本申請是申請?zhí)枺?01510243894.1、申請日：2015.5.14、名稱“基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略”的分案申請。

本發(fā)明涉及一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略。

背景技術(shù)：

空調(diào)作為建筑物的主要設(shè)施，由于能提供給人們舒適生活或生產(chǎn)需要的特定空間空氣溫度、相對濕度、潔凈度、噪音或空氣流速等被越來越多的企事業(yè)單位或群體使用，所以伴隨中華大地建筑主體完工而出現(xiàn)了空調(diào)配置數(shù)量的飛速攀升?？照{(diào)數(shù)量的日益龐大意味著建筑用能需求的不斷提升。為響應節(jié)能政策，許多空調(diào)廠家推出了變頻空調(diào)，但是節(jié)能的變頻空調(diào)大量接入電網(wǎng)又會對電網(wǎng)造成大量諧波，影響其他設(shè)備的正常運行，也影響電能質(zhì)量。變頻運行造成的高次諧波誤觸發(fā)晶閘管導通，也會導致系統(tǒng)失控。因此，未來的電網(wǎng)側(cè)或負荷側(cè)設(shè)計相應的諧波主動抑制電路，以實現(xiàn)電網(wǎng)友好型負荷目標尤有必要。

高峰負荷無功不足會造成電壓崩潰，甚至導致整個系統(tǒng)瓦解。這無疑給正常的社會經(jīng)濟秩序和人民的日常生活帶來了極大的影響，在當前電力供求矛盾非常突出的情況下，如何友好用電，提高中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)和整個空調(diào)主機的運行效率，降低其能耗是當務之急，新型的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)已成為空調(diào)領(lǐng)域技術(shù)開發(fā)的首要任務。國家標準規(guī)定的中央空調(diào)系統(tǒng)最大負載能力是按照當?shù)氐淖罡邭鉁?、最大負荷工作環(huán)境來設(shè)計的，而中央空調(diào)98％的時間在70％負載上下波動，所以系統(tǒng)運行控制設(shè)計存在較大余量。要較好實現(xiàn)節(jié)能和舒適功能目標，盡量減少對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響，這些都離不開科學的控制及低電壓跌落防治與諧波治理技術(shù)。有人通過對大量引起電網(wǎng)電壓畸變而形成諧波的變速空調(diào)（vsac）統(tǒng)計分析，表明變頻空調(diào)是國內(nèi)引起電壓畸變的大型負荷之一。

隨著大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，風電、太陽能等波動性能源的大規(guī)模接入以及各類電力負荷的快速增長，傳統(tǒng)電網(wǎng)的脆弱性日益突顯，夏季高峰時段的空調(diào)負荷高比例，加上隨伴霧霾天氣誕生更多的空氣凈化新產(chǎn)品的投入，勢必加劇電網(wǎng)不穩(wěn)定性，增加電網(wǎng)負擔。在考慮負荷運行功能需求特性分析基礎(chǔ)上，進行負荷節(jié)能運行電能友好調(diào)度設(shè)計，順應國家當前節(jié)能減排口號，具有積極意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種解決分布式空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與電網(wǎng)供電電能質(zhì)量矛盾問題的基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略，

步驟1.供電側(cè)與負荷側(cè)之間直流母線側(cè)設(shè)計z型低電壓穿越及諧波預防電路，在非線性負荷群變頻啟動時緩沖電流突變對電網(wǎng)的影響。設(shè)置電網(wǎng)監(jiān)測，嚴重低電壓穿越及電網(wǎng)其它緊急電網(wǎng)故障故障下，緊急切斷電網(wǎng)側(cè)電源供應，硬件互鎖聯(lián)動電路啟動儲能電源供電直流母線，通過dc-ac逆變供電負載工作。緊密結(jié)合負荷預測，電池儲能與負荷錯峰管理相結(jié)合，直流母線與儲能電池之間雙向充放電電路，在用電低谷時段充分利用電能進行儲能，用電高峰時段儲能釋放，實現(xiàn)部分負荷移峰填谷，保證空調(diào)負荷正常運行。當用電高峰電池荷電狀態(tài)不足以維持負荷正常運行，同時室內(nèi)溫度及濕度監(jiān)測在人體適應度一定范圍內(nèi)時，結(jié)合中央空調(diào)系統(tǒng)在冷熱源發(fā)揮作用或消退方面存在的時間延遲特性，臨時采用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備暫停策略。

