智能楼宇中央空调负荷调控探究

季青锋 1 周晓庆 2

1. 国网浙江省电力有限公司丽水供电公司

2.丽水正好电力实业集团有限公司科技网络分公司

摘要：近年来,随着大型楼宇的增加，中央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智能楼宇中央空调负荷调控技术研究,研究中央空调的负荷特性,并结合互联网+的优势，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：互联网+，楼宇空调负荷管理，需求侧管理，电力智能化

一、背景情况概述

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25%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[4]。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。

二、总体思路

基于需求响应的智能楼宇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]。

首先对试点楼宇的现状、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,从而对基于需求响应的中央空调负荷调控技术进行验证。

三、 智能楼宇中央空调管控系统的功能特点

数据采集功能:能够遥测包括母线、电表、终端的各类电气参数, 如实时有功功率总加、实时无功功率总加、每日和当前有功及无功功率曲线、功率最大/最小值及出现时间、最大需量及出现时间、每月、每日和当前有功及无功电能量累积值、分时有功电能量累积值、有功及无功电能量曲线、终端与电能表直接通信读取的电能表计量数据、每日和当前电压、功率因数、谐波、频率、停电时间及相关统计数据、电能计量装置工况、开关状态、事件记录数据等。实现终端抄表、交流采样、负荷管理、数据统计分析、主站通信、远程升级功能。

负荷控制功能:负控系统终端集遥测、遥信、遥控功能为一体, 具有可靠性高、容量大、兼容性好等特点。支持按功率自动控制、电信号控制等各种控制方式, 可实现功率定值闭环控制、电量定值闭环控制、远方遥控、负荷控制管理。

召测分析功能:后台主站支持终端主动上传, 具有定时召测和人工召测功能, 设置多套负荷曲线对比功能, 并对负何前后电量数据进行全程记录, 自动进行用电分析。

分析制定避峰限电计划功能:在执行数据采集管理功能的同时, 可按变电站、线路、大客户制定相应的避峰限电计划, 按周期或某一时段进行避峰限电效果分析, 为用电管理部门制定最终的避峰限电计划提供可靠的技术分析依据。

报警功能:对掉电、断相、欠压、逆相序等异常工况自动报警。

窃电监测和示警:监控用电方计量柜、电表用电异常情况, 一旦出现窃电情况, 对异常情况报警, 并记录发生时刻及恢复时刻。

远方抄表:实时抄读用户侧电表读数,为电费结算提供依据。

支持各类报表的自动统计与生成。

四、虚拟电厂AGC调节测试

1、虚拟电厂AGC调节速率测试方法

（1）主站发送增方向的阶跃测试指令（测试指令的变化量 ）给虚拟电厂控制中心。

（2）虚拟电厂控制中心根据测试指令对各台多联机空调的设定温度进行调节。

（3）虚拟电厂响应测试指令过程中的功率值由主站测量并记录，主站每10s记录一次虚拟电厂功率值并形成功率曲线。

（4）根据主站记录的功率曲线计算当前测试指令情况下的虚拟电厂AGC调节速率。计算公式为：

式中： 为当前测试指令情况下的虚拟电厂AGC调节速率； 为测试指令的变化量； 为测试指令发出后，虚拟电厂实际功率到达测试指令目标值（目标值为测试前虚拟电厂功率 和测试指令变化量 之和）死区范围内的时间，死区范围为指令变化量 的±1%； 为主站扫描周期时间，本测试方法中取值为10s。

（5）10分钟之后，主站发送减方向的阶跃测试指令（测试指令的变化量 ）给虚拟电厂控制中心，按照步骤（2）至步骤（4）重复一遍测试过程。

（6）10分钟之后，主站发送增方向的阶跃测试指令（测试指令的变化量 ）给虚拟电厂控制中心，按照步骤（2）至步骤（4）重复一遍测试过程。

（7）10分钟之后，主站发送减方向的阶跃测试指令（测试指令的变化量 ）给虚拟电厂控制中心，按照步骤（2）至步骤（4）重复一遍测试过程。

记录4个测试指令情况下的虚拟电厂AGC调节速率并进行分析。

2、虚拟电厂AGC调节精度测试方法

（1）主站发送增方向的阶跃测试指令（测试指令的变化量 ）给虚拟电厂控制中心。

（2）虚拟电厂控制中心根据测试指令对各台多联机空调的设定温度进行调节。

（3）虚拟电厂响应测试指令过程中的功率值由主站测量并记录，主站每10s记录一次虚拟电厂功率值并形成功率曲线。

（4）根据主站记录的功率曲线计算当前测试指令情况下的虚拟电厂AGC调节精度。计算公式为：

式中： 为当前测试指令情况下的虚拟电厂AGC调节精度； 为时段总数，本测试方法中取值为30，每个时段时长为10s，所以总时长为300s； 为测试指令的变化量； 为t时段虚拟电厂功率的变化量。

（5）10分钟之后，主站发送减方向的阶跃测试指令（测试指令的变化量 ）给虚拟电厂控制中心，按照步骤（2）至步骤（4）重复一遍测试过程。

（6）10分钟之后，主站发送增方向的阶跃测试指令（测试指令的变化量 ）给虚拟电厂控制中心，按照步骤（2）至步骤（4）重复一遍测试过程。

（7）10分钟之后，主站发送减方向的阶跃测试指令（测试指令的变化量 ）给虚拟电厂控制中心，按照步骤（2）至步骤（4）重复一遍测试过程。

（8）记录4个测试指令情况下的虚拟电厂AGC调节精度并进行分析。

五、智能楼宇中央空调管控系统网络拓扑图

网络拓扑图

六、作用与优点

智能楼宇中央空调负荷调控系统能够实时在线查看楼宇空调的用电情况与空调运行温度的变化，方便管理者按需调控负荷或者智能调控。一旦出现用电异常，系统将会及时发出告警，并记录发生时刻及恢复时刻，方便分析原因并提供相应的负荷优化方案。同时降低了各类设备运营维护成本又降低了人员的劳动强度, 同时有效地提高了电力人员的管理水平, 为客户提供了便捷高效的优质服务。

参考文献

[1]潘卫明.空调节能及其节能措施中的若干问题，科技咨询，2012年11月01日：22

[2] 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,2007

[3]张钦。需求响应下的智能电网，电力系统自动化，2009，33（17）：49-55

[4]李斌，林宏宇智能电网框架下公共楼宇负荷资源化应用，供用电，2015，（03）：40-44