电热水器参与电网频率稳定与控制方法及其频率控制器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种使电热水器参与到电网频率稳定与控制过程的控制方法和电热水器频率控制器，包括如下步骤：第一步，采集当前t时刻电网频率f(t)以及电热水器出水温度T(t)；第二步：将电热水器额定出水温度修正量ΔT设计成随电网频率变化的线性函数；第三步：根据第一步、第二步所得数据计算修正后的额定出水温度；第四步：根据第三步计算所得结果决定电热水器下一时刻的工作状态；第五步：t＝t+1时刻，返回第一步，开始下一循环。包括以下几个模块：遥控器模块，用于设定调频系数和额定出水温度；频率传感器模块，用于实时测量电网频率；温度传感器模块；温控电路模块，用于判断电热水器下一时刻工作状态。
【专利说明】电热水器参与电网频率稳定与控制方法及其频率控制器
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统频率稳定与控制W及家用电器控制技术相关领域，具体讲， 涉及一种电热水器参与电力系统频率稳定与控制方法和电热水器频率控制器。
【背景技术】
[0002] 电力系统频率反映电力系统发电侧和用电侧的有功功率平衡关系，有功功率不平 衡会导致频率偏差的出现，大的频率偏差对于电力设备的安全、有效运行，W及整个电力系 统的安全、可靠、经济运行都是不利的，因此需要对频率进行稳定与控制，将频率偏差控制 在允许范围之内。传统的主要频率稳定与控制措施是通过增加/减少机组出力实现发电侧 与用电侧功率平衡，从而实现将频率偏差控制在允许范围之内的。该种调频方式虽然总体 上能够满足电力系统的调频要求，但存在机组响应速度慢、爬坡时间长、频繁动作易磨损、 调频成本高和污染重等不足之处。另外，随着风力、太阳能等新能源发电机组在电力系统中 装机比例的增加，其对电网的间歇性冲击使得电力系统频率调节面临着更大的挑战。
[0003] 与传统的基于发电侧的频率调节方式不同，基于负荷侧的频率调节主要考虑通过 调节负荷侧容量实现功率平衡，进而实现频率稳定与控制。负荷侧的家用电器负荷分布广， 数量多，尽管单台电器的功率不大，但其总容量大，能够满足电力系统对调频备用容量的要 求。而电热水器作为能够储存热能的纯电阻性家用电器负荷，具有易于控制、开通/关断一 小段时间不会影响用户舒适度等特点。因此，本发明专利从电热水器着手，设计其参与电力 系统频率稳定与控制方法和频率控制器。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在克服现有调频方式和技术的不足，开发出一种电热水器参与电力系统 频率稳定与控制方法和电热水器负荷频率控制器，使电热水器参与到电力系统频率调节过 程中，有效减小调频备用发电机组的容量需求，节省调频成本。另外，在有大量风电机组、太 阳能发电机组等新能源机组的系统中，能够平抑间歇性机组出力，提高电力系统运行稳定 性。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是设计一种使电热水器参与到电力系统频率 稳定与控制过程中的控制方法，主要包括：
[0005] 第一步：用户基于电网需求、用户舒适度需求的不同W及电热水器磨损程度等方 面的考量用遥控器自主设定调频系数kf和温控开关触发温度额定点r?ai的取值，设计温 控开关触发温度调整电路，计算额定高、低温触发温度，如式（1)所示：
[0006]
【权利要求】
1. 一种电热水器参与电网频率稳定与控制方法，其特征是，包括如下步骤： 第一步：用户基于电网需求、用户舒适度需求的不同以及电热水器磨损程度等方面的 考量用遥控器自主设定调频系数kf和温控开关触发温度额定点Tnmial的取值，设计温控开 关触发温度调整电路，计算额定高、低温触发温度，如式（1)所示： IVw
式中，Tnmial是由用户在考虑自身舒适度需求的前提下自行设定的额定出水温度； 74°Γ;、表示电热水器温控开关额定高、低温触发温度值； 第二步：频率传感器实时采集电网频率信号f(t)，温度传感器采样电热水器出水口附 近的水温T(t); 第三步：电热水器温控开关根据第二步采集到的电网频率信号，结合第一步中用户自 行设定的调频系数kf计算温控开关触发温度修正量及修正后温控开关触发温度的值：
式（2)中，kf的单位S°c/Hz，表示频率每变化单位赫兹时电热水器中热水温度变化的 摄氏度数，f表示频率传感器采集到的电力系统频率信号，f〇表示电力系统频率额定值， 式（3)中，Thigh、Tlw表不修正后电热水器温控开关触发温度值； 第四步：根据第三步计算结果确定电热水器温控开关下一步动作： 若当前时刻电热水器内水温T(t)高于此时刻温控开关高温触发设定点Thigh(t)，温控 开关关断，电加热管停止加热；若当前时刻电热水器内水温T(t)低于此刻温控开关低温触 发设定点T1ot(t)，温控开关开通，电加热管开始加热；否则，温控开关工作状态不变，电加热 管状态不变； 第五步：t=t+Ι时刻，返回第一步，开始下一循环。
2. 根据权利要求1所述的方法，设定温控开关额定高、低温触发温度值与用户期望的 出水温度相差2度。
3. 根据权利要求1所述的方法，所述频率额定值设为50Hz。
4. 一种电热水器频率控制器，其特征是，包括： 遥控器：用于用户自行设定自家电热水器的调频系数卜和电热水器额定出水温度Tn_al，kf的单位为Γ/Hz，表示频率每变化单位赫兹时电热水器中热水温度变化的摄氏度 数，设计硬件电路使得额定高温触发点^丨?7、额定低温触发点与Tnmial之间满足各 相差2度，如式（4):
频率传感器：用于实时采集电网频率信号，并将其传给温控电路； 温度传感器：用于实时采集电热水器出水温度T(t)并传给温控电路； 温控电路根据采集到的电网频率信号，结合用户自行设定的调频系数kf和电热水器额 定出水温度Tnmial,计算出水温度设定点修正量ΛΤ以及修正后的高温、低温触发点，计算公 式见式（5)、（6):
式（5)中，f表示频率传感器采集到的电力系统频率信号，&表示电力系统频率额定 值； 式（6)中，Thigh、Tlw表不修正后电热水器温控开关触发温度值； 若当前时刻电热水器内水温T(t)高于此时刻高温触发设定点Thigh(t)，电热水器温控 开关关断，电加热管停止加热，若当前时刻电热水器内水温T(t)低于此刻低温触发设定点 Tlmt(t)，电热水器温控开关开通，电加热管开始加热；否则，电热水器工作状态不变。
5.根据权利要求4所述的控制器，所述频率额定值设为50Hz。
【文档编号】H02J3/00GK104466952SQ201410718899
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】李中伟, 董丹丹, 程丽, 金显吉, 佟为明, 林秋雁 申请人:哈尔滨工业大学