步驟2.根據(jù)步驟1所述一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略，電池充放電行為的控制與管理其特征在于：所述電池儲能裝置bess(儲能電池系統(tǒng))soc（電池荷電狀態(tài)）管理采用出廠實驗數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合。采用如下步驟進行:

步驟2-1.采用廠家提供實驗曲線與實時在線監(jiān)測采樣數(shù)據(jù)相結(jié)合，對充放電電流進行積分計算，結(jié)合充放電周期及先前實測數(shù)據(jù)，動態(tài)修正充放電曲線變化，獲取當前動態(tài)荷電狀態(tài)變化趨勢，盡可能準確進行電池剩余容量動態(tài)預測與實時計量。

步驟2-2.雙向dc-dc控制器設(shè)計，由于系統(tǒng)中儲能電池充當電網(wǎng)負荷與空調(diào)負荷電源的雙面角色，涉及功率電流頻繁流入及流出，選用雙向dc-dc控制電路。

步驟3.一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略，其中諧波處理采用硬件器件電路與軟件編程相結(jié)合，包括如下步驟：

步驟3-1.在變換器的電網(wǎng)側(cè)及直流母線側(cè)設(shè)置一定諧波階次的濾波電路，直流母線側(cè)加裝超級電容吸收高次諧波，抑制電壓波動，吸納兩側(cè)在此交合的部分諧波，避免衍生新的諧波頻率；變換器與負荷之間施加濾波環(huán)節(jié)，作為rlc無源濾波器，可以再濾去一部分高頻諧波。

步驟3-2.考慮僅用無源濾波器，需要的濾波器件繁多，消除的諧波的頻率范圍不完整，附加費用高，速度慢，能耗大，在簡單無源濾波基礎(chǔ)上引進高功率有源濾波器。結(jié)合監(jiān)測負載端的電流電壓，與電源端鎖相環(huán)出來的參數(shù)值進行比較，通過調(diào)節(jié)變換器的pwm來消除低頻諧波。

本發(fā)明所述一種雙饋風力發(fā)電機系統(tǒng)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

（1）考慮空調(diào)負荷占比整個電網(wǎng)負荷較高，運行時段比較集中，對電網(wǎng)容量需求越來越高等需求特性。創(chuàng)新性引進儲能電池，在用電負荷高峰時期，切入儲能系統(tǒng)作為空調(diào)負荷電源，削峰調(diào)谷，主動參與電網(wǎng)調(diào)度。

(2)空調(diào)負荷全年度利用率不高，從性價比最優(yōu)角度，在儲能系統(tǒng)與變換器直流母線之間創(chuàng)新性設(shè)計雙向dc-dc充放電電路。降低系統(tǒng)設(shè)計成本，縮小控制器占用空間大小。

(3)針對節(jié)能變頻運行產(chǎn)生的諧波，綜合采用固定濾波電路與嵌入智能控制技術(shù)，在直流母線處引進能消除部分諧波及抑制低電壓穿越的z型電路，大容量電容較好避免變換器兩側(cè)的諧波源相互作用，預防催生新的諧波類型，同時預防電網(wǎng)電壓跌落對負荷造成不利影響。簡單濾波電路濾去高次諧波。智能控制緊密結(jié)合負荷側(cè)諧波監(jiān)測，濾除低次諧波。

（4）有效利用儲能電池壽命，運用優(yōu)化協(xié)同控制及調(diào)度策略，實現(xiàn)友好用電，達到有效節(jié)能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明：

圖1是本發(fā)明設(shè)計的一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略功能模塊連接控制示意圖；

