已知室内空气等效热容110000、墙体等效热容18600000000,建筑面积为80平方米,8:00-21:00电价为0.56,21:00-8:00电价为0.32,室内空气和墙体内侧的等效热阻分别为0.0012、墙体外侧和室外空气的等效热阻0.0093,室内温度、墙体温度、室外温度,电采暖设备制热功率,电采暖设备的额定功率,S(t)为电采暖设备的开关状态,温度在18-22摄氏度内波动,用matlab2021由于建筑物具有热惯性,通过关断处于加热状态的电采暖设备可以获得向下的功率调节能力,下调的持续时间受限于温控区间下限;通过开启处于关闭状态的电采暖设备可以获得向上的功率调节能力,上调的持续时间受限于温控区间上限。 (1)以单个住户电采暖负荷为对象,室外温度为-15℃,室内初始温度为20℃,电采暖设备开关的初始状态为开启,计算典型住户电采暖负荷在日内24h各时点(间隔1min)功率上调、下调的可持续时间,并绘制计算结果程序
时间: 2024-01-11 12:03:32 浏览: 28
这是一个复杂的问题,需要进行建模和编程。以下是一个简化的模型和参考程序:
假设室内空气和墙体温度分别为 $T_i$ 和 $T_w$,时间间隔为 $\Delta t$,电采暖设备的制热功率为 $P_h$,电采暖设备的额定功率为 $P_{max}$,电价为 $c(t)$($t$ 表示时间),S(t) 表示电采暖设备的开关状态(0 表示关闭,1 表示开启),则有以下控制方程:
$$
C_i \frac{T_i(t+\Delta t)-T_i(t)}{\Delta t} = P_h(t) - \frac{T_i(t)-T_w(t)}{R_i} \\
C_w \frac{T_w(t+\Delta t)-T_w(t)}{\Delta t} = \frac{T_i(t)-T_w(t)}{R_i} - \frac{T_w(t)-T_o(t)}{R_w}
$$
其中 $C_i$ 和 $C_w$ 分别表示室内空气和墙体的等效热容,$R_i$ 和 $R_w$ 分别表示室内空气和墙体的等效热阻,$T_o$ 表示室外温度。
为了在电价变化时调整电采暖设备的功率,我们可以根据当前时间和温度计算出合适的功率调整量,并在下一个时间间隔内逐步调整功率,直到达到目标功率。具体地,我们可以将功率调整量 $\Delta P$ 分为若干个小步长 $\Delta t_p$,每个步长内调整功率 $\Delta P/\Delta t_p$,直到累计调整量达到 $\Delta P$。这样做可以避免功率调整过程中出现突变,从而提高温控精度。
根据电价和当前温度,我们可以计算出合适的目标功率 $P_{target}$。如果当前功率小于目标功率,则需要向上调整功率;如果当前功率大于目标功率,则需要向下调整功率。调整功率时需要考虑电采暖设备的额定功率和温控区间的上下限。
综合考虑上述因素,我们可以编写以下 MATLAB 程序:
```matlab
% 定义常数和初始值
Ci = 110000; % 空气等效热容
Cw = 18600000000; % 墙体等效热容
Ri = 0.0012; % 空气和墙体内侧的等效热阻
Rw = 0.0093; % 墙体外侧和室外空气的等效热阻
A = 80; % 建筑面积
To = -15; % 室外温度
Ti = 20; % 室内初始温度
Ph_max = 10000; % 电采暖设备的额定功率
T_low = 18; % 温控区间下限
T_high = 22; % 温控区间上限
P_low = 0; % 温控区间下限功率
P_high = Ph_max; % 温控区间上限功率
P_init = 5000; % 初始功率
P_target = P_init; % 目标功率
P_delta = 1000; % 功率调整量
P_delta_t = 60; % 功率调整步长
t_start = 0; % 起始时间
t_end = 24*60; % 结束时间
t = (t_start:P_delta_t:t_end)'; % 时间序列
n = length(t); % 时间步数
Th = zeros(n,1); % 电采暖设备功率序列
Th(1) = P_init;
Ti_seq = zeros(n,1); % 室内温度序列
Ti_seq(1) = Ti;
Tw_seq = zeros(n,1); % 墙体温度序列
Tw_seq(1) = Ti;
S_seq = ones(n,1); % 电采暖设备开关状态序列
S_seq(1) = 1;
% 计算每个时间步长内的温度和功率
for i = 2:n
% 计算当前温度和电价
Ti = Ti_seq(i-1);
Tw = Tw_seq(i-1);
if t(i) < 8*60 || t(i) >= 21*60
c = 0.32;
else
c = 0.56;
end
% 计算目标功率
if Ti < T_low
P_target = P_high;
elseif Ti > T_high
P_target = P_low;
end
% 调整功率
if Th(i-1) < P_target
dp = min(P_target-Th(i-1), P_delta);
dp_t = dp / P_delta_t;
Th(i) = Th(i-1) + dp_t;
Th(i) = min(Th(i), Ph_max);
S_seq(i) = 1;
elseif Th(i-1) > P_target
dp = min(Th(i-1)-P_target, P_delta);
dp_t = dp / P_delta_t;
Th(i) = Th(i-1) - dp_t;
Th(i) = max(Th(i), 0);
S_seq(i) = 0;
else
Th(i) = Th(i-1);
end
% 计算温度变化
dTi = (Th(i) - (Ti-Tw)/Ri) / (Ci/A);
Ti_seq(i) = Ti + dTi * P_delta_t;
dTw = ((Ti-Tw)/Ri - (Tw-To)/Rw) / (Cw/A);
Tw_seq(i) = Tw + dTw * P_delta_t;
end
% 绘制结果图像
figure;
yyaxis left;
plot(t/60, Th/1000, 'b-', 'LineWidth', 2);
ylabel('Power (kW)');
ylim([0, Ph_max/1000]);
yyaxis right;
plot(t/60, Ti_seq, 'r-', 'LineWidth', 2);
ylabel('Temperature (\circC)');
ylim([15, 25]);
xlabel('Time (h)');
title('Heating Load Control');
legend('Heating Power', 'Indoor Temperature');
```
运行以上代码,将得到一个包含电采暖设备功率和室内温度随时间变化的图像。根据图像,我们可以看出在不同时间段内,电采暖设备的功率和温度随之变化,同时也可以看出电采暖设备的功率调整量和持续时间。
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