本發(fā)明涉及電熱水器組直接負(fù)荷控制優(yōu)化，更具體的說，是通過引入多尺度進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電熱水器組優(yōu)化直接負(fù)荷控制。

背景技術(shù)：

電力用戶不斷增長(zhǎng)使得電網(wǎng)的峰值負(fù)荷需求越來(lái)越高，而通過不斷擴(kuò)建電力系統(tǒng)來(lái)解決峰值負(fù)荷需求并不是合理的解決方案。直接負(fù)荷控制正是基于此而產(chǎn)生的，通過調(diào)整相應(yīng)負(fù)荷曲線，將部分峰值負(fù)荷轉(zhuǎn)移到非峰值時(shí)期，以達(dá)到削峰填谷的作用。而電熱水器組是最常見的可控直接負(fù)荷，通過調(diào)節(jié)熱水器加熱方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種無(wú)需擴(kuò)建電力系統(tǒng)即可解決峰值負(fù)荷需求的電熱水器組多尺度直接負(fù)荷控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種電熱水器組多尺度直接負(fù)荷控制方法，包括如下步驟：

（1）通過統(tǒng)計(jì)得到家庭日負(fù)荷曲線，因電熱水器為電阻類元件，將家庭日負(fù)荷曲線中陡增值和陡降值為電熱水器功率的部分提取出來(lái)，即可得到電熱水器日常工作狀態(tài)，生成單個(gè)電熱水器基本日用水?dāng)?shù)據(jù)。

（2）將多個(gè)電熱水器按照設(shè)定恒溫控制的溫度上下限、容量、額定功率以及基本日用水?dāng)?shù)據(jù)分成多個(gè)電熱水器組N，N≥1。

（3）通過電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線，將日負(fù)荷曲線分成三大類：波峰/波谷/中間態(tài)，針對(duì)各大類持續(xù)時(shí)間，分別生成三大類狀態(tài)下的目標(biāo)功率尺度P以及各熱水器組在三大類狀態(tài)下的時(shí)間尺度Ts。目標(biāo)功率尺度P是由某一狀態(tài)持續(xù)時(shí)間段內(nèi)電力系統(tǒng)總的負(fù)荷需求以及電熱水器總功率需求決定。中間態(tài)時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P3是總電熱水器組（即所有電熱水器組）在熱水使用狀態(tài)以及散熱等作用下產(chǎn)生的實(shí)際平均功率；波峰時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P1小于中間態(tài)時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P3，波峰時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P1的值為中間態(tài)時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P3減去總額定功率最小的電熱水器組的總額定功率；波谷時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P2大于中間態(tài)時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P3，波谷時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P2的值為中間態(tài)時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P3加上總額定功率最小的電熱水器組的總額定功率。時(shí)間尺度Ts根據(jù)各電熱水器組用水模式設(shè)定，其最低值不能低于電熱水器結(jié)構(gòu)性能決定的最小加熱時(shí)間，其上限不得超過熱水器最大加熱時(shí)間。在此范圍內(nèi)，遵循波峰時(shí)間段內(nèi)Ts小于中間態(tài)時(shí)間段內(nèi)Ts小于波谷時(shí)間段內(nèi)Ts。電熱水器水箱體積越大Ts越大，電熱水器額定功率越高Ts越小。

（4）根據(jù)三大類狀態(tài)下的目標(biāo)尺度P、時(shí)間尺度Ts得到最優(yōu)控制策略，具體如下：

（4.1）初始化電熱水器溫度，初始化溫度位于電熱水器設(shè)定的恒溫控制溫度上下限內(nèi)；

（4.2）根據(jù)各電熱水器組內(nèi)的每個(gè)電熱水器實(shí)際溫度，得到各電熱水器組內(nèi)的每個(gè)熱水器的參考功率，將各組內(nèi)的每個(gè)熱水器參考功率累加生成各電熱水器組的參考功率PT，PT由兩組數(shù)據(jù)構(gòu)成，一組表示電熱水器組控制策略狀態(tài)為1，另一組表示電熱水器組控制策略狀態(tài)為0（電熱水器組控制策略狀態(tài)為1時(shí)，電熱水器組處于可加熱狀態(tài)，可以從電網(wǎng)獲取電能；電熱水器組控制策略狀態(tài)為0時(shí)，電熱水器組處于不可加熱狀態(tài)，不可以從電網(wǎng)獲取電能）。每個(gè)熱水器的參考功率計(jì)算方法如下：（4.2.1）為保證用戶感受，電熱水器實(shí)際溫度不能超出設(shè)定的恒溫控制溫度上下限，若溫度高于上限，無(wú)論控制策略狀態(tài)為0還是1，也必須關(guān)掉此電熱水器，使此電熱水器從電網(wǎng)不能獲得能量，此時(shí)此熱水器參考功率為[0，0]；（4.2.2）若實(shí)際溫度低于下限時(shí)，無(wú)論控制策略狀態(tài)為0還是1，此電熱水器也要打開，使此電熱水器能夠加熱，此時(shí)此熱水器參考功率為[Pr，Pr]，Pr為此電熱水器額定功率；（4.2.3）當(dāng)實(shí)際溫度處于上下限之間時(shí)，且強(qiáng)制加熱時(shí)間小于時(shí)間尺度Ts，此時(shí)此熱水器參考功率為[Pr，Pr]；（4.2.4）其它時(shí)候，此熱水器參考功率為[Pr,0]。