圖2是本發(fā)明設(shè)計的一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略的功能模塊調(diào)度示意圖；

圖3是本發(fā)明設(shè)計的一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明設(shè)計的一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略所要解決變頻控制饋線諧波示意圖。

具體實施方式

實施例1：

如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計了一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略，所采用硬件包括：電網(wǎng)接口模塊、削峰填谷控制模塊、舒適度兼節(jié)能控制模塊。

步驟一，供電側(cè)與負荷側(cè)之間直流母線側(cè)設(shè)計z型低電壓穿越及諧波預防電路，在非線性負荷群變頻啟動時緩沖電流突變對電網(wǎng)的影響。

步驟二，設(shè)置電網(wǎng)監(jiān)測，嚴重低電壓穿越及電網(wǎng)其它緊急電網(wǎng)故障故障下，緊急切斷電網(wǎng)側(cè)電源供應，硬件互鎖聯(lián)動電路啟動儲能電源供電直流母線，通過dc-ac逆變供電負載工作。

步驟三，緊密結(jié)合負荷預測，電池儲能與負荷錯峰管理相結(jié)合，直流母線與儲能電池之間雙向充放電電路，在用電低谷時段充分利用電能進行儲能，用電高峰時段儲能釋放，實現(xiàn)部分負荷移峰填谷，保證空調(diào)負荷正常運行。當用電高峰電池荷電狀態(tài)不足以維持負荷正常運行，同時室內(nèi)溫度及濕度監(jiān)測在人體適應度一定范圍內(nèi)時，結(jié)合中央空調(diào)系統(tǒng)在冷熱源發(fā)揮作用或消退方面存在的時間延遲特性，臨時采用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備暫停策略。

實施例1：

作為具體實施例一的一個電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略硬件設(shè)備實施例，如圖2所示，具體包括：

諧波處理與低電壓穿越電路設(shè)計

空調(diào)負荷采用變頻節(jié)能運行調(diào)節(jié)方式，在電網(wǎng)與變頻系統(tǒng)及變頻系統(tǒng)與負荷之間設(shè)計lc濾波電路，濾去一部分高頻諧波，中間直流母線設(shè)計z型電路主要為了預防低電壓穿越對設(shè)備影響，作為濾波電路可再濾去一部分諧波。通過供電側(cè)與負荷側(cè)之間設(shè)計諧波處理及低電壓穿越預防電路，避免非線性負荷變頻啟動及工作時對電網(wǎng)的影響。

嚴重低電壓穿越及電網(wǎng)其它緊急故障下儲能電路接入設(shè)計

儲能電池技術(shù)不斷進步，容量也越來越高，其能量完全能夠供給中小功率分布式空調(diào)負荷的峰值時段用電需求，系統(tǒng)設(shè)計緊密結(jié)合電網(wǎng)故障監(jiān)測，在空調(diào)負荷系統(tǒng)電源供應中靈活切入儲能電池，用來控制直流母線端電壓，設(shè)計合理雙向充放電電路，緩沖大量空調(diào)集中時段內(nèi)運行對電網(wǎng)造成的供電壓力。當系統(tǒng)檢測到電壓大幅跌落用電高峰時，緊急切斷電網(wǎng)側(cè)電源供應，硬件互鎖聯(lián)動電路啟動儲能電源供電直流母線，通過dc-ac逆變供電負載工作。儲能側(cè)電源及時切入，維持空調(diào)負荷可靠正常運行，減少負荷端設(shè)備損壞。

電池儲能與負荷錯峰管理設(shè)計

緊密結(jié)合負荷預測，引進儲能電池，在用電低谷時段充分利用電能進行儲能，用電高峰時段儲能釋放，實現(xiàn)電網(wǎng)負荷移峰填谷，維持負荷正常運行。當用電高峰電池荷電狀態(tài)不足以維持負荷正常運行，同時室內(nèi)溫度及濕度監(jiān)測在人體適應度一定范圍內(nèi)時，由于央空調(diào)系統(tǒng)從制冷機產(chǎn)生冷量到傳送至末端發(fā)揮作用，或停機到室內(nèi)冷熱源所釋放能量完全消退有20-30分鐘的延遲，可臨時采用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備暫停策略，儲能系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)測情況間斷充電。

