一種電網(wǎng)友好型空調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)友好型空調控制器及其控制方法。該裝置包括空調控制MCU模塊、電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊、溫度測量模塊、儲存模塊、通訊模塊、顯示功能模塊和電源模塊。所述電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊能夠按照一定周期檢測并存儲電網(wǎng)的實時電壓及頻率。所述溫度測量模塊可實時檢測并存儲當前環(huán)境溫度。所述存儲模塊儲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前的電網(wǎng)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及空調的工作狀態(tài)。所述空調控制MCU模塊用于根據(jù)電網(wǎng)電壓變化情況實時調整空調運行參數(shù)，控制空調的運行狀態(tài)。該裝置以不影響用戶用電體驗為前提，實現(xiàn)空調負荷參與電網(wǎng)友好響應，有利于提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的能力。
【專利說明】—種電網(wǎng)友好型空調控制器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空調控制器，具體涉及一種電網(wǎng)友好型空調控制器及其控制方法。
【背景技術】
[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)領域，成為風電、太陽能等波動性新能源并網(wǎng)的一個重要目標，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涵，其技術核心是電源和負荷分別主動與電網(wǎng)協(xié)調互動，更經(jīng)濟、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)電和用電技術兩方面。電網(wǎng)友好發(fā)電技術的提出主要是針對波動式新能源發(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，對新能源電源而言，主要是提高其發(fā)電的可預測性、穩(wěn)定性、可調可控性，在各種工況下以有利于電網(wǎng)穩(wěn)定的方式運行，如低電壓穿越；對傳統(tǒng)電源而言，主要是提高爬坡能力、調峰能力、調頻能力等可調可控能力。電網(wǎng)友好的用電技術主要體現(xiàn)在改善負荷的時間特性、頻率特性和電壓特性，以提高電力系統(tǒng)不同時間尺度的平衡能力，如目前歐美普遍開展的需求側響應；同時，用電設備盡可能降低對系統(tǒng)電能質量的影響。電網(wǎng)友好技術強調的是主動參與、靈活互動和高度協(xié)調，是智能電網(wǎng)技術的重要組成部分，是智能電網(wǎng)發(fā)電和用電環(huán)節(jié)各種關鍵技術的高度概括。
[0004]電網(wǎng)友好的用電技術是指負荷能夠主動參與電網(wǎng)的協(xié)調互動，通過改善負荷的時間特性、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，就是負荷能夠主動參與電網(wǎng)的協(xié)調互動，當電網(wǎng)處于不穩(wěn)定或異常狀態(tài)時，能夠主動迎合電網(wǎng)的需求對負荷做出必要調整，同時又考慮到用戶的用電感受，從技術上可預防和避免電網(wǎng)大事故的發(fā)生，進而節(jié)省不必要的人力和資源浪費。
[0005]適用于電網(wǎng)友好技術的負荷主要是可中斷負荷。在電力負荷中，一些負荷短時間中斷并不影響用戶的感受或設備的工作情況，這些負荷可以作為電網(wǎng)管理的備用容量。一股通過發(fā)電側的容量調節(jié)電網(wǎng)速度較慢，而且成本較高；相比之下，通過負荷側的管理不僅可以在短時間內響應電網(wǎng)的運行，而且成本相對較低，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)友好技術的負荷包括:①空調、②電冰箱、③洗衣機、④電熱器、⑤熱水器、⑥電動汽車等。
[0007]近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，用電需求節(jié)節(jié)攀升。特別是空調負荷的急劇增長已經(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，其用電結構主要以居民住宅、商業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)、辦公、寫字樓負荷為主，這類負荷對于氣溫變化敏感度較高，高溫天氣下，空調降溫負荷所占比例可突破40%。據(jù)統(tǒng)計，2004年我國華東、華中等電網(wǎng)夏季空調負荷已占尖峰負荷的30%左右，其中北京、上海等大城市空調負荷已占尖峰負荷的40 %?50 %。2011年廣西省空調用電負荷已經(jīng)達到全區(qū)用電總負荷1/3。2012年重慶空調負荷比重已從往年的占比三分之一上升至40%，高峰時刻更是超過400萬千瓦。而且這種增長趨勢還會加快，因而調節(jié)空調負荷在峰段和谷段的比例，對于避免與工業(yè)生產(chǎn)搶電，調節(jié)城市電網(wǎng)的負荷分配有著重要的意義。
