CN109149597B - 一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法。根据分布式一致性控制系统中只存在个体约束，构造分布式牵引一致性控制，通过虚拟牵引领导负荷，使该系统存在全局约束或全局的优化目标，实现了所有负荷的公平参与，且各个负荷的负载率达到期望的一致。同时，针对需求侧存在大量柔性可控负荷，调整目标温度值不会明显改变其效用，但可及时减少功率需求，等效为微网提供备用容量。为了需求侧柔性负荷能积极主动公平的参与微电网调频，利用本发明方法，消除了对集中控制器和复杂通信拓扑的需求，减少了控制器数量，使柔性负荷即需即用，降低微网二次调频备用容量，提高微电网孤岛运行下系统频率稳定性及电能质量。

Description

一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调 频方法

技术领域

本发明属于微电网需求侧调频控制领域，具体来说，涉及一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法。

背景技术

为维持安全稳定运行，传统电网是由区域内发电机组以及区域间的联络线向电力系统提供备用容量的。随着发电构成的变化，特别是对于间歇能源所占比例较高的微电网，消纳间歇性能源发电对备用的总量与品质提出了更高的要求，传统备用形式函待改进，挖掘负荷侧提供备用的潜力日趋重要。

近几年我国柔性温控负荷增长迅速，柔性温控负荷为微网提供备用容量的潜力巨大。空调、冰箱等功率需求与热交换相关的可控柔性温质负荷，短期调整目标温度值不会明显改变其效用，但可及时减少其功率需求，等效于为电网提供备用容量。

一般而言，对于动态响应负荷的控制系统有三种可用的控制策略:集中控制、分散控制、分布式控制。然而，当被控对象的数目较多且所有的被控对象需要合作完成同一个控制目标时，仍然采用集中控制将会花费较高的代价且系统的可扩展性较低。分散控制只依赖于局部自身的信号量测并执行控制动作。分布式控制策略可以很好的处理效率低、扩展性差的问题，但它的实现不依赖与全局的控制中心，仅依靠邻居之间的相互通信达到一致性。因此，必须建立基于分布式牵引一致性控制的柔性温质负荷参与微网调频策略，通过需求侧控制中心虚拟出一个领导负荷，引入全局约束，使所有负荷公平参与微网调频，提高微电网孤岛运行状态下系统频率稳定性及电能质量。

发明内容

为需求侧柔性温控负荷更好的公平的参与微网二次调频的问题，本发明提出一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，该方法从需求侧出发，考虑改变负荷的有功功率输出，主动响应微网频率变化，提高微电网系统频率稳定性及电能质量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)：微网进行二次调频，微网备用容量存在调频区间

当系统总的不匹配功率缺额超出此功率调节上下极限，调度中心需及时预测出需求侧所需分担的分担的频率不匹配量

并由需求侧负荷控制中心给出一个虚拟的牵引领导负荷。

当系统达到稳定时，总的系统不匹配量由备用容量与负荷共同完成，可得此时系统的平衡态为：

其中：ΔP_s为系统总的频率不匹配量，ΔP_S.s为系统备用容量提供的调频容量，

为需求侧n个负荷提供的调频容量。

步骤(2)：确定虚拟牵引领导负荷的一致性收敛值，即负荷实现微网调频目标时的负载率。

负载率是通过负载当前功率值P_l.i与最大可调功率值

进行比值得到：

其中：u_i为第i个柔性温控负荷的负载率。

需求侧控制中心根据当前柔性负荷总的功率值

和需求侧所需分担的功率不匹配量

计算出虚拟牵引领导负荷的一致性收敛值：

其中：u(₀)为分布式牵引一致性收敛值，

为n个负荷的最大可调功率值之和

步骤(3)：虚拟牵引领导负荷以外的其他跟随负荷通过通信耦合与虚拟牵引领导负荷寻求一致性。

对于分布式牵引一致性收敛值，根据第i个负荷的信息交互过程，得到第i个负荷基于分布式牵引一致性控制方程，如下式所示：

其中：a_ij表示负荷i和负荷j之间的通信耦合，如果负荷i和负荷j通过通信线路连接，则a_ij≠0，否则，a_ij＝0；d_i表示牵引控制增益，d_i≥0；d_i＝0表明没有针对负荷i的牵引控制；

步骤(4)：根据调整的负载率，负荷改变自身的有功功率输出，完成调频任务，改善系统频率。

跟随负荷根据达到的一致性值，调整负荷的输出功率：

ΔP_l.i-P_l.i-P_l.i.a

其中：P_l.i.a为第i个负荷调整后的有功功率输出，ΔP_l.i为第i个负荷的有功功率输出调整量。

根据上式中的公式，负荷可依据自身的有功功率调整量，通过改变自身的设定温度，响应系统频率变化，提高系统频率稳定性及电能质量。

本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：

1、本发明所提出的基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，采用分布式牵引一致性控制，使需求侧负荷积极主动公平的参与微网二次调频过程。相对传统的负荷响应策略，此策略控制花销小，处理效率高，扩展性好，可在全局约束下实现各个负荷公平参与微网调频，提高微电网孤岛系统频率稳定性及电能质量。