雙向dc-dc控制器設(shè)計

由于系統(tǒng)中儲能電池充當電網(wǎng)負荷與空調(diào)電源的雙面角色，涉及功率頻繁流入及流出，如果系統(tǒng)選用單向功率流dc-dc變換器，需要兩個變換器，增加了設(shè)計成本，也增加了裝置空間體積，因此，課題考慮空調(diào)負荷全年度利用率不高因素，從性價比最優(yōu)角度，選用雙向dc-dc控制電路。

實施例3：

如圖2，圖3所示，作為本發(fā)明的一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略功能模塊調(diào)度策略示意圖。采用電網(wǎng)友好負荷硬件電路設(shè)計與嵌入編程技術(shù)相結(jié)合，電池儲能系統(tǒng)的運行在時序上必須緊密結(jié)合電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測信號及空調(diào)負荷預測信號，一個總的優(yōu)化調(diào)度模塊可以協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)各子模塊運行。實施具體步驟如下：

步驟1，根據(jù)負荷預測，當檢測有啟動要求時，檢測當前電網(wǎng)負荷情況，判斷是否處于需求高峰時段；

步驟2，如果是高峰時段，首選儲能供電，負荷離網(wǎng)運行，與此同時測試荷電狀態(tài)，判斷荷電狀態(tài)情況。如果不是高峰時段，判斷是否用電低谷，利用用電低谷時段儲能，直到儲滿為負荷高峰時段到來作準備。如果不是高峰也不是低谷，負荷并網(wǎng)正常運行。當并網(wǎng)運行時刻關(guān)注電網(wǎng)低電壓與電網(wǎng)故障情況；

步驟3，當儲能電池耗電到荷電狀態(tài)不足以繼續(xù)供電維持負荷運行時，電網(wǎng)無電壓跌落或電網(wǎng)故障時，負荷并網(wǎng)運行。如果電網(wǎng)有電壓跌落或電網(wǎng)故障時，負荷短暫停機20-30分鐘；

步驟4，監(jiān)測諧波情況，以程序參數(shù)動態(tài)修正，去除硬件電路未能處理的諧波，再返回負荷預測。

圖4簡單描述一種基于電能友好空調(diào)負荷側(cè)主動需求策略中空調(diào)負荷諧波情況。變頻空調(diào)在電網(wǎng)故障時吸收的無功不大，而變頻空調(diào)運行所引起的諧波不可忽視，變頻空調(diào)由于變頻器的輸入側(cè)為整流回路，具有非線性特性，產(chǎn)生的高次諧波使電流源或電壓源波形發(fā)生畸變。圖中饋線上的相比i0輸入端起始端ii，發(fā)生了畸變，同時，變頻器輸出電路是脈寬調(diào)制控制電路，使輸出的電壓電流也產(chǎn)生高次諧波。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：

1.電網(wǎng)負荷運行需求高峰時段，儲能靈活接入，維持空調(diào)負荷可靠正常運行，避免負荷端設(shè)備損壞；緩沖大量空調(diào)集中時段內(nèi)運行對電網(wǎng)造成的供電壓力。

2.利用電網(wǎng)負荷需求低谷時段儲能，需求峰值釋放儲能，起到削峰調(diào)谷作用。

3.諧波采用軟硬件相結(jié)合方式，這種方法與單靠無源濾波器消除部分諧波的方法相比，顯然在源頭直接進行諧波處理效果更佳，直流部分接有z型lc電路，同時也提升電路抵抗電壓瞬間波動的能力。總的來說，rlc濾波電路略去高次諧波，先進嵌入控制器可消除低次諧波。

4.儲能系統(tǒng)與變流器直流母線間接入雙向dc-dc控制電路，節(jié)省成本，提高性價比。