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Un análisis de pensamiento de preguntas.
Pregunta 1: 1 Análisis del comportamiento del consumo de energía de la carga de calefacción eléctrica doméstica típica
(1) Bajo las restricciones del intervalo de control de temperatura, analice el comportamiento de la solución de estado estacionario de la ecuación diferencial en un proceso de cambio de temperatura ambiente típico, incluida la potencia de calefacción P calor ( t ) , la temperatura interior q en ( t ) y temperatura de la pared q pared ( t ) cambie las características y analice la influencia de los parámetros del modelo en la ley de cambio de la solución de estado estacionario.
Para esta pregunta, necesitamos establecer un modelo físico de ecuación diferencial que describa la relación entre el equipo de calefacción eléctrica y la temperatura interior. Los modelos basados en la termodinámica y las ecuaciones de transferencia de calor suelen estar disponibles para describir cómo un dispositivo convierte la energía eléctrica en calor y cómo ese calor se propaga y afecta la temperatura ambiente.
Entonces, la solución de estado estacionario de esta ecuación diferencial necesita ser resuelta. Esto generalmente se puede lograr estableciendo el término derivado en cero y luego resolviendo la ecuación algebraica resultante. Esto puede requerir el uso de métodos numéricos como el método de Newton o la bisección.
(2) La temperatura interior inicial es de 20 ° C. Bajo la temperatura exterior indicada en la Tabla 1, calcule y dibuje el cambio de temperatura interior y la correspondiente curva de estado del interruptor del equipo de calefacción eléctrica durante las 24 horas del día, y complete la Tabla 1 con estadísticas cantidades características relacionadas , y Analizar la influencia de la temperatura exterior en las características de funcionamiento y el consumo de energía del equipo de calefacción eléctrica.
Para este problema necesitamos utilizar métodos de simulación numérica. Se puede utilizar un método de diferencias finitas o un método de elementos finitos para simular la variación de la temperatura interior durante un día. El proceso de cálculo requiere el uso de un enfoque iterativo, y cada iteración requiere actualizar la temperatura y verificar si se cumplen las restricciones de temperatura.
Las cantidades características relacionadas estadísticamente (como el tiempo de calentamiento, el tiempo de enfriamiento, el período, el ciclo de trabajo, etc.) suelen ser un paso posterior al procesamiento de los resultados de la simulación. Es posible que sea necesario calcular estas cantidades de características en función del estado de funcionamiento del equipo de calefacción eléctrica y los datos históricos de la temperatura interior.
(3) Suponiendo que el período de calefacción es de 180 días y que la temperatura exterior promedio y la duración se muestran en la Tabla 2 , intente calcular el consumo de electricidad y el costo de electricidad de los hogares típicos durante el período de calefacción y complete la Tabla 2.
La simulación en el problema (2) anterior se puede extender a todo el período de calefacción, dada la temperatura exterior y la duración de los días en la Tabla 2 . Debe simular el cambio de temperatura todos los días y luego calcular el consumo total de electricidad y el costo de electricidad de acuerdo con el estado de funcionamiento del equipo.
Pregunta 2: Análisis de la capacidad de las cargas típicas de calefacción eléctrica doméstica para participar en la regulación de energía
Debido a la inercia térmica del edificio, la capacidad de ajuste de potencia hacia abajo se puede obtener apagando el equipo de calefacción eléctrica en estado de calefacción, y la duración del ajuste hacia abajo está limitada por el límite inferior del rango de control de temperatura; el ajuste hacia arriba el ajuste se puede obtener encendiendo el equipo de calefacción eléctrica en el estado apagado.La capacidad de ajuste de potencia del dispositivo, la duración del aumento está limitada por el límite superior del rango de control de temperatura.
Necesitamos entender y explotar la inercia térmica de los edificios. La inercia térmica es una propiedad de un edificio que le permite mantener una temperatura estable durante un período de tiempo, incluso si cambia la temperatura del ambiente externo. En este problema, debemos considerar el estado de funcionamiento del equipo de calefacción eléctrica (encendido o apagado) y los límites superior e inferior del intervalo de control de temperatura.
