技术特征：
1.一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：针对变容量热水器，采用散热、水罐进出水、加热各环节先分离后综合的方法，分步建立变容量热水器水温模型；步骤s2：获取变容量热水器标定的安全工作条件，建立变容量热水器安全约束，包括水温安全约束、水量安全约束；获取用户设定的热水温度舒适性区间，建立变容量热水器的水温舒适性约束；步骤s3：在目标调度时段，获取变容量热水器水罐内的热水温度以及热水水量，获取电网未来24小时分时电价数据以及预测的用户未来24小时热水需求数据，并根据分时电价数据生成电价趋势信号，根据预测的用水需求数据生成用水趋势信号；步骤s4：针对变容量热水器，建立基于控制动作优先级的优化策略，其方法是：在目标调度时段，综合电价趋势信号、用水趋势信号、水温和水量信息，对变容量热水器所有可能的控制动作组合设定优先级；将控制动作组合按照优先级从高到低的顺序，结合变容量热水器当前工况，进行变容量热水器水温仿真，仿真过程遍历所有控制动作组合，记录仿真结果并对其设定优先级；对仿真结果进行舒适性约束和安全约束核查，结合仿真结果的优先级给出优化结果；步骤s5：变容量热水器根据基于控制动作优先级的优化策略输出的优化结果进行加热、加水操作，维持变容量热水器运行。2.根据权利要求1所述的一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其特征在于，步骤s1所述的“采用散热、水罐进出水、加热各环节先分离后综合的方法，分步建立变容量热水器水温模型”包含以下步骤：获取变容量热水器的水罐容积与表面积、水罐总体热阻、热水加热装置的加热额定功率、热水加热装置将电能转化为热能的热转换效率参数；仅考虑散热损失单独作用对于变容量热水器水罐内水温的影响，建立变容量热水器的第一温度模型；散热损失的能量通过水罐表面积、水罐总体热阻和水罐内热水温度计算；仅考虑水罐进出水的情况，水量变化单独作用对于变容量热水器水罐内水温及水量的影响，建立变容量热水器的第二温度模型；水罐内热水温度和水量的变化通过未加水前水罐内热水的温度及水量、加水开关的状态、加入水罐冷水的水量和温度计算；仅考虑加热单独作用对于变容量热水器水罐内水温的影响，建立变容量热水器的第三温度模型；加热过程由加热开关控制，加热的能量通过加热开关的状态、加热装置的额定功率、加热装置将电能转化为热能的热转换效率计算；综合变容量热水器的第一温度模型、第二温度模型、第三温度模型，建立变容量热水器的水温模型。3.根据权利要求1所述的一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其特征在于，步骤s2包含以下步骤：获取变容量热水器标定的热水温度安全区间，建立对变容量热水器调度需要满足的水温安全约束为：变容量热水器运行过程中，水罐内热水温度处于标定的热水温度安全区间内；获取变容量热水器标定的热水水量安全区间，记水量安全中值为水量安全区间上下限的平均值，建立对变容量热水器调度需要满足的水量安全约束为：变容量热水器运行过程
中，水罐内热水水量处于标定的热水水量安全区间内；获取用户设定的热水温度舒适性区间，记水温舒适性中值为水温舒适性区间上下限的平均值，建立对变容量热水器调度需要满足的水温舒适性约束为：变容量热水器运行过程中，水罐内热水水温处于用户设定的热水温度舒适性区间内。4.根据权利要求1所述的一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其特征在于，步骤s3所述的“根据分时电价数据生成电价趋势信号，根据预测的用水需求数据生成用水趋势信号”包含以下步骤：将目标调度时段的电价和与它相邻的未来一段时间的平均电价进行对比，生成电价趋势信号：其规则是，与目标调度时段的电价相比，如果未来一段时间的平均电价更高，则电价趋势信号赋值为上升；与目标调度时段的电价相比，如果未来一段时间的平均电价更低，则电价趋势信号赋值为下降；与目标调度时段的电价相比，如果未来一段时间的平均电价与目标调度时段电价相同，则电价趋势信号赋值为维持；将未来一段时间的用水需求与变容量热水器最大容积进行对比，生成用水趋势信号：其规则是，如果用水需求与变容量热水器最大容积之比的值大于给定的阈值，则用水趋势信号赋值为大，小于或等于给定的阈值，则用水趋势信号赋值为小。5.