CN107273673B - 一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法，属于电力调度的技术领域。本发明通过冷水机组的能效比和部分负荷率的函数关系建立冷水机组的负荷效率模型，采用整时段调节和移动调节的方法并参考风电场接入电力系统的技术规定确定风电波动功率平抑量，在由风电波动功率平抑量确定的预期负荷调整量的约束下建立可平抑风电机组容量与冷水机组负荷最优匹配模型，由该模型的优化解为各冷水机组分配负荷以最大化风电机组的可平抑容量，为挖掘可平抑风电机组的容量潜力提供了技术保障。
Description
技术领域
本发明公开了一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法，属于电力调度的技术领域。
背景技术
近年来，发展可再生能源、提高能源利用效率已经成为能源领域的共识，而随着以风电、太阳能发电为代表的间歇性新能源大规模地接入电网，电力潮流不确定性大大增加，这对电力系统的调峰能力提出了更高的要求。另一方面，就长期来看，我国电力供需处于阶段性、局部性的紧张状态，亟需通过需求响应等技术来缓解紧张态势，增强系统应对潮流波动能力，提高系统运行效率。
空调负荷以其响应速度快、潜力大成为智能电网下重要的需求响应资源。中央空调系统更是在各类公共建筑中得到了广泛使用，其全年能耗为建筑物全年能耗的40％～60％，而其中大约50％～60％用电负荷消耗于冷水机组。冷水机组作为中央空调系统的重要组成部分，在多台冷水机组联合运行时，时常因为运行冷水机组的选择和负荷分配的不合理导致系统整体效率低，造成能源的浪费。因此，冷水机组的群控方式研究对于提高中央空调系统的整体效率具有极大意义。同时，集中控制后的空调负荷数量可观，可调节的潜力大，可以通过控制中央空调系统冷水机组负荷分配与风力发电的协调运行来平抑注入电网的功率波动，从而大大减轻电网稳定运行的压力。在多台冷水机组联合运行的系统中，大多对额定制冷量相同的机组采用平均分配法调节各冷水机组的制冷量，对额定制冷量不同的机组采用按容量分配法调节各冷水机组的制冷量，无法实现冷水机组能耗优化或者与分布式电源结合以最优化分布式电源接入容量。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法，实现了特定容量的空调冷水机组最大化平抑风电机组的可平抑容量，解决了现有冷水机组群控方法无法实现冷水机组能耗优化或者与分布式电源结合以最优化分布式电源接入容量的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案。
一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法，根据中央空调冷水机组部分负荷效率与能效比的关系建立冷水机组的负荷效率模型，采用整时段调节和移动调节的方法并参考风电场接入电力系统的技术规定确定风电波动功率平抑量，在由风电波动功率平抑量确定的预期负荷调整量的约束下建立可平抑风电机组容量与冷水机组负荷的最优匹配模型，由该模型的优化解为各冷水机组分配负荷以最大化风电机组的可平抑容量。
优选地，采用如下方法根据中央空调冷水机组部分负荷效率与能效比的关系建立冷水机组的负荷效率模型：在全负荷范围内运行系统，获取冷水机组在部分负荷效率变化过程中能效比的离散点，采用数据点回归法绘制中央空调冷水机组部分负荷效率与能效比的关系曲线，进而确定中央空调冷水机组部分负荷效率与能效比的关系式为：
其中，COPi为冷水机组i的能效比，PLRi j为冷水机组i部分负荷效率的j次幂，Aj为PLRi j的系数，M为多项式的最高次数。
优选地，采用整时段调节和移动调节的方法并以相邻两时段平均功率波动小于20％PN为原则确定风电波动功率平抑量：
其中，
分别为t+1时段风电波动功率平抑量、风电机组的平均功率、风电机组平均功率的调度目标，
为t时段风电波动功率平抑量，PN为风电机组的装机容量。
更优地，最优匹配模型还包含空调用户舒适度限制的约束条件。最优地，最优匹配模型包括：
目标函数：maxμP，
冷水机组制冷量限制：Qimin≤Qi≤Qimax,(i＝1,2,…,n)，
空调用户舒适度限制：|Q-Q0|≤5％Q0，
t时段预期负荷调整量限制：