- Tomando como objeto la carga de calefacción eléctrica de un solo hogar, la temperatura exterior es de -15 °C, la temperatura interior inicial es de 20 °C y el estado inicial del interruptor del equipo de calefacción eléctrica está encendido, calcule la potencia de la electricidad. carga de calefacción de un hogar típico en cada punto de tiempo (intervalo de 1 min) en 24 horas al día Regulación ascendente, duración de la regulación descendente y representación gráfica de los resultados calculados.
La solución a este problema es construir un modelo de serie temporal, que se utiliza para registrar el estado de conmutación de los equipos de calefacción eléctrica, la temperatura interior y la temperatura exterior, y actualizarlo a intervalos de 1 minuto. Las condiciones iniciales del modelo son que la temperatura exterior es de -15 °C, la temperatura interior inicial es de 20 °C y el estado inicial del equipo de calefacción eléctrica está encendido.
Necesitamos ejecutar el modelo durante 24 horas y registrar cada minuto. Para cada actualización, es necesario calcular la potencia actual (según el estado del dispositivo y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior) y el tiempo que el dispositivo puede continuar aumentando o disminuyendo la potencia bajo las restricciones del intervalo de control de temperatura.
Finalmente, se realiza una visualización de los datos para mostrar visualmente la duración del encendido y apagado en cada momento del día.
- (2) Para las diferentes temperaturas exteriores indicadas en la Tabla 1, calcule el tiempo sostenible de subida y bajada de potencia de la carga de calefacción eléctrica y analice la influencia de las diferentes temperaturas exteriores en las características de subida y bajada de potencia.
La solución a este problema es similar a la anterior, pero debe realizar los cálculos por separado para cada temperatura exterior que se indica en la Tabla 1. Esto significa que debe ejecutar el modelo una vez para cada temperatura exterior y registrar y trazar los resultados.
Al analizar estos resultados, puede observar y comparar el cambio en la duración de encendido y apagado del dispositivo de calefacción eléctrica a diferentes temperaturas exteriores, para comprender el efecto de la temperatura exterior en la capacidad de regulación de potencia del calentador eléctrico. dispositivo de calentamiento.
Tenga en cuenta que el análisis anterior asume que otras condiciones (como la temperatura inicial de la habitación y el estado inicial del equipo) son fijas. En situaciones reales, estas condiciones pueden variar y pueden requerirse simulaciones y análisis más complejos.
Pregunta 3: Análisis de la capacidad de regulación de múltiples cargas de calefacción eléctrica
Tomando como ejemplo 6 hogares con calefacción eléctrica (números de serie 1-6), suponiendo que la temperatura exterior es de -20 °C y la temperatura interior inicial se distribuye uniformemente dentro del rango de control de temperatura, seleccione un conjunto de estados iniciales de la calefacción eléctrica interruptores de equipo:
(1) Calcule el cambio de temperatura interior de 24 horas y el estado de conmutación del equipo de calefacción eléctrica para 6 hogares durante el consumo de energía normal y dibuje la curva de consumo de energía total de 6 hogares.
Necesitamos inicializar el estado de cada residente, incluida la temperatura interior y el estado de encendido/apagado del equipo de calefacción eléctrica. Luego, dada la temperatura exterior y el estado de cada residente, puede usar su modelo para predecir su demanda de electricidad y la temperatura interior.
A partir de estos datos, podemos dibujar una curva de demanda eléctrica para cada hogar, representando su demanda eléctrica en cada momento del día. Estas curvas se pueden sumar para obtener la curva de demanda total de electricidad para todos los hogares.
(2) Con base en las curvas de consumo de energía total mencionadas anteriormente de los 6 hogares, calcule y dibuje la cantidad de equipos de calefacción eléctrica que se pueden ajustar hacia arriba y hacia abajo en cada punto de tiempo (intervalo de 1 min) dentro de las 24 horas del día y la potencia total que se puede ajustar hacia arriba y hacia abajo en cada punto de tiempo.
