一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法及装置与流程

本发明涉及空调群控，尤其涉及一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法及装置。

背景技术：

1、随着新型电力系统和需求侧响应技术的发展，空调负荷作为建筑能耗中的重要组成部分，已逐渐从传统的被动用电设备转变为可调节、可聚合、可控制的柔性资源。现有空调建模方法大多基于单一设备或理想化假设，主要存在以下不足：第一，很多模型仅从电功率角度出发，将空调视为简单的开关负荷，忽略了室内热环境、建筑围护结构以及人体舒适性对空调运行状态的影响，导致模型无法反映空调“热—电”之间的内在耦合关系。第二，现有方法通常只针对定频空调或变频空调中的某一种类型进行建模，缺少统一的建模框架，难以同时适用于不同控制机理、不同功率响应特性的设备。第三，空调在民用、商用和工业场景下，其热环境边界、负荷规模、运行时长以及设定温度控制策略存在明显差异，若不进行分类建模，模型参数应用性和预测精度都会受到影响。第四，很多研究仅关注静态功率或平均功率，缺少对空调动态运行特性、温度响应特性以及设定温度对功率的映射关系分析，因此在实际调控中容易出现舒适性约束被破坏或调节效果不稳定的问题。

2、对于定频空调而言，其运行状态通常表现为压缩机周期性启停，功率变化呈明显的离散特征，压缩机基本不能实现连续调节；对于变频空调而言，其压缩机频率可连续调节，功率和制冷量随频率变化呈近似线性关系。两类空调在热响应速度、功率调节灵敏度、恢复时间等方面均存在显著差异。如果仅采用统一的经验性模型，无法准确表征其动态行为，也无法为后续的聚合控制、可调容量评估以及接力式控制策略提供可靠基础。此外，空调资源规模大、个体差异强，受到建筑结构、房间面积、保温条件、室外温度、人员活动和空调老化程度等多种因素影响，导致单机参数具有明显异质性。

3、对于现有的相关技术中存在的热电偶和建模方法兼容性和模型准确性不佳的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本发明提供一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法及装置，用以解决现有的相关技术中存在的热电偶和建模方法兼容性和模型准确性不佳的缺陷。

2、第一个方面，本发明提供一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，包括：

3、对空调资源进行分类，并定义单体空调的状态变量和输入变量；

4、建立统一的二阶等效热参数模型，将所述单体空调所处的控制区域抽象为室内空气节点和围护结构节点；

5、根据所述单体空调的运行控制方式，建立差异化的电功率模型，并将所述电功率模型通过制冷效率系数与所述二阶等效热参数模型进行耦合，以建立热电耦合关系；

6、基于采集的所述单体空调的实际运行数据，对所述热电耦合关系中的模型参数进行参数辨识，确定最优模型参数。

7、根据本发明提供的一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，对空调资源进行分类，包括：

8、从运行控制方式维度和应用场景维度对所述空调资源进行划分；

9、其中，对于运行控制方式维度，将所述空调资源划分为定频空调和变频空调；

10、对于应用场景维度，将所述空调资源划分为民用空调、商用空调和工业用空调。

11、根据本发明提供的一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，所述二阶等效热参数模型通过室内空气节点和围护结构节点的等效热容、室内空气节点与围护结构节点之间的等效热阻、围护结构节点与室外环境之间的等效热阻来表征。

12、根据本发明提供的一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，根据所述单体空调的运行控制方式，建立差异化的电功率模型，包括：

13、针对所述定频空调，建立基于开关状态的离散功率模型；

14、针对所述变频空调，建立基于压缩机频率的连续功率模型。

15、根据本发明提供的一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，建立基于开关状态的离散功率模型，包括：

16、引入温控死区，定义所述定频空调的运行状态切换规则；所述运行状态切换规则用于描述所述定频空调的开关状态变量；

17、基于所述定频空调的额定功率与所述开关状态变量的乘积，确定所述定频空调的瞬时功率。

18、根据本发明提供的一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，建立基于压缩机频率的连续功率模型，包括：

19、引入频率调节增益，确定所述变频空调的压缩机频率；

20、采用二次多项式对所述变频空调的压缩机频率与基础功率进行拟合，确定所述变频空调的电功率。

21、根据本发明提供的一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，基于采集的所述单体空调的实际运行数据，对所述热电耦合关系中的模型参数进行参数辨识，确定最优模型参数，包括：

22、定义系统状态向量、输入向量和模型参数向量，并构建所述二阶等效热参数模型的离散化形式；

23、构建代价函数，并以最小化所述代价函数为目标，通过优化算法对所述热电偶和关系中的模型参数进行参数辨识，获得最优模型参数。

24、根据本发明提供的一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，所述优化算法包括最小二乘法、递推最小二乘法和扩展卡尔曼滤波中的至少一种。

25、第二个方面，本发明还提供一种面向异质性单体空调资源的热电耦合建模装置，包括：

26、分类模块，用于对空调资源进行分类，并定义单体空调的状态变量和输入变量；

27、构建模块，用于建立统一的二阶等效热参数模型，将所述单体空调所处的控制区域抽象为室内空气节点和围护结构节点；

28、耦合模块，用于根据所述单体空调的运行控制方式，建立差异化的电功率模型，并将所述电功率模型通过制冷效率系数与所述二阶等效热参数模型进行耦合，以建立热电耦合关系；

29、辨识模块，用于基于采集的所述单体空调的实际运行数据，对所述热电耦合关系中的模型参数进行参数辨识，确定最优模型参数。

30、第三个方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法。

31、第四个方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法。

32、第五个方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法。

33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

34、本发明提供的面向异质性单体空调资源的热电耦合建模方法，通过同时考虑空调的热特性和电特性，建立设定温度、室内温度与电功率之间的动态映射关系，并通过参数辨识实现模型的在线校准，为后续空调资源聚合、调度控制及可调容量分析提供理论基础和数据支撑。通过上述过程，构建一种能够兼顾不同类型空调、不同应用场景以及不同运行状态的热电耦合建模方法，以提升模型的准确性、可解释性与工程适用性，解决了现有的相关技术中存在的热电偶和建模方法兼容性和模型准确性不佳的问题。