其中，P为风电机组日输出功率的预测值，μ为风电机组的容量系数，Qi为冷水机组i的制冷量，Qimax、Qimin为冷水机组i制冷量的上下限，n为冷水机组的数目，Q0、Q为冷水机组群控优化前后的总制冷量，ΔPt goal为t时段风电波动功率平抑量，Pi为冷水机组i受控后所分配负荷对应的功率，P0为冷水机组群受控前消耗的功率之和，f(·)为冷水机组i的能效比与部分负荷效率的数学关系，QiN为冷水机组i的额定制冷量。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：根据各台冷水机组的负荷效率特性建立冷水机组的负荷效率模型进而确定各机组相应的负荷分配量，以预期的负荷调整量平抑风电波动功率，假定风机输出功率形状已知但容量未知，在维持特定范围内的机组总能耗削减量以及空调机组制冷/制热效果的前提下，实现特定容量的冷水机组最大化风电机组的可平抑容量，为挖掘可平抑风电机组的容量潜力提供了技术保障。
附图说明
图1是本发明提供的考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法的流程图；
图2是本发明步骤(1)中中央空调系统冷水机组负荷效率的特性图；
图3是本发明步骤(2)中确定风电波动功率平抑量的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本发明涉及的一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法如图1所示，包括以下步骤：
(1)基于中央空调冷水机组部分负荷率PLR与能效比COP的关系，通过离散点回归法绘制曲线，建立中央空调冷水机组的负荷效率模型；
(2)基于国家电网公司风电场接入电力系统技术规定，采用整时段调节和移动调节的思想确定风电波动功率平抑量的计算方法；
(3)基于空调负荷的可调节特性，建立可平抑风电机组容量与冷水机组负荷的最优匹配模型。
具体的，步骤(1)中利用中央空调冷水机组部分负荷率PLR与能效比COP的函数关系来表示负荷率对冷水机组性能的影响，进而在全负荷率范围内运行系统，获取机组部分负荷率在0.2-1.0变化过程中能效比COP的离散点，通过数据点回归法绘制曲线得到如图2所示的中央空调系统冷水机组负荷效率的特性图，从而获得冷水机组COP-PLR多项式关系式：
式(1)中，COPi为冷水机组i的能效比，PLRi j为冷水机组i部分负荷效率的j次幂，Aj为PLRi j的系数，M为多项式的最高次数。
步骤(2)中依据我国颁布的国家电网公司风电场接入电力系统技术规定：要求装机容量小于30MW的风电场每分钟有功功率波动应小于6MW(20％)，采用整时段调节和移动调节的思想来确定风电波动功率平抑量，具体处理方法为：
如图3所示，以12秒为时间间隔采集风机日输出功率值(假设风机装机容量为PN)，然后以每1分钟为一个时间段，则每个时间段里包含5个风机输出功率采集点，求取每个时间段的平均功率
对比第t时段与第t+1时段风电机组的平均功率
按照两时段平均功率波动应小于20％PN的原则，确定第t+1时段风电机组平均功率的调度目标
的具体表达为：
进而确定t+1时段风电波动功率平抑量
为：
这里的风电波动功率平抑量
是限值，用于探究可平抑风电机组的潜力容量。
步骤(3)中，基于指定工况下中央空调各冷水机组COP与PLR的关系以及风电波动功率待平抑量，建立可平抑风电机组容量与冷水机组负荷最优匹配模型，在满足空调制冷(热)效果以及特定削减(增加)负荷约束条件的前提下，实现特定容量的空调冷水机组可平抑风电机组容量的最大化，即寻找满足相关约束条件时使目标函数取最大值的各冷水机组的负荷分配值Qi(第i台冷水机组的制冷量)以及风电机组容量系数μ。
在本发明中，假设某风电机组预测的日输出功率曲线形状已知，冷水机组的总容量也已知，对于给定的风电功率平抑量以及空调冷水机组制冷量的允许变化范围，最大化风电机组的可平抑容量。目标函数为：
maxμP (3)，
式(3)中P为风电机组日输出功率的预测值；μ为风电机组的容量系数。
同时，在本发明中，中央空调的各个冷水机组的制冷量具有特定的变化范围，若超出范围会对冷水机组的运行性能造成不好的影响，甚至发生故障，因而待优化变量冷水机组i的制冷量Qi的变化范围为：
Qimin≤Qi≤Qimax，(i＝1,2,…,n) (4)，
式(4)中：Qimax、Qimin分别为第i台冷水机组制冷量的上下限约束。