Basándonos en la demanda de energía y los datos de temperatura interior que hemos calculado, podemos calcular la potencia que el equipo de calefacción eléctrica de cada hogar puede ajustar hacia arriba y hacia abajo en cada momento. Luego, podemos dibujar un gráfico para cada punto de tiempo, mostrando los números de serie de los dispositivos de calefacción eléctrica que pueden participar en la regulación y su potencia total ajustable.
(3) Bajo las temperaturas exteriores dadas en la Tabla 1 , vuelva a analizar las preguntas (1) y (2), y analice la influencia de diferentes temperaturas exteriores en la capacidad ajustable del equipo de calefacción eléctrica.
Para cada temperatura exterior dada en la Tabla 1, puede repetir los pasos anteriores. Luego, puede analizar y comparar la capacidad de regulación del equipo de calefacción eléctrica a diferentes temperaturas exteriores, para comprender el efecto de la temperatura exterior en la capacidad de regulación del equipo de calefacción eléctrica.
El proceso de cálculo anterior implicará cálculos y simulaciones complejos, y puede requerir software y algoritmos especializados. Los métodos de cálculo y los resultados específicos dependen de sus necesidades y datos específicos, así como del modelo matemático y el algoritmo que elija.
Pregunta 4: Análisis de la capacidad de la carga de calefacción eléctrica en áreas residenciales para participar en la regulación de la red eléctrica
Tomando 600 hogares en el área residencial de calefacción eléctrica como objeto de análisis, suponiendo que la temperatura interior inicial de cada hogar se distribuye uniformemente en el intervalo de control de temperatura, bajo la temperatura exterior promedio que se muestra en la Tabla 1, seleccione un grupo de estados iniciales del interruptor del equipo de calefacción eléctrica, calcule la temperatura interior y el estado del interruptor del equipo de calefacción eléctrica en cada punto de tiempo de 24 horas en un día, y dibuje la curva de consumo de energía total del equipo de calefacción eléctrica en el área residencial. Con base en la curva de potencia eléctrica total mencionada anteriormente, calcule y dibuje la curva de potencia total que la carga de calefacción eléctrica del área residencial puede participar en la regulación ascendente y descendente en cada punto de tiempo durante las 24 horas del día.
Necesitamos inicializar el estado para los 600 hogares. Esto incluye la temperatura interior (supuestamente distribuida uniformemente durante el intervalo de control de temperatura) y el estado inicial de encendido y apagado del equipo de calefacción eléctrica.
Con base en la temperatura exterior dada y el estado inicial de cada hogar en la Tabla 1, podemos usar un modelo físico o estadístico adecuado para predecir la demanda de electricidad y la temperatura interior de cada hogar. Con base en la demanda de electricidad de cada hogar, podemos calcular la demanda de electricidad total para toda el área residencial y dibujar una curva que represente la demanda de electricidad total en cada momento del día. Según la demanda de energía y la temperatura interior de cada residente, podemos calcular la energía disponible para escalar hacia arriba y hacia abajo en cada momento y dibujar una curva que represente esa energía.
Pregunta 5: Análisis de beneficios de la carga de calefacción eléctrica en áreas residenciales que participan en la reducción de la red eléctrica y el relleno del valle
El agregador organiza 600 cargas de calefacción eléctrica en áreas residenciales para participar en la reducción de picos y el llenado de valles de la red eléctrica (consulte el Apéndice B para conocer los períodos de reducción de picos, los períodos de llenado de valles y los precios de compensación), y necesita determinar el máximo regulado valor de potencia que se puede proporcionar de forma continua durante los períodos de reducción de picos o de llenado de valles. Los resultados de encendido y apagado en cada punto de tiempo resuelto en la pregunta 4 se determinan en función del estado de conmutación del equipo de calefacción eléctrica que simplemente satisface las restricciones del intervalo de control de temperatura. La participación de la carga de calefacción eléctrica en la regulación de potencia cambiará su estado de interruptor original, lo que afecta la naturaleza variable en el tiempo de la potencia ajustable posterior.
En primer lugar, necesitamos calcular los valores máximos continuos de potencia de ajuste hacia abajo y hacia arriba que pueden proporcionar 600 cargas de calefacción eléctrica durante los períodos de reducción de picos y llenado de valles, respectivamente. Esto puede requerir el cálculo de los cambios de temperatura dentro de la casa utilizando un modelo térmico que tendrá en cuenta el estado inicial de los ocupantes, las limitaciones del intervalo de control de temperatura, el estado de conmutación del equipo de calefacción eléctrica y su impacto en la potencia ajustable posterior.