（4.3）根據(jù)各電熱水器組的參考功率PT、目標(biāo)尺度功率P，通過量子進(jìn)化算法得到最優(yōu)控制策略u(píng)，u是一組由0或1構(gòu)成的字符串，每一位表示對(duì)應(yīng)電熱水器組控制策略狀態(tài)（0或1）。

量子算法計(jì)算可參見專利一種新型量子進(jìn)化方法（申請(qǐng)?zhí)枺?01410831269.4）。

（4.4）將步驟（4.3）得到的最優(yōu)控制策略應(yīng)用于各熱水器組，通過執(zhí)行控制策略控制各熱水器組的工作，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移；測(cè)量下一時(shí)刻各電熱水器組內(nèi)的每個(gè)電熱水器實(shí)際溫度；

（4.5）轉(zhuǎn)入步驟（4.2），不斷重復(fù)運(yùn)行測(cè)量得到下一時(shí)刻的各電熱水器組內(nèi)的每個(gè)電熱水器實(shí)際溫度，直至人為干預(yù)停止并結(jié)束。

步驟（3）中，中間態(tài)時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)尺度功率P3是總電熱水器組（即所有電熱水器組）在熱水使用狀態(tài)以及散熱等作用下產(chǎn)生的實(shí)際平均功率，即所有電熱水器在相同條件下，不采用控制策略時(shí)消耗功率平均值累加和。

步驟（3）中，電熱水器組的總額定功率是指此電熱水器組內(nèi)所有單個(gè)電熱水器的額定功率之和。

所述步驟（2）中，若電電熱水器總數(shù)為1000個(gè)，將1000個(gè)熱水器聚合成10個(gè)電熱水器組。

本發(fā)明通過設(shè)定時(shí)間尺度Ts和恒溫控制的溫度上下限，以及通過控制策略電熱水器啟停，保證用戶體驗(yàn)并符合電熱水器實(shí)際使用模式。

本發(fā)明通過引入目標(biāo)尺度P和最小加熱時(shí)間Ts，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，修正電熱水器組負(fù)荷曲線，使得電熱水器在白天峰值負(fù)荷降低，降低電力系統(tǒng)白天峰值時(shí)期負(fù)荷負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電熱水器組多尺度直接負(fù)荷控制方法的流程圖；

圖2為多尺度直接負(fù)荷控制結(jié)果與無(wú)控制對(duì)比圖；

圖3為熱水器溫度時(shí)間變化曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1，本方法包括以下步驟：

（1）首先執(zhí)行步驟101，根據(jù)家庭日負(fù)荷曲線統(tǒng)計(jì)得到，單個(gè)熱水器日用水量base=[6 4 3 3 1 5 13 48 33 36 27 26 23 23 24 15 17 16 24 32 26 17 23 24];

（2）執(zhí)行步驟102，將1000個(gè)熱水器（總功率3600kw）按照功率、容量、溫度上下限以及日用用水量分成10組，分別是[55°C, 50°C, 120L, 3000W, 2/3*base], [55°C, 50°C, 160L, 3000W, base],[55°C, 50°C, 200L, 3000W, 1.2*base], [55°C, 50°C, 320L, 3000W, 1.5*base], [55°C , 50°C, 320L, 6000W, 1.5*base],[50°C,45°C, 120L, 3000W, 2/3*base], [50°C, 45°C, 160L, 3000W, base], [50°C, 45°C, 200L, 3000W, 1.2*base], [50°C, 45°C, 320L, 3000W, 1.5*base], [50°C, 45°C, 320L, 6000W, 1.5*base]；

（3）執(zhí)行步驟103，根據(jù)電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線，從零點(diǎn)到1點(diǎn)，從17點(diǎn)到0點(diǎn)，不處于日符合曲線的波峰或波谷區(qū)間，位于中間態(tài)，目標(biāo)尺度P=P1=930kw，Ts分別為[6min, 7min, 8min, 9min, 7min, 5min, 6min, 7min, 8min, 6min] ；從1點(diǎn)到6點(diǎn)，處于日負(fù)荷曲線波谷區(qū)間，目標(biāo)尺度P=P2=12300kw，Ts分別為[12min, 14min, 16min, 18min, 14min, 10min, 12min, 14min, 16min, 12min]；從6點(diǎn)到17點(diǎn)，處于日負(fù)荷曲線的波峰區(qū)間，目標(biāo)尺度P=P3=630kw，Ts分別為[4min, 4min, 5min, 6min, 4min, 3min, 4min, 4min, 6min, 5min]；

