空調(diào)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)需求響應(yīng)的建模及控制策略研究.pdf

1、近年來中國(guó)裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，電力供應(yīng)總體富余，但是隨著大城市人口集聚效應(yīng)的不斷增強(qiáng)，城市核心區(qū)域的用電負(fù)荷卻在持續(xù)攀升。隨著大量新能源的接入，其反調(diào)峰特性使得峰谷差進(jìn)一步拉大，局部供需矛盾更加深化，也給地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定帶來了風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，夏季高峰時(shí)段空調(diào)負(fù)荷在全網(wǎng)中占比很高，調(diào)節(jié)潛力巨大，其具有一定的熱存儲(chǔ)能力，在小范圍內(nèi)改變運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)影響用戶的舒適度，屬于重要的需求響應(yīng)資源，而電改9號(hào)文中明確提出要積極開展電力需求側(cè)管理、實(shí)施需求響

2、應(yīng)。
　　本文以此為契機(jī)，開展空調(diào)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)需求響應(yīng)的建模及控制策略研究，分析了空調(diào)負(fù)荷的機(jī)理和影響因素，建立了地區(qū)電網(wǎng)削減空調(diào)負(fù)荷的最優(yōu)調(diào)度方案，基于此方案對(duì)于空調(diào)負(fù)荷分別進(jìn)行了分鐘級(jí)和秒級(jí)的建模，設(shè)計(jì)了閉環(huán)控制策略，并提出了針對(duì)大規(guī)?？照{(diào)負(fù)荷的分層控制架構(gòu)和分散式協(xié)同控制算法?；诒疚乃岢龅慕７椒ê烷]環(huán)控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)?？照{(diào)資源的精準(zhǔn)調(diào)控，使其既能夠參與到電力系統(tǒng)調(diào)峰中，緩解電力供需矛盾、有效降低峰荷、減小峰谷

3、差，又能夠參與到電力系統(tǒng)調(diào)頻中，減小頻率偏差、提高系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。本文為空調(diào)等柔性負(fù)荷參與電力需求響應(yīng)提供了一種新思路，主要工作包括:
　　(1)分析了空調(diào)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)需求響應(yīng)的建模方法及控制機(jī)理，研究空調(diào)負(fù)荷特性及其影響因素，選擇合適的行業(yè)進(jìn)行空調(diào)負(fù)荷控制，構(gòu)建了空調(diào)各部件的能耗模型和等效熱參數(shù)模型，在此基礎(chǔ)上提出了空調(diào)集群的降負(fù)荷潛力模型，綜合考慮熱島效應(yīng)、溫濕效應(yīng)和累積效應(yīng)等城市微氣象與負(fù)荷之間的關(guān)系，結(jié)合三種效應(yīng)研究計(jì)

4、及城市微氣象的室外溫度修正方法，并作為影響空調(diào)負(fù)荷的重要指標(biāo)，從室內(nèi)溫度、調(diào)控持續(xù)時(shí)間、預(yù)制冷時(shí)長(zhǎng)等多角度建立計(jì)及微氣象的空調(diào)資源降負(fù)荷潛力表。
　　(2)基于空調(diào)資源參與需求響應(yīng)的機(jī)理及最大降負(fù)荷潛力，構(gòu)建了地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度空調(diào)資源進(jìn)行直接負(fù)荷控制的模型，通過適當(dāng)削減空調(diào)負(fù)荷來避免配電網(wǎng)重構(gòu)和有序用電、降低電網(wǎng)新建及改造線路設(shè)備的投資、解決負(fù)荷高峰期運(yùn)行方式調(diào)整裕度小的問題題，緩解電網(wǎng)調(diào)度的壓力。針對(duì)配電網(wǎng)的特點(diǎn)，采用前推回代法進(jìn)行

5、潮流計(jì)算，提出了空調(diào)負(fù)荷參與地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度消除線路重載超載等問題的數(shù)學(xué)模型，采用改進(jìn)的禁忌搜索算法得到聚合空調(diào)削減負(fù)荷分配的最優(yōu)方案，并考慮了微氣象對(duì)于該方案的影響。
　?。?）在最優(yōu)削減負(fù)荷分配方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)夏季負(fù)荷高峰期峰谷差拉大的問題，提出了空調(diào)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)峰的分鐘級(jí)閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型，根據(jù)空調(diào)的熱力學(xué)模型，研究溫度設(shè)定點(diǎn)的階躍信號(hào)所引起的多臺(tái)空調(diào)聚合功率的響應(yīng)，分析了室內(nèi)溫度和空調(diào)負(fù)荷的欠阻尼振蕩過程，由此推導(dǎo)出聚合

6、空調(diào)參與調(diào)峰的二階傳遞函數(shù)模型，并考慮微氣象修正溫度研究成果對(duì)于該傳遞函數(shù)模型參數(shù)的影響，設(shè)計(jì)閉環(huán)控制策略動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)聚合空調(diào)的溫度設(shè)定值，在不影響人體舒適度的情況下精準(zhǔn)地進(jìn)行負(fù)荷控制。
　　(4)為進(jìn)一步挖掘空調(diào)負(fù)荷參與需求響應(yīng)的潛力，針對(duì)電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題，提出了變風(fēng)量空調(diào)參與調(diào)頻的秒級(jí)閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型，采用正弦掃頻試驗(yàn)方法進(jìn)行變風(fēng)量空調(diào)的全頻帶掃頻，并對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，運(yùn)用最小二乘擬合算法辨識(shí)出控制模型的傳遞函數(shù)參

7、數(shù)，并提出了閉環(huán)反饋的連續(xù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng)的控制設(shè)備開斷的方法參與調(diào)頻的局限性，通過持續(xù)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使得單體空調(diào)負(fù)荷跟蹤電網(wǎng)ACE信號(hào)，在此基礎(chǔ)上提出了中央空調(diào)集群直接參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的控制模型和控制策略，并采用遺傳算法對(duì)于空調(diào)能耗恢復(fù)速度與二次調(diào)頻系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　(5)在以上中小規(guī)模聚合空調(diào)資源參與需求響應(yīng)的研究基礎(chǔ)上，針對(duì)集中控制大規(guī)?？照{(diào)負(fù)荷的通信擠占、控制中心計(jì)算量大、魯棒性差等問題，提出了分層控制架構(gòu)，設(shè)