También necesitamos contar el número de equipos de calefacción eléctrica cuyos estados de encendido y apagado cambian debido a la participación en la regulación de la red. Esto implicará realizar cambios en los estados de conmutación preestablecidos del equipo de calefacción eléctrica y observar los resultados.
Es necesario verificar si la temperatura interior de todos los residentes cumple con las restricciones del intervalo de control de temperatura. Esto puede requerir simulaciones o cálculos adicionales para determinar los cambios de temperatura ambiente después de participar en la regulación de la red.
Necesitamos estimar el beneficio total de la carga de calefacción eléctrica en áreas residenciales que participan en el afeitado máximo y el relleno del valle bajo varias temperaturas exteriores. Considere el uso de programación dinámica para encontrar la estrategia de conmutación óptima para el equipo de calefacción eléctrica Esta HIA implica calcular la participación anual de la carga de calefacción eléctrica del área residencial en los beneficios de regulación ascendente y descendente de reducción de picos y llenado de valles en función del precio de compensación del servicio auxiliar , y calcular los beneficios promedio de los hogares y el porcentaje de ahorro en los costos de calefacción.
Pregunta 6: Perspectivas para las cargas con control de temperatura que participan en la regulación de la red eléctrica
(1) Con base en los resultados de los cálculos anteriores, analice el potencial de la carga de calefacción eléctrica que participa en la regulación de la red eléctrica y los posibles problemas encontrados en el área provincial con un área prospectiva de 40 millones de m 2 y brinde sugerencias y soluciones.
Posibles problemas:
Difícil de controlar: debido a la dispersión de la carga de calefacción eléctrica, la gestión y el control son difíciles. Es necesario programar la carga de calefacción eléctrica bajo la premisa de asegurar el confort térmico del usuario.
Problema de aceptación del usuario: los usuarios pueden resistirse al arranque y parada frecuentes de los equipos de calefacción eléctrica y comportamientos de programación que pueden afectar la temperatura de confort.
Soluciones y sugerencias:
Establezca un modelo de pronóstico de carga preciso para predecir cambios en la carga de calefacción eléctrica con anticipación para lograr una programación más efectiva.
Mejorar el entusiasmo de los usuarios para participar, por ejemplo, mediante el establecimiento de un mecanismo de precio de electricidad razonable, permitir que los usuarios se beneficien de participar en la regulación de la red y mejorar la aceptación de los usuarios.
(2) Las cargas de temperatura controlada en las provincias del sur son principalmente acondicionadores de aire Se analizan y pronostican las características, el potencial y los posibles problemas de las cargas de acondicionadores de aire que participan en la regulación de la red.
La carga del aire acondicionado tiene características estacionales y temporales obvias, y la carga de la red es pesada durante el período pico de verano y el período pico diurno.
El potencial de regulación de la regulación de carga es enorme. El encendido y apagado del acondicionador de aire se puede utilizar para la regulación de frecuencia y el equilibrio de carga de la red.
Posibles problemas:
El control de los equipos de aire acondicionado también es difícil y es necesario considerar la comodidad del usuario y la vida útil del equipo.
El cambio de la carga de aire acondicionado se ve muy afectado por el clima, por lo que es necesario establecer un pronóstico meteorológico preciso y un modelo de pronóstico de carga.
Soluciones y sugerencias:
Establezca pronósticos meteorológicos precisos y modelos de pronóstico de carga para programar las redes eléctricas con anticipación.
Formular políticas de precios razonables de la electricidad y mecanismos de incentivos para alentar a los usuarios a participar en la regulación de la red.
Análisis del problema B
La pregunta B es una pregunta de evaluación y la dificultad general es mucho menor que la pregunta A. Esta pregunta es principalmente para evaluar el impacto de la inteligencia artificial en el aprendizaje de los estudiantes universitarios. Primero debemos preprocesar los datos proporcionados, luego establecer indicadores de evaluación, luego construir un modelo y finalmente escribir un informe basado en los resultados del modelo y la comprensión de la inteligencia artificial. Proporcionaré algunas posibles soluciones y modelos utilizados para cada problema.