根据权利要求1所述的一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其特征在于，步骤s4所述的“综合电价趋势信号、用水趋势信号、水温和水量信息，对变容量热水器所有可能的控制动作组合设定优先级”包含以下步骤：归纳变容量热水器所有可能的控制动作组合：变容量热水器的可控开关为加热开关、加水开关和出水安保开关，定义加热开关和加水开关用于变容量热水器调度，加热开关开表示变容量热水器的加热装置以额定功率加热，加热开关关表示变容量热水器不加热，加水开关开表示变容量热水器以额定流速向水罐中加水，加水开关关表示变容量热水器不加水，出水安保开关开表示允许变容量热水器向外放水，出水安保开关关表示不允许变容量热水器向外放水；生成变容量热水器可能的控制动作组合为：加热开关开且加水开关开、加热开关开且加水开关关、加热开关关且加水开关开、加热开关关且加水开关关，以上四种组合依次分别记为(1,1)、(1,0)、(0,1)、(0,0)；对变容量热水器的控制设定两层优先级，并定义第一层级优先级较第二层级优先级的优先级高：将变容量热水器的安全控制设定为第一层级优先级，并采用事件触发机制进行开关操作以保证变容量热水器的安全，具体方法为：只要变容量热水器的水量大于或等于水量安全区间上限，立即令加水开关关；只要变容量热水器的水量小于或等于水量安全区间下限，立即令出水安保开关关；只要变容量热水器的水量大于水量安全区间下限而小于水量安全区间的上限，立即令出水安保开关开；只要变容量热水器的水温大于或等于水温安全区间上限，立即令加热开关关；只要变容量热水器的水温小于或等于水温安全区间下限，立即令加热开关开；将变容量热水器的优化控制设定为第二层级优先级，并采用时间触发机制进行开关操作以优化变容量热水器的运行，具体方法为：优化控制中，在每个目标调度时段对所有可能的控制动作组合设定优先级，不同情况下优化控制的控制动作组合优先级排布如表1所示，表1中第五列某行的值表示在同时满足第一列到第四列对应行所列条件下，控制动作组合
优先级从高到低的顺序。表1.优化控制的优化控制动作组合优先级排布表6.根据权利要求1所述的一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其特征在于，步骤s4所述的“将控制动作组合按照优先级从高到低的顺序，结合变容量热水器当前工
况，进行变容量热水器水温仿真，仿真中遍历所有控制动作组合，记录仿真结果并对其设定优先级”包含以下步骤：变容量热水器优化控制中，按第二层级优先级从高到低的顺序选取控制动作组合，将变容量热水器水罐内热水温度、热水水量、预测的用户热水需求以及环境温度代入变容量热水器水温模型中，仿真得到调度时段结束时刻的变容量热水器水罐内热水温度和热水水量；遍历第二层级优先级中所有控制动作组合，记录对应的仿真结果，并对仿真结果设定优先级，仿真结果的优先级与对应控制动作组合优先级相同。7.根据权利要求1所述的一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其特征在于，步骤s4所述的“对仿真结果进行舒适性约束、安全约束核查，结合仿真结果的优先级给出优化结果”包含以下步骤：对第二层级优先级所有控制动作仿真结果进行水温舒适性约束、水量安全约束核查，如果存在仿真结果既满足水温舒适性约束又满足水量安全约束，则在满足约束的仿真结果中，选取优先级最高的仿真结果，直接输出此仿真结果对应的控制动作组合作为优化结果；如果不存在既满足水温舒适性约束又满足水量安全约束的仿真结果，则对第二层级优先级所有控制动作仿真结果进行水温安全约束、水量安全约束核查，在既满足水温安全约束又满足水量安全约束的仿真结果中，选取优先级最高的仿真结果，输出此仿真结果对应的控制动作组合作为优化结果。8.根据权利要求1所述的一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其特征在于，步骤s5包含以下步骤：在目标调度时段，基于控制动作优先级的优化策略输出的加热动作、加水动作的开、关指令，变容量热水器依照输出指令运行；变容量热水器运行中的任何时刻，如果发现水量达到或超出安全上下限、水温达到或超出安全上下限，则立即采用对应的第一层级优先级控制动作，如果第一层级优先级控制动作与第二层级优先级控制动作矛盾，则采用第一层级优先级控制动作。9.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8任一项所述的面向需求响应优化的变容量热水器控制方法。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的面向需求响应优化的变容量热水器控制方法。
技术总结
本发明公开了一种面向需求响应优化的变容量热水器控制方法，其核心步骤为：1)采用散热、水罐进出水、加热各环节先分离后综合的方法，分步建立变容量热水器水温模型；2)建立变容量热水器的舒适性约束及安全约束；3)获取变容量热水器水温水量状态、未来分时电价、预测的用水需求信息，生成电价趋势信号和用水趋势信号；4)建立基于变容量热水器控制动作优先级的优化策略；5)变容量热水器根据优化策略输出的加热、加水指令运行。本发明提出的方法计算速度快，对硬件条件要求低，能够对变容量热水器进行需求响应自动优化，实现节能、降低用户能源费用。能源费用。能源费用。
技术研发人员：苏永新 陈磊 谭貌 彭寒梅
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2022/2/28