電熱水器參與電網(wǎng)頻率穩(wěn)定與控制方法及其頻率控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種使電熱水器參與到電網(wǎng)頻率穩(wěn)定與控制過程的控制方法和電熱水器頻率控制器，包括如下步驟：第一步，采集當(dāng)前t時(shí)刻電網(wǎng)頻率f(t)以及電熱水器出水溫度T(t)；第二步：將電熱水器額定出水溫度修正量ΔT設(shè)計(jì)成隨電網(wǎng)頻率變化的線性函數(shù)；第三步：根據(jù)第一步、第二步所得數(shù)據(jù)計(jì)算修正后的額定出水溫度；第四步：根據(jù)第三步計(jì)算所得結(jié)果決定電熱水器下一時(shí)刻的工作狀態(tài)；第五步：t＝t+1時(shí)刻，返回第一步，開始下一循環(huán)。包括以下幾個(gè)模塊：遙控器模塊，用于設(shè)定調(diào)頻系數(shù)和額定出水溫度；頻率傳感器模塊，用于實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)頻率；溫度傳感器模塊；溫控電路模塊，用于判斷電熱水器下一時(shí)刻工作狀態(tài)。
【專利說明】電熱水器參與電網(wǎng)頻率穩(wěn)定與控制方法及其頻率控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定與控制W及家用電器控制技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域，具體講， 涉及一種電熱水器參與電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定與控制方法和電熱水器頻率控制器。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)頻率反映電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的有功功率平衡關(guān)系，有功功率不平 衡會(huì)導(dǎo)致頻率偏差的出現(xiàn)，大的頻率偏差對(duì)于電力設(shè)備的安全、有效運(yùn)行，W及整個(gè)電力系 統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都是不利的，因此需要對(duì)頻率進(jìn)行穩(wěn)定與控制，將頻率偏差控制 在允許范圍之內(nèi)。傳統(tǒng)的主要頻率穩(wěn)定與控制措施是通過增加/減少機(jī)組出力實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè) 與用電側(cè)功率平衡，從而實(shí)現(xiàn)將頻率偏差控制在允許范圍之內(nèi)的。該種調(diào)頻方式雖然總體 上能夠滿足電力系統(tǒng)的調(diào)頻要求，但存在機(jī)組響應(yīng)速度慢、爬坡時(shí)間長、頻繁動(dòng)作易磨損、 調(diào)頻成本高和污染重等不足之處。另外，隨著風(fēng)力、太陽能等新能源發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中 裝機(jī)比例的增加，其對(duì)電網(wǎng)的間歇性沖擊使得電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)面臨著更大的挑戰(zhàn)。
[0003] 與傳統(tǒng)的基于發(fā)電側(cè)的頻率調(diào)節(jié)方式不同，基于負(fù)荷側(cè)的頻率調(diào)節(jié)主要考慮通過 調(diào)節(jié)負(fù)荷側(cè)容量實(shí)現(xiàn)功率平衡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頻率穩(wěn)定與控制。負(fù)荷側(cè)的家用電器負(fù)荷分布廣， 數(shù)量多，盡管單臺(tái)電器的功率不大，但其總?cè)萘看?，能夠滿足電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)頻備用容量的要 求。而電熱水器作為能夠儲(chǔ)存熱能的純電阻性家用電器負(fù)荷，具有易于控制、開通/關(guān)斷一 小段時(shí)間不會(huì)影響用戶舒適度等特點(diǎn)。因此，本發(fā)明專利從電熱水器著手，設(shè)計(jì)其參與電力 系統(tǒng)頻率穩(wěn)定與控制方法和頻率控制器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有調(diào)頻方式和技術(shù)的不足，開發(fā)出一種電熱水器參與電力系統(tǒng) 頻率穩(wěn)定與控制方法和電熱水器負(fù)荷頻率控制器，使電熱水器參與到電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)過 程中，有效減小調(diào)頻備用發(fā)電機(jī)組的容量需求，節(jié)省調(diào)頻成本。另外，在有大量風(fēng)電機(jī)組、太 陽能發(fā)電機(jī)組等新能源機(jī)組的系統(tǒng)中，能夠平抑間歇性機(jī)組出力，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種使電熱水器參與到電力系統(tǒng)頻率 穩(wěn)定與控制過程中的控制方法，主要包括：
