一種電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器及其控制方法。該裝置包括空調(diào)控制MCU模塊、電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊、溫度測(cè)量模塊、儲(chǔ)存模塊、通訊模塊、顯示功能模塊和電源模塊。所述電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊能夠按照一定周期檢測(cè)并存儲(chǔ)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電壓及頻率。所述溫度測(cè)量模塊可實(shí)時(shí)檢測(cè)并存儲(chǔ)當(dāng)前環(huán)境溫度。所述存儲(chǔ)模塊儲(chǔ)存有兩種工作模式數(shù)據(jù)。所述顯示功能模塊用于顯示當(dāng)前的電網(wǎng)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及空調(diào)的工作狀態(tài)。所述空調(diào)控制MCU模塊用于根據(jù)電網(wǎng)電壓變化情況實(shí)時(shí)調(diào)整空調(diào)運(yùn)行參數(shù)，控制空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)。該裝置以不影響用戶用電體驗(yàn)為前提，實(shí)現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)友好響應(yīng)，有利于提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。
【專利說明】—種電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空調(diào)控制器，具體涉及一種電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“電網(wǎng)友好”的概念最早由瑞典的Thiringer T教授提出。隨后，這一概念多被使用在可再生能源的并網(wǎng)領(lǐng)域，成為風(fēng)電、太陽能等波動(dòng)性新能源并網(wǎng)的一個(gè)重要目標(biāo)，但是其明確的含義并沒有統(tǒng)一。在智能電網(wǎng)的體系框架下，電網(wǎng)友好被賦予了新的內(nèi)涵，其技術(shù)核心是電源和負(fù)荷分別主動(dòng)與電網(wǎng)協(xié)調(diào)互動(dòng)，更經(jīng)濟(jì)、快捷、可靠地提高電力系統(tǒng)的平衡能力。
[0003]電網(wǎng)友好包括電網(wǎng)友好的發(fā)電和用電技術(shù)兩方面。電網(wǎng)友好發(fā)電技術(shù)的提出主要是針對(duì)波動(dòng)式新能源發(fā)電并網(wǎng)難的問題。圍繞提高電網(wǎng)平衡能力的核心問題，對(duì)新能源電源而言，主要是提高其發(fā)電的可預(yù)測(cè)性、穩(wěn)定性、可調(diào)可控性，在各種工況下以有利于電網(wǎng)穩(wěn)定的方式運(yùn)行，如低電壓穿越；對(duì)傳統(tǒng)電源而言，主要是提高爬坡能力、調(diào)峰能力、調(diào)頻能力等可調(diào)可控能力。電網(wǎng)友好的用電技術(shù)主要體現(xiàn)在改善負(fù)荷的時(shí)間特性、頻率特性和電壓特性，以提高電力系統(tǒng)不同時(shí)間尺度的平衡能力，如目前歐美普遍開展的需求側(cè)響應(yīng)；同時(shí)，用電設(shè)備盡可能降低對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響。電網(wǎng)友好技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是主動(dòng)參與、靈活互動(dòng)和高度協(xié)調(diào)，是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，是智能電網(wǎng)發(fā)電和用電環(huán)節(jié)各種關(guān)鍵技術(shù)的高度概括。
[0004]電網(wǎng)友好的用電技術(shù)是指負(fù)荷能夠主動(dòng)參與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，通過改善負(fù)荷的時(shí)間特性、頻率特性或電壓特性，提高電力系統(tǒng)的平衡能力。具體來說，就是負(fù)荷能夠主動(dòng)參與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，當(dāng)電網(wǎng)處于不穩(wěn)定或異常狀態(tài)時(shí)，能夠主動(dòng)迎合電網(wǎng)的需求對(duì)負(fù)荷做出必要調(diào)整，同時(shí)又考慮到用戶的用電感受，從技術(shù)上可預(yù)防和避免電網(wǎng)大事故的發(fā)生，進(jìn)而節(jié)省不必要的人力和資源浪費(fèi)。
[0005]適用于電網(wǎng)友好技術(shù)的負(fù)荷主要是可中斷負(fù)荷。在電力負(fù)荷中，一些負(fù)荷短時(shí)間中斷并不影響用戶的感受或設(shè)備的工作情況，這些負(fù)荷可以作為電網(wǎng)管理的備用容量。一股通過發(fā)電側(cè)的容量調(diào)節(jié)電網(wǎng)速度較慢，而且成本較高；相比之下，通過負(fù)荷側(cè)的管理不僅可以在短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)電網(wǎng)的運(yùn)行，而且成本相對(duì)較低，還可以減少電力功率和電量消耗，降低高峰用電，有效節(jié)約能源。