中央空调用户对房间温度舒适度有一定的要求，空调机组参与平抑风电功率波动但不能牺牲空调用户的舒适度体验，假设冷水机组群控调节前后制冷量变化不得超过5％方能不影响空调制冷(制热)效果，因而将冷水机组群控优化后的制冷(制热)效果保证转化为对冷水机组制冷量总和的约束，即需要满足约束：
|Q-Q0|≤5％Q0 (5)，
式(5)中：Q为空调冷水机组群控优化后的总制冷量，
Q0为空调冷水机组群控优化前的总制冷量。
此外，要满足控制时段空调冷水机组负荷削减量(增加量)ΔPgoal一定的约束，控制时段空调冷水机组负荷削减量(增加量)ΔPgoal即为t时段风电波动功率平抑量ΔPt goal，
式(6)中：ΔPgoal为t时段预定的负荷削减量(增加量)，即风电波动功率平抑量ΔPt goal；P0为控制期以前各台冷水机组消耗的功率之和，可以根据日负荷曲线得出；Pi为施加控制后第i台冷水机组所分配负荷对应的功率，其表达式为：
式(7)中：Qi为第i台冷水机组所分配的负荷(即为调控后的制冷量)，COPi为第i台冷水机组的能效比，可通过冷水机组的负荷效率模型，即部分负荷率与能效比的关系得到，即
式(8)中：PLRi为冷水机组i部分负荷效率；QiN为第i台冷水机组的额定制冷量。
在本发明中，决策变量包括中央空调各台冷水机组的负荷分配值以及风电机组容量系数。基于已知的风电机组预测的日输出功率曲线形状以及控制时段空调冷水机组负荷削减(增加)量需求，可建立可平抑风电机组容量与冷水机组负荷最优匹配模型，由该模型的优化解为各冷水机组分配负荷以最大化风电机组的可平抑容量。
Claims (4)
1.一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法，其特征在于，根据中央空调冷水机组部分负荷效率与能效比的关系建立冷水机组的负荷效率模型，采用整时段调节和移动调节的方法并参考装机容量小于30MW的风电场接入电力系统技术规定确定风电波动功率平抑量，在由风电波动功率平抑量确定的预期负荷调整量的约束下建立可平抑风电机组容量与冷水机组负荷的最优匹配模型，由该模型的优化解为各冷水机组分配负荷以最大化风电机组的可平抑容量，所述最优匹配模型以风电机组日输出功率最大为目标且还以空调用户舒适度限制、冷水机组制冷量限制、空调用户舒适度限制为约束条件。
2.根据权利要求1所述一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法，其特征在于，根据中央空调冷水机组部分负荷效率与能效比的关系建立冷水机组的负荷效率模型，具体方法为：在全负荷范围内运行系统，获取冷水机组在部分负荷效率变化过程中能效比的离散点，采用数据点回归法绘制中央空调冷水机组部分负荷效率与能效比的关系曲线，进而确定中央空调冷水机组部分负荷效率与能效比的关系式为：
其中，COPi为冷水机组i的能效比，PLRi j为冷水机组i部分负荷效率的j次幂，Aj为PLRi j的系数，M为多项式的最高次数。
3.根据权利要求2所述一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法，其特征在于，采用整时段调节和移动调节的方法并参考风电场接入电力系统的技术规定确定风电波动功率平抑量，具体为采用整时段调节和移动调节的方法并以相邻两时段平均功率波动小于20％PN为原则确定风电波动功率平抑量：
其中，
分别为t+1时段风电波动功率平抑量、风电机组的平均功率、风电机组平均功率的调度目标，
为t时段风电机组的平均功率，PN为风电机组的装机容量。
4.根据权利要求 1所述一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法，其特征在于，所述最优匹配模型包括：
目标函数：maxμP，
冷水机组制冷量限制：Qimin≤Qi≤Qimax,(i＝1,2,...,n)，
空调用户舒适度限制：|Q-Q0|≤5％Q0，
t时段预期负荷调整量限制：
其中，P为风电机组日输出功率的预测值，μ为风电机组的容量系数，Qi为冷水机组i的制冷量，Qimax、Qimin为冷水机组i制冷量的上下限，n为冷水机组的数目，Q0、Q为冷水机组群控优化前后的总制冷量，ΔPt goal为t时段风电波动功率平抑量，Pi为冷水机组i受控后所分配负荷对应的功率，P0为冷水机组群受控前消耗的功率之和，PLRi为冷水机组i部分负荷效率，f(·)为冷水机组i的能效比与部分负荷效率的数学关系，QiN为冷水机组i的额定制冷量。
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