面向能源互聯(lián)網(wǎng)的直接負(fù)荷控制模型與仿真研究.pdf

1、隨著化石能源的逐漸枯竭，能源危機與環(huán)境問題之間的矛盾越來越尖銳，且伴隨風(fēng)電、光伏等清潔能源的裝機容量逐年增加，未來能源結(jié)構(gòu)必將以清潔電力能源為主導(dǎo)，并逐步取代化石能源。以風(fēng)電為代表的清潔電力能源因其固有的隨機性與不確定性，使電網(wǎng)應(yīng)對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)時的消納任務(wù)異常困難，為有效消納風(fēng)電出力，業(yè)界提出了能源互聯(lián)網(wǎng)概念，在其框架下清潔能源并網(wǎng)、儲能、能量的調(diào)配與輸送問題都能得到有效解決。
　　本文在能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架下，以風(fēng)電清潔能源消納為切

2、入點，系統(tǒng)研究了激勵型需求響應(yīng)直接負(fù)荷控制的模型與仿真技術(shù)，可概括為考慮了用戶熱舒適水平與反彈負(fù)荷削減的直接負(fù)荷控制的策略、適應(yīng)風(fēng)電消納的直接負(fù)荷控制模型與仿真技術(shù)，并深入挖掘需求側(cè)空調(diào)負(fù)荷資源參與直接負(fù)荷控制體現(xiàn)出的虛擬儲能潛力，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)為提高用戶在直接負(fù)荷控制項目的參與程度，削減反彈負(fù)荷效應(yīng)對直接負(fù)荷控制項目實施效果的影響，本文研究了考慮用戶熱舒適水平和反彈負(fù)荷削減的中央空調(diào)直接負(fù)荷控制策略。分析影響中央

3、空調(diào)負(fù)荷用戶熱舒適水平的因素及反彈負(fù)荷產(chǎn)生相關(guān)因素，采用熱焓理論將表征熱舒適水平的有效溫度解耦成為潛熱與顯熱兩個變量，通過模糊控制理論將兩個變量模糊化后，給出了基于最小熱焓估計(least enthalpy estimation，LEE)的模糊熱舒適水平控制算法的DLC(direct load control，DLC)決策，分析不同關(guān)斷時長對用戶熱舒適水平和對反彈負(fù)荷的削減的影響。最后，通過仿真驗證所提方法能夠有效削減反彈負(fù)荷，使用戶熱

4、舒適水平保持在80％以上，并實現(xiàn)了25％-35％的節(jié)能效果。
　　(2)為應(yīng)對配網(wǎng)清潔能源的消納任務(wù)，本文研究了配電網(wǎng)中基于直接負(fù)荷控制技術(shù)，通過改變集中式熱力學(xué)可控負(fù)荷的設(shè)定溫度來調(diào)整負(fù)荷曲線的跟蹤控制方法。建立基于雙耦合偏微分方程組的熱力學(xué)可控負(fù)荷動態(tài)模型，采用有限差分方法將其近似為面向控制的有限維狀態(tài)空間模型。提出以功率差值為跟蹤誤差的適應(yīng)出力不確定性的風(fēng)電清潔能源的滑模控制策略，控制策略的收斂性采用經(jīng)典的李亞普諾夫穩(wěn)定理論

5、驗證。以夏季1000個空調(diào)負(fù)荷制冷為背景仿真驗證所提方法是否有效，通過功率跟蹤誤差分析的仿真結(jié)果驗證了本文研究內(nèi)容能實現(xiàn)跟蹤風(fēng)電功率消納目標(biāo)，設(shè)定溫度變化的仿真結(jié)果表明溫度變化范圍的用戶可接受百分比達(dá)到90％以上。本文研究內(nèi)容為能源互聯(lián)網(wǎng)背景下需求響應(yīng)資源應(yīng)用于清潔能源消納的提供新的方法。
　　(3)為進(jìn)一步深入挖掘空調(diào)負(fù)荷直接負(fù)荷控制的虛擬儲能潛力，本文研究了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，基于直接負(fù)荷控制的集群空調(diào)負(fù)荷在風(fēng)電消納中體現(xiàn)的虛擬

6、儲能特性和相應(yīng)儲能容量的計算方法。采用蒙特卡洛模擬方法驗證集群空調(diào)負(fù)荷通過改變設(shè)定溫度體現(xiàn)出的儲能特性并計算其儲能容量;基于集群空調(diào)負(fù)荷的雙耦合線性偏微分方程組建立其狀態(tài)空間模型，并以此提出滑模面為風(fēng)電-儲能-集群空調(diào)負(fù)荷聯(lián)合系統(tǒng)出力的滑動模塊變結(jié)構(gòu)跟蹤控制策略，通過仿真驗證其實現(xiàn)聯(lián)合出力的平滑輸出的可行性;仿真改變設(shè)定溫度時，集群空調(diào)負(fù)荷在消納實地風(fēng)電場輸出功率的同時，能夠控制設(shè)定溫度變化在1℃內(nèi)，并計算此場景下儲能容量達(dá)到90MWh

7、以上。本文研究內(nèi)容可為能源互聯(lián)網(wǎng)中能量合理調(diào)配、減少儲能配置方面提供新的技術(shù)途徑。
　　(4)為實現(xiàn)配網(wǎng)中通過電動汽車協(xié)調(diào)控制消納清潔能源目的，本文研究了配電網(wǎng)中集群電動汽車動態(tài)充電負(fù)荷直接負(fù)荷控制消納不確定性清潔能源的模型和控制方法。假設(shè)調(diào)度機構(gòu)可通過統(tǒng)一的無線控制信號，在線直接控制電動汽車充電負(fù)荷功率用以實時消納風(fēng)電出力?；诿嫦蜇?fù)荷傳輸?shù)姆椒?，建立基于偏微分方程的集群電動汽車充電?fù)荷動態(tài)模型，采用實際居民出行數(shù)據(jù)代入仿真模型