平台信息In ternet发布向移动运营商申请建设2Mbit/s专用光纤通道，配置固定的In ternet网络IP,开发实证平台信息数据的In ternet发布服务,实现无论何时何地经过安全认证后对信息的浏览查看。2.3基于需求响应的空调负荷调控策略针对实证楼宇的设备情况，根据不同的空调调控策略验证楼宇中央空调系统负 荷调整时的特征曲线4,为最终的空调负荷调控关键技术研究提供技术、效果与用 户意愿等方面的实证数据支撑。在实际策略执行过程中，需要根据当地气

12、温及用户舒适度的反馈，及时地调整执 行策略。本课题的实证结合试点楼宇的实际情况，对楼宇中央空调可实施的实证策 略如下。(1控制主机的启停在负荷高峰时段，关闭12台制冷主机,降低电负荷。(2关闭部分新风机组在负荷高峰时段，关闭每层新风机组，降低电负荷。(3控制新风机组水阀的开度在高峰时段，控制新风机组水阀的开度，调节末端空调负荷，从而调节电负荷。(4关闭末端风机盘管在负荷高峰时段，关闭末端风机盘管，降低末端冷负荷需求，从而降低空调系统的 冷负荷。(5利用大楼空间提前蓄冷基于对大楼保温特性的调研分析，确定提前制冷的最大负荷的启动时间，保证用 户的承受力，在高峰时段维持空调系统最低负荷运行。详见表1

13、。2.4基于需求响应的空调负荷基准线确定结合实证楼宇的具体情况，初步确定基于需求响应的空调负荷基准线的确定方 案在不考虑极端天气的前提下，对7月和12月进行隔天实证策略实施,8月和1月 进行全天实证策略实施,9月和2月不实施实证策略。对极端天气需求响应策略的实 施做临时调整。重庆实证大楼在7月和12月,对隔天采用实证策略的数据进行统计分析，将其中 未实施需求响应策略时间的数据与实施实证策略时间的数据分别统计，进行对比分析。策略预案将根据实际天气预报情况进行调整，调整后的方案，将提前12天报送 物业方做备案以便策略执行准备。每周就上周策略实施效果和影响情况进行定期沟 通,以便确定策略执行计划的更

14、改与调整。实证项目执行到8月15日，需要对每日的策略执行效果进行预判断，并且对实际 的实证曲线与预判断曲线进行比较，找出差异的原因，逐步减少差别。在7月份数据采集后，要根据7月数据情况对基准线的确定进行调整，对8月份 的基准线确定方法进行调整,9月份的也进行相应的调整，依此类推,最终确定基于需 求响应的空调负荷基准线。3结束语以上的理论分析和应用实践，充分论证了基于需求响应的中央空调负荷调控关 键技术的重要性和经济性 。与此同时，基于需求相应的中央空调负荷调控为国家 电网公司实现削峰填谷和高效节能的战略目标作出了贡献，增加了电力用户与电网 的互动同时，也为以后空调负荷调控相关产业的兴起奠定了基

15、础。被控设备控制方式说明制冷主机控制主机的启停5台中3台可控冷温水阀一定要联动,3台中2台可控, 所以2台参与启停控制新风机组控制新风机组的启停隔层停控制水阀的开度隔层开、50%开、80%开、20%开风机盘管关闭部分风机盘管表1实证控制策略394参考文献1Kim J Ho ,An astasia Shcherbakova.Com mon failures of dema nd resp on se,20112Rahmat Aazami,Kaveh Aflaki,Mahmoud Reza Haghifam.A dema nd resp onse based soluti on for LMP m

16、an ageme nt in power markets,20113张志强.基于电网侧的空调负荷特性分析及其调控措施研究.技术经济及管理,20074蒋恩华冲央空调系统节能措施分析节能技术,20065Kawashima M ,Dorgan C E ,Mitchel1J W .Hourly thermalload prediction for then ext 24hours by ARIMA ,EWMA 丄 Ra nd an artificial neural network .AsHRAETram ,l9956潘卫明.空调节能及其节能措施中的若干问题科技咨询,2005(22(收稿日期:2012

17、-11-01架空导线的负荷大，发热量高，其温度能够比较真实地反映其实际运行情况。基于温度信息对线路进行在线运行实时监测，是实现电缆日常检修与维护、电缆故障预警与诊断、线路事故排查等的重要手段。同时，通过电缆温度精确分析计算电缆 的最大允许载流量，可为合理配置负荷提供科学数据依据。然而，导线通电时很难确 知导线内部的发热情况和相互之间的传热情况。本文基于ANSYS软件模拟了相同截面不同电流通过时的截面温度场分布情况、相同载流量通过不同横截面积导线时 的截面温度场分布以及线缆中不同层导线间的热接触传热。最后分析了研究导线截 面温度场分布的意义，并对其应用方式进行了展望。关键词有限元法;ANSYS

18、;导线发热;导线截面温度场；动态增容ANSYS下导线发热及相互间热接触的数值模拟高强，仝杰,雷煜卿,汪洋（中国电力科学研究院北京100192摘要1有限元法有限元法（finite element analysis ,FEA最初被称为矩阵近似方法，其概念早在几 个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形逼近圆来求得圆的周长，但作为一种 方法而被提出，则是最近的事。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域,成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域 看成由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然 后推导求解这个域总的满足条