空調負荷參與電力系統(tǒng)需求響應的建模及控制策略研究.pdf

1、近年來中國裝機容量快速增長，電力供應總體富余，但是隨著大城市人口集聚效應的不斷增強，城市核心區(qū)域的用電負荷卻在持續(xù)攀升。隨著大量新能源的接入，其反調峰特性使得峰谷差進一步拉大，局部供需矛盾更加深化，也給地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定帶來了風險。另一方面，夏季高峰時段空調負荷在全網(wǎng)中占比很高，調節(jié)潛力巨大，其具有一定的熱存儲能力，在小范圍內改變運行狀態(tài)不會影響用戶的舒適度，屬于重要的需求響應資源，而電改9號文中明確提出要積極開展電力需求側管理、實施需求響

2、應。
　　本文以此為契機，開展空調負荷參與電力系統(tǒng)需求響應的建模及控制策略研究，分析了空調負荷的機理和影響因素，建立了地區(qū)電網(wǎng)削減空調負荷的最優(yōu)調度方案，基于此方案對于空調負荷分別進行了分鐘級和秒級的建模，設計了閉環(huán)控制策略，并提出了針對大規(guī)?？照{負荷的分層控制架構和分散式協(xié)同控制算法?；诒疚乃岢龅慕７椒ê烷]環(huán)控制策略，能夠實現(xiàn)大規(guī)?？照{資源的精準調控，使其既能夠參與到電力系統(tǒng)調峰中，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)調頻中，減小頻率偏差、提高系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。本文為空調等柔性負荷參與電力需求響應提供了一種新思路，主要工作包括:
　　(1)分析了空調負荷參與電力系統(tǒng)需求響應的建模方法及控制機理，研究空調負荷特性及其影響因素，選擇合適的行業(yè)進行空調負荷控制，構建了空調各部件的能耗模型和等效熱參數(shù)模型，在此基礎上提出了空調集群的降負荷潛力模型，綜合考慮熱島效應、溫濕效應和累積效應等城市微氣象與負荷之間的關系，結合三種效應研究計

4、及城市微氣象的室外溫度修正方法，并作為影響空調負荷的重要指標，從室內溫度、調控持續(xù)時間、預制冷時長等多角度建立計及微氣象的空調資源降負荷潛力表。
　　(2)基于空調資源參與需求響應的機理及最大降負荷潛力，構建了地區(qū)電網(wǎng)調度空調資源進行直接負荷控制的模型，通過適當削減空調負荷來避免配電網(wǎng)重構和有序用電、降低電網(wǎng)新建及改造線路設備的投資、解決負荷高峰期運行方式調整裕度小的問題題，緩解電網(wǎng)調度的壓力。針對配電網(wǎng)的特點，采用前推回代法進行

5、潮流計算，提出了空調負荷參與地區(qū)電網(wǎng)調度消除線路重載超載等問題的數(shù)學模型，采用改進的禁忌搜索算法得到聚合空調削減負荷分配的最優(yōu)方案，并考慮了微氣象對于該方案的影響。
　?。?）在最優(yōu)削減負荷分配方案的基礎上，針對夏季負荷高峰期峰谷差拉大的問題，提出了空調負荷參與電力系統(tǒng)調峰的分鐘級閉環(huán)動態(tài)響應模型，根據(jù)空調的熱力學模型，研究溫度設定點的階躍信號所引起的多臺空調聚合功率的響應，分析了室內溫度和空調負荷的欠阻尼振蕩過程，由此推導出聚合

6、空調參與調峰的二階傳遞函數(shù)模型，并考慮微氣象修正溫度研究成果對于該傳遞函數(shù)模型參數(shù)的影響，設計閉環(huán)控制策略動態(tài)調節(jié)聚合空調的溫度設定值，在不影響人體舒適度的情況下精準地進行負荷控制。
　　(4)為進一步挖掘空調負荷參與需求響應的潛力，針對電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題，提出了變風量空調參與調頻的秒級閉環(huán)動態(tài)響應模型，采用正弦掃頻試驗方法進行變風量空調的全頻帶掃頻，并對所獲得的數(shù)據(jù)進行頻譜分析，運用最小二乘擬合算法辨識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)動態(tài)響應控制結構，突破了傳統(tǒng)的控制設備開斷的方法參與調頻的局限性，通過持續(xù)調節(jié)風機轉速使得單體空調負荷跟蹤電網(wǎng)ACE信號，在此基礎上提出了中央空調集群直接參與電力系統(tǒng)調頻的控制模型和控制策略，并采用遺傳算法對于空調能耗恢復速度與二次調頻系數(shù)進行優(yōu)化。
　　(5)在以上中小規(guī)模聚合空調資源參與需求響應的研究基礎上，針對集中控制大規(guī)?？照{負荷的通信擠占、控制中心計算量大、魯棒性差等問題，提出了分層控制架構，設