[0006]在居民用電中，可用于電網(wǎng)友好技術(shù)的負(fù)荷包括:①空調(diào)、②電冰箱、③洗衣機(jī)、④電熱器、⑤熱水器、⑥電動(dòng)汽車等。
[0007]近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，用電需求節(jié)節(jié)攀升。特別是空調(diào)負(fù)荷的急劇增長(zhǎng)已經(jīng)成為季節(jié)性電力緊張的最主要原因。尤其是在廣州，上海等都市化的大城市，其用電結(jié)構(gòu)主要以居民住宅、商業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)、辦公、寫字樓負(fù)荷為主，這類負(fù)荷對(duì)于氣溫變化敏感度較高，高溫天氣下，空調(diào)降溫負(fù)荷所占比例可突破40%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年我國(guó)華東、華中等電網(wǎng)夏季空調(diào)負(fù)荷已占尖峰負(fù)荷的30%左右，其中北京、上海等大城市空調(diào)負(fù)荷已占尖峰負(fù)荷的40 %?50 %。2011年廣西省空調(diào)用電負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到全區(qū)用電總負(fù)荷1/3。2012年重慶空調(diào)負(fù)荷比重已從往年的占比三分之一上升至40%，高峰時(shí)刻更是超過400萬千瓦。而且這種增長(zhǎng)趨勢(shì)還會(huì)加快，因而調(diào)節(jié)空調(diào)負(fù)荷在峰段和谷段的比例，對(duì)于避免與工業(yè)生產(chǎn)搶電，調(diào)節(jié)城市電網(wǎng)的負(fù)荷分配有著重要的意義。
[0008]空調(diào)的主要?jiǎng)恿κ钱惒诫妱?dòng)機(jī)，具有與異步電動(dòng)機(jī)相似的負(fù)荷特性?？照{(diào)負(fù)荷的靜態(tài)無功-電壓特性表現(xiàn)為:在額定電壓附近，空調(diào)負(fù)荷的無功隨電壓的升降而增減，當(dāng)電壓明顯低于額定值時(shí)，無功功率隨電壓下降反而具有上升的性質(zhì)?？照{(diào)負(fù)荷的這一無功-電壓特性對(duì)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性將具有明顯的負(fù)作用。這是因?yàn)?，要維持整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平，必須有足夠的無功電源來滿足系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)無功功率的需求和補(bǔ)償無功功率的損耗。如果系統(tǒng)無功電源不足，則會(huì)使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無功功率平衡，即靠電壓降低、負(fù)荷吸收無功功率的減少來彌補(bǔ)無功電源的不足。然而空調(diào)負(fù)荷在低電壓時(shí)吸收無功功率反而增加的特性，將進(jìn)一步降低電網(wǎng)的電壓水平，從而對(duì)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。
[0009]空調(diào)的特殊的自身特性會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生極大的沖擊，嚴(yán)重的時(shí)候甚至導(dǎo)致電網(wǎng)的崩潰，因此，研究空調(diào)負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響是十分有必要的，對(duì)于配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定有著重要的意義。另外，空調(diào)負(fù)荷這類環(huán)境敏感型負(fù)荷易受用電環(huán)境的影響，在不同的季節(jié)，空調(diào)負(fù)荷所占的比重大不相同。據(jù)資料顯示，在夏季，空調(diào)負(fù)荷在某些南方大型城市所占的比重甚至高達(dá)50%。在家庭用電設(shè)備中，空調(diào)相對(duì)于洗衣機(jī)、冰箱等電網(wǎng)友好型負(fù)荷，使用功率也大的多，這些也使得將空調(diào)負(fù)荷作為研究對(duì)象是實(shí)實(shí)在在有必要的。最后，當(dāng)我們做電網(wǎng)電壓的調(diào)整時(shí)，短時(shí)間的切掉部分空調(diào)，對(duì)用戶的感官不會(huì)產(chǎn)生太多的影響，增減了我們的研究空調(diào)負(fù)荷的可行性。