Pregunta 1: Analice y procese numéricamente los datos proporcionados en el Anexo 2, y proporcione un método de procesamiento;
Necesitamos limpiar y preprocesar los datos. Algunas preguntas se pueden convertir en variables binarias, como el género, el uso de herramientas de software de aprendizaje, etc. Para preguntas con muchas categorías, podemos realizar una codificación one-hot, como especialización, grado, personalidad, etc. Durante la duración de la navegación por Internet, podemos convertirlo en una variable numérica, lo cual es conveniente para el cálculo y análisis posteriores.
En el proceso de análisis, necesitamos utilizar métodos estadísticos descriptivos para obtener las características básicas de los datos, como la media, la mediana, la moda, la varianza, la frecuencia, etc. También podemos utilizar herramientas de visualización como diagramas de caja, histogramas, diagramas de dispersión, etc. para explorar la distribución y las relaciones de los datos.
Pregunta 2: Seleccione indicadores de evaluación basados en los resultados de su análisis de datos, discuta su racionalidad en términos de prioridad, cientificidad y operatividad, y construya un sistema de índice de evaluación;
Podemos formular los indicadores de evaluación correspondientes en función de los datos sobre la actitud y las expectativas del uso de las herramientas de IA, como la aceptación de las herramientas de IA, el grado de dependencia de las herramientas de IA y la satisfacción con las herramientas de IA. La selección de indicadores de evaluación debe basarse en razones científicas, como la mensurabilidad, comparabilidad e importancia de los indicadores en la predicción e interpretación. Al mismo tiempo, debemos considerar la operatividad de los indicadores, como si los datos son fáciles de obtener y si pueden reflejar la situación real. La construcción del sistema de indicadores debe tener en cuenta diferentes aspectos y evaluar el impacto de la IA en el aprendizaje de la manera más completa posible.
Una forma posible de establecer un sistema de índice de evaluación es utilizar el Proceso de Jerarquía Analítica (AHP). AHP se puede utilizar para determinar el peso de cada indicador para reflejar su importancia relativa.
Pregunta 3: Establezca un modelo matemático, evalúe el impacto de la inteligencia artificial en el aprendizaje de los estudiantes universitarios y brinde conclusiones claras y convincentes
Podemos considerar el uso de modelos de regresión lineal múltiple para evaluar el impacto de la IA en el aprendizaje. En este modelo, la variable de respuesta podría ser el rendimiento académico del estudiante, mientras que las variables predictoras serían el uso de inteligencia artificial y otros factores que pueden afectar el rendimiento académico (como el tiempo de estudio, el método de aprendizaje, etc.). O use modelos como árboles de decisión y redes neuronales para hacer predicciones y explicaciones .
Pregunta 4: Con base en los datos del cuestionario, combinados con su comprensión, cognición y juicio sobre la inteligencia artificial, y la perspectiva del futuro desarrollo de la inteligencia artificial, escriba un informe de análisis sobre el impacto de la inteligencia artificial en el aprendizaje de los estudiantes universitarios, que pueda incluyen pero no se limitan a efectos positivos o negativos.
El informe de análisis debe presentar primero la definición, la historia del desarrollo y la aplicación de la inteligencia artificial en el campo de la educación. Luego, debemos describir nuestros datos y métodos de análisis, incluido cómo procesamos los datos, seleccionamos los indicadores de evaluación y construimos los modelos. Haga tantas visualizaciones como sea posible y explique los resultados. Al hacerlo, debemos centrarnos en cómo nuestros modelos revelan los efectos de la IA en el aprendizaje de los estudiantes universitarios y aclarar si esos efectos son buenos o malos .
Al final del informe, brindaremos una perspectiva sobre el desarrollo futuro de la inteligencia artificial, discutiremos cómo la inteligencia artificial puede continuar afectando el aprendizaje de los estudiantes universitarios y cómo podemos usar la inteligencia artificial para mejorar los resultados del aprendizaje.