[0005] 第一步：用戶基于電網(wǎng)需求、用戶舒適度需求的不同W及電熱水器磨損程度等方 面的考量用遙控器自主設(shè)定調(diào)頻系數(shù)kf和溫控開關(guān)觸發(fā)溫度額定點(diǎn)r?ai的取值，設(shè)計(jì)溫 控開關(guān)觸發(fā)溫度調(diào)整電路，計(jì)算額定高、低溫觸發(fā)溫度，如式（1)所示：
[0006]

【權(quán)利要求】
1. 一種電熱水器參與電網(wǎng)頻率穩(wěn)定與控制方法，其特征是，包括如下步驟： 第一步：用戶基于電網(wǎng)需求、用戶舒適度需求的不同以及電熱水器磨損程度等方面的 考量用遙控器自主設(shè)定調(diào)頻系數(shù)kf和溫控開關(guān)觸發(fā)溫度額定點(diǎn)Tnmial的取值，設(shè)計(jì)溫控開 關(guān)觸發(fā)溫度調(diào)整電路，計(jì)算額定高、低溫觸發(fā)溫度，如式（1)所示： IVw
式中，Tnmial是由用戶在考慮自身舒適度需求的前提下自行設(shè)定的額定出水溫度； 74°Γ;、表示電熱水器溫控開關(guān)額定高、低溫觸發(fā)溫度值； 第二步：頻率傳感器實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)頻率信號(hào)f(t)，溫度傳感器采樣電熱水器出水口附 近的水溫T(t); 第三步：電熱水器溫控開關(guān)根據(jù)第二步采集到的電網(wǎng)頻率信號(hào)，結(jié)合第一步中用戶自 行設(shè)定的調(diào)頻系數(shù)kf計(jì)算溫控開關(guān)觸發(fā)溫度修正量及修正后溫控開關(guān)觸發(fā)溫度的值：
式（2)中，kf的單位S°c/Hz，表示頻率每變化單位赫茲時(shí)電熱水器中熱水溫度變化的 攝氏度數(shù)，f表示頻率傳感器采集到的電力系統(tǒng)頻率信號(hào)，f〇表示電力系統(tǒng)頻率額定值， 式（3)中，Thigh、Tlw表不修正后電熱水器溫控開關(guān)觸發(fā)溫度值； 第四步：根據(jù)第三步計(jì)算結(jié)果確定電熱水器溫控開關(guān)下一步動(dòng)作： 若當(dāng)前時(shí)刻電熱水器內(nèi)水溫T(t)高于此時(shí)刻溫控開關(guān)高溫觸發(fā)設(shè)定點(diǎn)Thigh(t)，溫控 開關(guān)關(guān)斷，電加熱管停止加熱；若當(dāng)前時(shí)刻電熱水器內(nèi)水溫T(t)低于此刻溫控開關(guān)低溫觸 發(fā)設(shè)定點(diǎn)T1ot(t)，溫控開關(guān)開通，電加熱管開始加熱；否則，溫控開關(guān)工作狀態(tài)不變，電加熱 管狀態(tài)不變； 第五步：t=t+Ι時(shí)刻，返回第一步，開始下一循環(huán)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，設(shè)定溫控開關(guān)額定高、低溫觸發(fā)溫度值與用戶期望的 出水溫度相差2度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述頻率額定值設(shè)為50Hz。
4. 一種電熱水器頻率控制器，其特征是，包括： 遙控器：用于用戶自行設(shè)定自家電熱水器的調(diào)頻系數(shù)卜和電熱水器額定出水溫度Tn_al，kf的單位為Γ/Hz，表示頻率每變化單位赫茲時(shí)電熱水器中熱水溫度變化的攝氏度 數(shù)，設(shè)計(jì)硬件電路使得額定高溫觸發(fā)點(diǎn)^丨?7、額定低溫觸發(fā)點(diǎn)與Tnmial之間滿足各 相差2度，如式（4):
頻率傳感器：用于實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)頻率信號(hào)，并將其傳給溫控電路； 溫度傳感器：用于實(shí)時(shí)采集電熱水器出水溫度T(t)并傳給溫控電路； 溫控電路根據(jù)采集到的電網(wǎng)頻率信號(hào)，結(jié)合用戶自行設(shè)定的調(diào)頻系數(shù)kf和電熱水器額 定出水溫度Tnmial,計(jì)算出水溫度設(shè)定點(diǎn)修正量ΛΤ以及修正后的高溫、低溫觸發(fā)點(diǎn)，計(jì)算公 式見式（5)、（6):
式（5)中，f表示頻率傳感器采集到的電力系統(tǒng)頻率信號(hào)，&表示電力系統(tǒng)頻率額定 值； 式（6)中，Thigh、Tlw表不修正后電熱水器溫控開關(guān)觸發(fā)溫度值； 若當(dāng)前時(shí)刻電熱水器內(nèi)水溫T(t)高于此時(shí)刻高溫觸發(fā)設(shè)定點(diǎn)Thigh(t)，電熱水器溫控 開關(guān)關(guān)斷，電加熱管停止加熱，若當(dāng)前時(shí)刻電熱水器內(nèi)水溫T(t)低于此刻低溫觸發(fā)設(shè)定點(diǎn) Tlmt(t)，電熱水器溫控開關(guān)開通，電加熱管開始加熱；否則，電熱水器工作狀態(tài)不變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器，所述頻率額定值設(shè)為50Hz。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK104466952SQ201410718899
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】李中偉, 董丹丹, 程麗, 金顯吉, 佟為明, 林秋雁 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)