Optimization Method for Electrical Water Heaters Considering Shifting Potentials of Electricity Consumption and Water-use Activities

Electrical water heaters(EWHs)are important can-didates to provide demand-response services.The traditional optimization method for EWHs focuses on the optimization of the electricity consumption,without considering the shifting potential of the wateruse activities.This paper proposes an optimization method for EWHs considering the shifting potentials of both the electricity consumption and wateruse activities.Con-sidering that the wateruse activities could be monolithically shifted,the shifting model of the water-use activities was developed.In addition to the thermodynamic model of the EWH,the optimal scheduling model of the EWH was developed and solved using mixed-integer linear programming.Case studies were performed on a single EWH and aggregate EWHs,demon-strating that the proposed method can shift the water-use activities and therefore increase the load-shifting potential of the EWHs.

Accommodation of curtailed wind power by electric water heaters based on a new hybrid prediction approach

Wind power curtailment is of great importance with the increase of large-scale wind power connected to the grid. A new concept of redundant wind power accommodated by dispatching electric water heaters(EWHs) is developed in the paper. Precise predictions of wind power and EWHs load power are the basis for this work. A hybrid multi-kernel prediction approach integrating an adaptive fruit fly optimization algorithm(AFOA)and multi-kernel relevance vector machine(MKRVM) is proposed to deal with the sample distribution of multisource heterogeneous features uncovered by an energy entropy method, where AFOA is used to determine the kernel parameters in MKRVM adaptively and avoid the arbitrariness. For the large computation of the prediction approach, parallel computation based on the Hadoop cluster is used to accelerate the calculation. Then, an economic dispatching model for accommodating wind power is built taking into account the penalty of curtailed wind power and the operation cost of EWHs. The proposedscheme is implemented in an intelligent residential district.The results show that the optimization performance of the hybrid prediction approach is superior to those of four usual optimization algorithms in this case. Regular or orderly scheduling of EWHs enables accommodation of superfluous wind power and reduces dispatch cost.

Multi-objective optimization for electric water heater using mixed integer linear programming

Due to the capacity of thermal storage,electric water heater(EWH)is one of the best candidates for demand response programs.However,few attentions are given to the modeling and optimization of EWHs with thermostatically-controlled automatic water mixer(TCAWM).In this paper,differential thermodynamic model is established for EWHs with TCAWM and a piecewise linear approximation method is performed for the nonlinear thermodynamic model.The multi-objective optimization model is established by introducing an index reflecting the comfort degree of users,so that the optimal energy usage of the EWH can be obtained by mixed integer linear programming.Testing examples verify the effectiveness of the proposed method.

MPC-based interval number optimization for electric water heater scheduling in uncertain environments

In this paper,interval number optimization and model predictive control are proposed to handle the uncertain-but-bounded parameters in electric water heater load scheduling.First of all,interval numbers are used to describe uncertain parameters including hot water demand,ambient temperature,and real-time price of electricity.Moreover,the traditional thermal dynamic model of electric water heater is transformed into an interval number model,based on which,the day-ahead load scheduling problem with uncertain parameters is formulated,and solved by interval number optimization.Different tolerance degrees for constraint violation and temperature preferences are also discussed for giving consumers more choices.Furthermore,the model predictive control which incorporates both forecasts and newly updated information is utilized to make and execute electric water heater load schedules on a rolling basis throughout the day.Simulation results demonstrate that interval number optimization either in day-ahead optimization or model predictive control format is robust to the uncertain hot water demand,ambient temperature,and real-time price of electricity,enabling customers to flexibly adjust electric water heater control strategy.

面向新型电力负荷管理的混杂负荷集群协同管控

针对新型电力负荷管理中负荷协同控制问题,提出了面向新型电力负荷管理的混杂集群协同管控方法。以空调和电热水器混杂负荷集群为控制对象,分析了空调和电热水器负荷的物理和响应特性,分别建立了适用于空调和电热水器的聚合控制模型。基于空调和电热水器负荷的聚合响应特性,利用电热水器负荷和空调负荷响应特性上的优势和互补特性,构建了空调集群和电热水器集群的协同管控模型,控制大量负荷输出稳定响应。最后,设置不同的清洁能源发电场景,基于上述算法对清洁能源出力进行跟踪仿真,结果表明所提负荷集群协同算法在不同场景下的跟踪误差都控制在±0.04%之内,验证了该算法的有效性。