所以，若能使空調(diào)能主動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行，根據(jù)不同的用電環(huán)境及當(dāng)前電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)(如電網(wǎng)電壓)，自動(dòng)調(diào)整優(yōu)化其自身的用電方式，在不影響用戶用電體驗(yàn)的同時(shí)，又有利于協(xié)助維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明旨在發(fā)明一種能夠主動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行，根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電壓，自動(dòng)調(diào)整優(yōu)化其自身的用電方式，在不影響用戶用電體驗(yàn)的同時(shí)，又有利于協(xié)助維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器及其控制方法。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]一種電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器，包括空調(diào)控制MCU模塊、電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊、溫度測(cè)量模塊、存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、顯示功能模塊和電源模塊，電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊、溫度測(cè)量模塊和電源模塊的輸出端與空調(diào)控制MCU模塊電連接，存儲(chǔ)模塊、通訊模塊和顯示功能模塊與空調(diào)控制MCU模塊雙向電連接。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述空調(diào)控制MCU模塊采用具有16KB系統(tǒng)內(nèi)存可編程flash的8位AVR微控制器Atmegal6。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊為AD及調(diào)理電路，用于將220V交流電信號(hào)轉(zhuǎn)化為AD芯片能夠處理的5V電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓量的采集及處理，同時(shí)可以把不需要的干擾信號(hào)濾除，避免干擾，AD輸出的結(jié)果實(shí)時(shí)傳遞給MCU模塊。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溫度測(cè)量模塊采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述通訊模塊為紅外學(xué)習(xí)模塊。[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述顯示功能模塊為觸摸屏MT6050i。
[0018]本發(fā)明還包括一種應(yīng)用于上述電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器的空調(diào)控制方法，其特征在于包括如下步驟:
[0019]步驟一:電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊按照一定的周期實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前的電網(wǎng)電壓；
[0020]步驟二:當(dāng)電網(wǎng)電壓水平達(dá)到空調(diào)的響應(yīng)閾值時(shí)，空調(diào)控制MCU模塊按照存儲(chǔ)模塊中儲(chǔ)存的工作模式使空調(diào)調(diào)整其自身運(yùn)行參數(shù)；
[0021]步驟三:當(dāng)電網(wǎng)電壓水平狀況達(dá)到空調(diào)的恢復(fù)閾值時(shí)，空調(diào)控制MCU模塊使空調(diào)恢復(fù)至原來運(yùn)行狀態(tài)；
[0022]步驟四:當(dāng)被切斷的空調(diào)經(jīng)過一段時(shí)間再次處于溫度控制的邊緣時(shí)，空調(diào)將不考慮電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)而自動(dòng)開啟；自動(dòng)開啟后的一段時(shí)間內(nèi)，不論電網(wǎng)電壓狀態(tài)如何，將不允許空調(diào)關(guān)閉。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的存儲(chǔ)模塊中儲(chǔ)存的工作模式為以下兩種:
[0024]工作模式一:
[0025]當(dāng)電網(wǎng)電壓偏離正常值且滿足V≤Vtjff，且在At = m-T(m為常數(shù))的時(shí)間段內(nèi)一直滿足V < Vtjff，則空調(diào)設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)并滿足V≥Vm，且在At = n-T(n為常數(shù))的時(shí)間段內(nèi)一直滿足V≤Vm，則空調(diào)設(shè)備自動(dòng)重新啟動(dòng)；其中VtjffS電壓響應(yīng)閾值，Von為電壓恢復(fù)閾值，T為電壓檢測(cè)周期；
[0026]工作模式二:
[0027]在初始情況下，設(shè)此時(shí)電網(wǎng)的電壓值為Vtl，用戶設(shè)定的空調(diào)的溫度為Ttl，其對(duì)應(yīng)的溫度上、下限分別為rt和rt，滿足:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器，其特征在于:包括空調(diào)控制MCU模塊(I)、電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊(2)、溫度測(cè)量模塊(3)、存儲(chǔ)模塊(4)、通訊模塊(5)、顯示功能模塊(6)和電源模塊(7 )，電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊(2 )、溫度測(cè)量模塊(3 )和電源模塊(7 )的輸出端與空調(diào)控制MCU模塊(I)電連接，存儲(chǔ)模塊(4)、通訊模塊(5)和顯示功能模塊(6)與空調(diào)控制MCU模塊(I)雙向電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器，其特征在于:所述空調(diào)控制MCU模塊(I)采用具有16KB系統(tǒng)內(nèi)存可編程flash的8位AVR微控制器Atmegal6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器，其特征在于:所述電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊(2)為AD及調(diào)理電路，用于將220V交流電信號(hào)轉(zhuǎn)化為AD芯片能夠處理的5V電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓量的采集及處理，同時(shí)可以把不需要的干擾信號(hào)濾除，避免干擾，AD輸出的結(jié)果實(shí)時(shí)傳遞給MCU模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器，其特征在于:所述溫度測(cè)量模塊(3)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器，其特征在于:所述通訊模塊(5)為紅外學(xué)習(xí)模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器，其特征在于:所述顯示功能模塊(6)為觸摸屏MT6050i。
7.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1至6所述的電網(wǎng)友好型空調(diào)控制器的空調(diào)控制方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)模塊(2)按照一定的周期實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前的電網(wǎng)電壓； 步驟二:當(dāng)電網(wǎng)電壓水平達(dá)到空調(diào)的響應(yīng)閾值時(shí)，空調(diào)控制MCU模塊(I)按照存儲(chǔ)模塊(4)中儲(chǔ)存的工作模式使空調(diào)調(diào)整其自身運(yùn)行參數(shù)； 步驟三:當(dāng)電網(wǎng)電壓水平狀況達(dá)到空調(diào)的恢復(fù)閾值時(shí)，空調(diào)控制MCU模塊(I)使空調(diào)恢復(fù)至原來運(yùn)行狀態(tài)； 步驟四:當(dāng)被切斷的空調(diào)經(jīng)過一段時(shí)間再次處于溫度控制的邊緣時(shí)，空調(diào)將不考慮電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)而自動(dòng)開啟；自動(dòng)開啟后的一段時(shí)間內(nèi)，不論電網(wǎng)電壓狀態(tài)如何，將不允許空調(diào)關(guān)閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空調(diào)控制方法，其特征在于:所述的存儲(chǔ)模塊(4)中儲(chǔ)存的工作模式為以下兩種: 工作模式一: 當(dāng)電網(wǎng)電壓偏離正常值且滿足且在O?為常數(shù))的時(shí)間段內(nèi)一直滿足 則空調(diào)設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)并滿足，且在(/?為常數(shù))的時(shí)間段內(nèi)一直滿足則空調(diào)設(shè)備自動(dòng)重新啟動(dòng)；其中^為電壓響應(yīng)閾值，Von為電壓恢復(fù)閾值，T為電壓檢測(cè)周期； 工作模式二: 在初始情況下，設(shè)此時(shí)電網(wǎng)的電壓值為匕，用戶設(shè)定的空調(diào)的溫度為/；，其對(duì)應(yīng)的溫度上、下限分別為和:T1Twrf，滿足:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空調(diào)控制方法，其特征在于:所述電壓響應(yīng)閾值K,和電壓恢復(fù)閾值 Von 隨機(jī)化處理，取 Voff= Rand (0.924，0.93 Vn), Von = Rand (0.95 Vn,0.96 K)，其中，匕為電網(wǎng)的正常額定電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空調(diào)控制方法，其特征在于:所述電壓響應(yīng)閾值Voff為0.93匕，所述電壓恢復(fù)閾值Von為0.954，電壓檢測(cè)周期r為ls，ffi和/7分別為f 10。
【文檔編號(hào)】F24F11/00GK104019519SQ201410208090
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】曹小明, 張志丹 申請(qǐng)人:湖南智仁科技有限公司