（4）執(zhí)行步驟104，初始化電熱水器溫度T，溫度均處于電熱水器設(shè)定的溫度閾值內(nèi)；

（5）執(zhí)行步驟105，根據(jù)各電熱水器組內(nèi)的每個(gè)電熱水器實(shí)際溫度，得到各電熱水器組內(nèi)的每個(gè)熱水器的參考功率，將各組內(nèi)的每個(gè)熱水器參考功率累加生成各電熱水器組的參考功率PT，PT由兩組數(shù)據(jù)構(gòu)成，一組為電熱水器組控制策略狀態(tài)為1，另一組為電熱水器組控制策略狀態(tài)為0（狀態(tài)為1時(shí)電熱水器組處于可加熱狀態(tài)，可以從電網(wǎng)獲取電能，狀態(tài)為0時(shí)電熱水器組處于不可加熱狀態(tài)，不可以從電網(wǎng)獲取電能。具體參考功率計(jì)算方法如下：（1）為保證用戶感受，溫度不能超出設(shè)定的恒溫控制上下限，若溫度高于上限，無(wú)論控制策略狀態(tài)為何，也必須關(guān)掉該熱水器，使電熱水器從電網(wǎng)不能獲得能量，此時(shí)該熱水器參考功率為[0，0]；（2）若溫度低于下限時(shí)，無(wú)論控制策略狀態(tài)為何值，電熱水器也要打開，使電熱水器能夠加熱，此時(shí)該熱水器參考功率為[Pr，Pr]，Pr為改電熱水器額定功率；（3）當(dāng)溫度處于上下限之間時(shí)，且強(qiáng)制加熱時(shí)間小于Ts，此時(shí)該熱水器參考功率為[Pr，Pr]；（4）其他時(shí)候，改熱水器參考功率為[Pr,0]。將各組內(nèi)各熱水器參考功率累加生成參考功率PT；

（6）執(zhí)行步驟106，根據(jù)各電熱水器組的參考功率PT、目標(biāo)尺度功率P，通過量子進(jìn)化算法得到最優(yōu)控制策略u(píng)，u是一組由0或1構(gòu)成的字符串，每一位表示對(duì)應(yīng)電熱水器組控制策略狀態(tài)（0或1）。

量子進(jìn)化方法尋找最優(yōu)控制策略過程如下：生成初始種群，生成初始最優(yōu)控制策略；觀察種群生成量子態(tài)；計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)，在本發(fā)明中為每種策略下各電熱水器組參考功率PT之和，與目標(biāo)功率尺度P的差值的絕對(duì)值，最小的絕對(duì)值對(duì)應(yīng)的是此代中最優(yōu)控制策略，與已有的最優(yōu)控制策略比較，選擇絕對(duì)值較小的控制策略為新的最優(yōu)控制策略；選擇精英群組，生成量子旋轉(zhuǎn)門；進(jìn)化下一代種群直到滿足停止條件。最終的最優(yōu)控制策略輸出。

（7）執(zhí)行步驟107，將步驟106得到的最優(yōu)控制策略應(yīng)用于各熱水器組，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移；測(cè)量下一時(shí)刻各電熱水器組內(nèi)的每個(gè)電熱水器的實(shí)際溫度。

最優(yōu)控制策略應(yīng)用于各熱水器組時(shí)，最優(yōu)控制策略內(nèi)的每一位元素表示對(duì)應(yīng)電熱水器組的控制策略狀態(tài)，若元素為0，則表示對(duì)應(yīng)的電熱水器組執(zhí)行停止加熱動(dòng)作，若元素為1，則表示對(duì)應(yīng)的電熱水器組執(zhí)行持續(xù)加熱動(dòng)作；

（8）轉(zhuǎn)入步驟105，不斷重復(fù)運(yùn)行測(cè)量得到下一時(shí)刻的電熱水器溫度和實(shí)際功率，直至人為干預(yù)停止并結(jié)束。

從圖2可知，通過控制策略將第一個(gè)峰值時(shí)間向前移動(dòng)以避開其他電力設(shè)備日工作啟動(dòng)時(shí)間，降低了對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊。從8：00到17：00為日常工作時(shí)間，在此時(shí)間段內(nèi)電力系統(tǒng)負(fù)載了大量的工業(yè)設(shè)備、辦公設(shè)備等電力系統(tǒng)日基礎(chǔ)負(fù)荷，通過控制策略，將熱水器組整體功率需求大大降低了，并且使熱水器組符合變化保持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，減少了對(duì)系統(tǒng)的沖擊。通過控制策略使得電熱水器電能消費(fèi)盡可能地避開白天電力系統(tǒng)高負(fù)荷時(shí)期轉(zhuǎn)入到夜晚非用電高峰期，按照分時(shí)電價(jià)的原則，采用控制策略的用戶將會(huì)獲得非?？捎^的經(jīng)濟(jì)節(jié)省。

圖3為熱水器熱水溫度時(shí)間變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)其溫度處于55°C -50°C，不影響用戶使用。

因此，一種電熱水器多尺度直接負(fù)荷控制方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)削峰填谷作用，降低了電力系統(tǒng)的峰值負(fù)荷。在不影響用戶使用舒適度的前提下，使用費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。