基于用户使用电热水器行为习惯的用水时段划分方法

提出一种电热水器用水时段的划分方法。首先,以用水时段控制电热水器的方式,构建出对应控制方法的能耗模型。其次,为尽量满足用户需求,保障必要的用水并尽量降低非用水时段的保温能耗,构建一个以概率阈值为自变量的用户耗电量目标函数。再次,使用粒子群优化算法求解目标函数得出满足用户需求的概率阈值。最后,使用最佳概率阈值反向推导得出用户的用水时段和非用水时段的划分区间。基于改进后的用水时段划分结果设计出了新的热水器保温算法,该算法的实际应用可在不影响用户用水体验的基础上节省大量电能。

几种家用大功率负荷精细化建模研究

该文基于家用负荷的物理模型、用户的使用习惯和用户的舒适度要求,提出了家用大功率负荷的精细化建模方法,该方法可应用于家庭能量管理系统,具有良好的应用前景。首先,建立考虑电热水器负荷的精细化热力学动态模型,考虑气温、墙体等因素的空调房间的精细化热力学动态模型和电动汽车负荷的精细化储能模型;然后,建立这三种负荷的精细化控制模型,通过自定义家庭算例将不同个性化的精细化参数模型对比分析。MATLAB仿真结果表明,该文建立的精细化动态模型能够准确描述用户的用电规律,对用户积极参与到电力系统需求响应中去起到促进作用。

用户行为识别和预测算法技术研究综述

随着智能家居设备的广泛应用,用户在日常操作中积累了大量数据,然而这些数据在过去并未得到充分应用。如今,借助大数据和机器学习技术的突飞猛进,这些数据的潜力得以充分挖掘。本文深入探讨了用户行为识别和预测的现有技术分类,并特别选取了电热水器用户的用水行为作为研究切入点。通过这一具体案例,本文深入浅出地介绍了个性化服务与智能管理的研究步骤——如何从海量数据中提取有价值的信息,并应用到实际场景中。

不同防腐蚀方案下电热水器镁棒消耗速度的对比分析

本文通过对电子阳极加镁棒与单镁棒这两种不同的电热水器内胆防腐蚀技术方案下镁棒消耗速度对比试验验证,成功模拟出电热水器内胆的电化学腐蚀过程以及不同防腐蚀方案下镁棒消耗速度的差异,充分体现出内胆防腐蚀技术方案选择的重要性。另外,不同防腐蚀方案下镁棒消耗速度的结果对比也确立了电子阳极的防腐效果明显优于普通镁棒,考虑到电子阳极需要持续供电以及镁棒容易消耗的特点,电子阳极和普通镁棒的组合应用方式为最佳防腐蚀技术方案。

真空保温技术在电热水器上的应用研究

本文通过对多种不同电热水器保温技术方案下整机表面红外测温以及能效检测对比试验验证,可以很好的模拟出真空绝热板隔热性能的优势,充分体现出真空绝热板保温技术方案的保温有效性和可操作性。另外,通过24h固有能耗系数的能效检测对比试验结果能够得出隐藏式挂架结构的保温效果明显优于外置式挂架结构方案,综合考虑能效、外观以及成本等性价比因素,真空绝热板和隐藏式挂架结构的组合应用方式为最佳保温技术方案。

面向需求响应控制的家用电热水器建模和控制策略评估

家用电热水器用电量大、储热性好,是电力系统重要的需求响应资源。利用智能电网先进的通信和控制设施,该文旨在建立描述家用电热水器详细热动态的单体和聚合模型,并基于所建模型进行需求响应控制,通过削峰填谷实现提高电力系统建设和运行经济性的目的。首先用指数模型对典型热水器的热力学动态进行建模,进而构建热水器负荷聚合模型。基于此模型,讨论其各种因素和参数对整体热水器群体特性的影响,对其调节能力进行评估。在此基础上,设计并评估了3种热水器负荷控制策略,并分析了各自的特点。仿真结果表明,相关控制策略能削峰填谷,提高电网的负荷率,改善电力系统的经济性。

基于NILE算法量化热水器参与需求响应的灵活性

居民电热水器(EWH)因其功耗与日负荷模式高度相关且占家庭负荷比重高等特点,在需求响应(DR)市场中极具潜力。识别住宅侧EWH集群的负荷模式及量化其参与DR的灵活性有助于电网运营商制定合理的调控策略。首先,对居民EWH不同时间类型下的负荷模式(用电事件的起止时间和用电时长)建立了概率统计模型。然后,提出了一种基于负荷印记和功率块极值的无训练过程的非侵入式负荷提取(NILE)算法,其可自动分离不同额定功率的EWH负荷。最后,建立了电价激励的DR模型以优化EWH的负荷模式,根据其在优化前后使用行为的变化情况量化其灵活性。此外,在真实数据集上验证了所提算法的有效性,并基于分离的负荷数据在不同情况下量化了EWH集群参与DR的灵活性。