[0008]空調的主要動力是異步電動機，具有與異步電動機相似的負荷特性。空調負荷的靜態(tài)無功-電壓特性表現(xiàn)為:在額定電壓附近，空調負荷的無功隨電壓的升降而增減，當電壓明顯低于額定值時，無功功率隨電壓下降反而具有上升的性質?？照{負荷的這一無功-電壓特性對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性將具有明顯的負作用。這是因為，要維持整個系統(tǒng)的電壓水平，必須有足夠的無功電源來滿足系統(tǒng)負荷對無功功率的需求和補償無功功率的損耗。如果系統(tǒng)無功電源不足，則會使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無功功率平衡，即靠電壓降低、負荷吸收無功功率的減少來彌補無功電源的不足。然而空調負荷在低電壓時吸收無功功率反而增加的特性，將進一步降低電網(wǎng)的電壓水平，從而對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。
[0009]空調的特殊的自身特性會對電網(wǎng)產(chǎn)生極大的沖擊，嚴重的時候甚至導致電網(wǎng)的崩潰，因此，研究空調負荷對配電網(wǎng)電壓的影響是十分有必要的，對于配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定有著重要的意義。另外，空調負荷這類環(huán)境敏感型負荷易受用電環(huán)境的影響，在不同的季節(jié)，空調負荷所占的比重大不相同。據(jù)資料顯示，在夏季，空調負荷在某些南方大型城市所占的比重甚至高達50%。在家庭用電設備中，空調相對于洗衣機、冰箱等電網(wǎng)友好型負荷，使用功率也大的多，這些也使得將空調負荷作為研究對象是實實在在有必要的。最后，當我們做電網(wǎng)電壓的調整時，短時間的切掉部分空調，對用戶的感官不會產(chǎn)生太多的影響，增減了我們的研究空調負荷的可行性。所以，若能使空調能主動響應電網(wǎng)運行，根據(jù)不同的用電環(huán)境及當前電網(wǎng)的實時狀態(tài)(如電網(wǎng)電壓)，自動調整優(yōu)化其自身的用電方式，在不影響用戶用電體驗的同時，又有利于協(xié)助維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明旨在發(fā)明一種能夠主動響應電網(wǎng)運行，根據(jù)當前電網(wǎng)的實時電壓，自動調整優(yōu)化其自身的用電方式，在不影響用戶用電體驗的同時，又有利于協(xié)助維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行的電網(wǎng)友好型空調控制器及其控制方法。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0012]一種電網(wǎng)友好型空調控制器，包括空調控制MCU模塊、電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊、溫度測量模塊、存儲模塊、通訊模塊、顯示功能模塊和電源模塊，電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊、溫度測量模塊和電源模塊的輸出端與空調控制MCU模塊電連接，存儲模塊、通訊模塊和顯示功能模塊與空調控制MCU模塊雙向電連接。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，所述空調控制MCU模塊采用具有16KB系統(tǒng)內存可編程flash的8位AVR微控制器Atmegal6。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，所述電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊為AD及調理電路，用于將220V交流電信號轉化為AD芯片能夠處理的5V電壓信號，實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓量的采集及處理，同時可以把不需要的干擾信號濾除，避免干擾，AD輸出的結果實時傳遞給MCU模塊。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進，所述溫度測量模塊采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。
[0016]作為本發(fā)明的進一步改進，所述通訊模塊為紅外學習模塊。[0017]作為本發(fā)明的進一步改進，所述顯示功能模塊為觸摸屏MT6050i。
[0018]本發(fā)明還包括一種應用于上述電網(wǎng)友好型空調控制器的空調控制方法，其特征在于包括如下步驟:
[0019]步驟一:電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊按照一定的周期實時檢測當前的電網(wǎng)電壓；
[0020]步驟二:當電網(wǎng)電壓水平達到空調的響應閾值時，空調控制MCU模塊按照存儲模塊中儲存的工作模式使空調調整其自身運行參數(shù)；
[0021]步驟三:當電網(wǎng)電壓水平狀況達到空調的恢復閾值時，空調控制MCU模塊使空調恢復至原來運行狀態(tài)；
[0022]步驟四:當被切斷的空調經(jīng)過一段時間再次處于溫度控制的邊緣時，空調將不考慮電網(wǎng)的運行狀態(tài)而自動開啟；自動開啟后的一段時間內，不論電網(wǎng)電壓狀態(tài)如何，將不允許空調關閉。
[0023]作為本發(fā)明的進一步改進，所述的存儲模塊中儲存的工作模式為以下兩種:
[0024]工作模式一:
[0025]當電網(wǎng)電壓偏離正常值且滿足V≤Vtjff，且在At = m-T(m為常數(shù))的時間段內一直滿足V < Vtjff，則空調設備自動停止運行；當檢測到電網(wǎng)電壓恢復并滿足V≥Vm，且在At = n-T(n為常數(shù))的時間段內一直滿足V≤Vm，則空調設備自動重新啟動；其中VtjffS電壓響應閾值，Von為電壓恢復閾值，T為電壓檢測周期；
[0026]工作模式二:
[0027]在初始情況下，設此時電網(wǎng)的電壓值為Vtl，用戶設定的空調的溫度為Ttl，其對應的溫度上、下限分別為rt和rt，滿足:
[0028]
【權利要求】
1.一種電網(wǎng)友好型空調控制器，其特征在于:包括空調控制MCU模塊(I)、電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊(2)、溫度測量模塊(3)、存儲模塊(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)檢測模塊(2 )、溫度測量模塊(3 )和電源模塊(7 )的輸出端與空調控制MCU模塊(I)電連接，存儲模塊(4)、通訊模塊(5)和顯示功能模塊(6)與空調控制MCU模塊(I)雙向電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調控制器，其特征在于:所述空調控制MCU模塊(I)采用具有16KB系統(tǒng)內存可編程flash的8位AVR微控制器Atmegal6。
3.根據(jù)權利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調控制器，其特征在于:所述電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊(2)為AD及調理電路，用于將220V交流電信號轉化為AD芯片能夠處理的5V電壓信號，實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓量的采集及處理，同時可以把不需要的干擾信號濾除，避免干擾，AD輸出的結果實時傳遞給MCU模塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調控制器，其特征在于:所述溫度測量模塊(3)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。
5.根據(jù)權利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調控制器，其特征在于:所述通訊模塊(5)為紅外學習模塊。
6.根據(jù)權利要求1所述的電網(wǎng)友好型空調控制器，其特征在于:所述顯示功能模塊(6)為觸摸屏MT6050i。
7.一種應用于權利要求1至6所述的電網(wǎng)友好型空調控制器的空調控制方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:電網(wǎng)參數(shù)檢測模塊(2)按照一定的周期實時檢測當前的電網(wǎng)電壓； 步驟二:當電網(wǎng)電壓水平達到空調的響應閾值時，空調控制MCU模塊(I)按照存儲模塊(4)中儲存的工作模式使空調調整其自身運行參數(shù)； 步驟三:當電網(wǎng)電壓水平狀況達到空調的恢復閾值時，空調控制MCU模塊(I)使空調恢復至原來運行狀態(tài)； 步驟四:當被切斷的空調經(jīng)過一段時間再次處于溫度控制的邊緣時，空調將不考慮電網(wǎng)的運行狀態(tài)而自動開啟；自動開啟后的一段時間內，不論電網(wǎng)電壓狀態(tài)如何，將不允許空調關閉。
8.根據(jù)權利要求7所述的空調控制方法，其特征在于:所述的存儲模塊(4)中儲存的工作模式為以下兩種: 工作模式一: 當電網(wǎng)電壓偏離正常值且滿足且在O?為常數(shù))的時間段內一直滿足 則空調設備自動停止運行；當檢測到電網(wǎng)電壓恢復并滿足，且在(/?為常數(shù))的時間段內一直滿足則空調設備自動重新啟動；其中^為電壓響應閾值，Von為電壓恢復閾值，T為電壓檢測周期； 工作模式二: 在初始情況下，設此時電網(wǎng)的電壓值為匕，用戶設定的空調的溫度為/；，其對應的溫度上、下限分別為和:T1Twrf，滿足:
9.根據(jù)權利要求8所述的空調控制方法，其特征在于:所述電壓響應閾值K,和電壓恢復閾值 Von 隨機化處理，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)權利要求8所述的空調控制方法，其特征在于:所述電壓響應閾值Voff為0.93匕，所述電壓恢復閾值Von為0.954，電壓檢測周期r為ls，ffi和/7分別為f 10。
【文檔編號】F24F11/00GK104019519SQ201410208090
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權日:2014年5月16日
【發(fā)明者】曹小明, 張志丹 申請人:湖南智仁科技有限公司