基于PID算法的家用电热水器恒温控制系统设计

采用AT89C51单片机作为控制核心,将增量式PID算法和PWM脉宽调制技术相结合,通过光藕控制双向晶闸管导通角的大小实现热水器的恒温控制。解决了传统的电热水器用冷热水闸门调节温度出现的温度不稳定,不易调节的缺点。

面向新能源消纳的需求侧聚合负荷协同控制

能源互联网实现了新能源发电资源大规模接入电网,但高比例间歇性新能源发电资源的接入可能引起电网的供需不平衡。针对高比例间歇性新能源渗透下引起的电网供需不平衡问题,以聚合热水器负荷为例,提出了一种需求侧聚合负荷系统的协同控制策略,以消纳电网多余的新能源发电,实现电网的供需平衡调节。首先介绍了聚合热水器负荷消纳新能源的系统架构,其次介绍了该架构下负荷聚合系统中热水器负荷的信息控制模型及采用的温度设置值控制原理,最后提出了包含状态感知、实时分析、科学决策、精准执行4个环节的聚合负荷系统控制策略实现架构,并设计了该实现架构下的状态感知逻辑、实时分析逻辑、科学决策逻辑和精准执行逻辑。通过算例分析和对比,仿真结果表明了所提出的聚合热水器负荷协同控制策略的有效性和优势。

空气源热泵蓄热系统形式及研究进展

蓄热技术与空气源热泵的结合可以提供空气源热泵除霜的热量来源,弥补空气源热泵制热量随着室外空气参数变化的波动,解决供需矛盾,并起到电力的移峰填谷作用。本文综述了蓄热技术在空气源热泵中的应用范围,介绍了空气源热泵的蓄热除霜系统,空气源热泵在供热调节和电力调峰方面的作用,以及作为热泵热水器在供热水方面的应用,认为未来空气源热泵蓄热系统将在除霜、供热、热水器以及电力调峰方面发挥更大的作用,指出对于蓄热材料的选择和用量、蓄热罐的选型和容积等问题是未来的研究方向。

典型家用大功率负载精细化建模及能量管理策略

基于负载本体物理模型和表达用户主观使用意愿的控制模型,提出了三种居民侧典型大功率可控负载(暖通空调系统、电热水器和电动汽车充电负荷)的精细化建模方法。首先,对自定义家庭算例进行仿真,详细分析了各项技术参数的精细化定义及非典型用电过程对负载用电效果的影响。然后,建立了以优化用电成本为目标的能量管理策略优化模型。该研究得到了用户个性化用电环境及主观用电理念能够反映至精细化模型并显著影响智能化家庭能量管理系统负载优化控制策略的结论。

智能型电热水器的控制系统设计

利用PIC16C72单片机实现了对智能型电热水器的控制 其主要控制功能除了通常的控制加热和保护外 ,还具有较强的智能 ,包括根据用户设定的温度自动调节冷热水的混水比例 ,给出恒定温度的出水等 同时介绍了系统的结构。

新型恒温即热式电热水器控制系统的研究与开发

以AT8 9C5 2单片机为核心研制出功能较为完善的即热式电热水器控制系统 ,该控制系统除了通常的控制加热和保护外 ,还具有较强的智能 ,包括根据用户设定的温度自动控制加热管的工作 ,给出恒定温度的出水以及漏电保护、相零检测和超温保护等功能。本文重点阐述了系统的工作原理、硬件构成、各部分的主要功能以及软件的结构和实现。

面向新能源消纳的热水器集群精细化均衡控制

针对新能源发电并网对电网可能造成的冲击,提出面向新能源消纳的热水器集群精细化均衡控制策略。相比于现有普遍研究的、对单台热水器只能实现开和关2种控制状态的控制方法,所提控制策略通过温度设置值和多级功率联合优化,并利用遗传算法,不仅考虑了单台热水器的开、关状态,更精确至单台热水器运行功率级的选择。所提方法在保障电网侧消纳任务完成情况的同时,综合考虑用户侧热水器的温度,实现了两者的双赢。仿真实验结果证明了所提控制策略可实现精准负荷调控,同时使热水器响应更加均衡。

电热水器负荷参与电力系统调频响应过程分析

为研究电热水器负荷参与电力系统一次、二次调频时的响应过程,探究电热水器负荷作为调频备用时与传统发电侧一次、二次调频备用的关系,提出电热水器负荷温度设定点随频率偏差成正比例变化的控制策略,在MATALABSimulink中构建包含电热水器聚合负荷的电力系统频率响应模型并进行仿真。仿真结果表明:电热水器负荷可在频率事故发生初期快速响应,有效降低频率偏差,缩短频率恢复时间,并能在发电侧一次、二次调频备用响应后恢复初始运行状态,展现出电热水器负荷作为负荷侧调频备用的优势。