2、消除了对集中控制器和复杂通信拓扑的需求，减少了控制器数量，使柔性负荷即需即用，降低微网二次调频备用容量。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2书本发明的微电网二次调频有功分配图；

图3是本发明的微电网简易结构图与通信拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1﹑图2和图3分别是本发明的流程框图﹑微电网二次调频有功分配图和微电网结构图与通信拓扑图，本发明具体实施如下：

步骤(1)：微网进行二次调频，微网备用容量存在调频区间

当系统总的不匹配功率缺额超出此功率调节上下极限，调度中心需及时预测出需求侧所需分担的分担的频率不匹配量

并由需求侧负荷控制中心给出一个虚拟的牵引领导负荷。

当系统达到稳定时，总的系统不匹配量由备用容量与负荷共同完成，如图2所示，可得此时系统的平衡态为：

其中：ΔP_s为系统总的频率不匹配量，ΔP_S.s为系统备用容量提供的调频容量，

为需求侧n个负荷提供的调频容量。

步骤(2)：确定虚拟牵引领导负荷的一致性收敛值，即负荷实现微网调频目标时的负载率。

负载率是通过负载当前功率值P_l.i与最大可调功率值

进行比值得到：

其中：u_i为第i个柔性温控负荷的负载率。

需求侧控制中心根据当前柔性负荷总的功率值

和需求侧所需分担的功率不匹配量

计算出虚拟牵引领导负荷的一致性收敛值：

其中：u₍₀₎为分布式牵引一致性收敛值，

为n个负荷的最大可调功率值之和

步骤(3)：虚拟牵引领导负荷以外的其他跟随负荷通过通信耦合与虚拟牵引领导负荷寻求一致性。

利用分布式牵引一致性收敛值，根据第i个负荷的信息交互过程，得到第i个负荷基于分布式牵引一致性控制方程，如下式所示：

其中：a_ij表示负荷i和负荷j之间的通信耦合，如果负荷i和负荷j通过通信线路连接，则a_ij≠0，否则，a_ij＝0；d_i表示牵引控制增益，d_i≥0；d_i＝0表明没有针对负荷i的牵引控制；

步骤(4)：根据调整的负载率，负荷改变自身的有功功率输出，完成调频任务，改善系统频率。

跟随负荷根据达到的一致性值，调整负荷的输出功率：

ΔP_l.i＝P_l.i-P_l.i.a (6)

其中：P_l.i.a为第i个负荷调整后的有功功率输出，ΔP_l.i为第i个负荷的有功功率输出调整量。

根据上式(5)﹑(6)的公式，负荷可依据自身的有功功率调整量，通过改变自身的设定温度，响应系统频率变化，提高系统频率稳定性及电能质量。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：微网进行二次调频，当系统存在备用容量不足时，调度中心及时预测出需求侧所需分担的频率不匹配量

并由需求侧负荷控制中心给出虚拟的牵引领导负荷；

步骤2：确定虚拟牵引领导负荷的一致性收敛值，即负荷实现微网调频目标时的负载率；

步骤3：虚拟牵引领导负荷以外的其他跟随负荷通过通信耦合与虚拟牵引领导负荷寻求一致性；

步骤4：根据调整的负载率，负荷改变自身的有功功率输出，完成调频任务，改善系统频率。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，其特征在于，所述步骤1中，微网备用容量的调频区间为

当系统总的不匹配功率缺额超出此功率调节上下极限，调度中心需及时预测出需求侧所需分担的频率不匹配量

当系统达到稳定时，总的系统不匹配量由备用容量与负荷共同完成，可得此时系统的平衡态为：

其中：ΔP_s为系统总的频率不匹配量，ΔP_S.s为系统备用容量提供的调频容量，

为需求侧n个负荷提供的调频容量。

3.根据权利要求1所述的一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，其特征在于，所述步骤2中，负载率是通过负载当前功率值P_l.i与最大可调功率值

的比值得到：

其中：u_i为第i个柔性温控负荷的负载率。

4.根据权利要求3所述的一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，其特征在于，所述步骤2中，确定虚拟牵引领导负荷的一致性收敛值的方法：需求侧控制中心根据当前柔性负荷总的功率值

和需求侧所需分担的功率不匹配量

计算出虚拟牵引领导负荷的一致性收敛值：

其中：u₍₀₎为分布式牵引一致性收敛值，

为n个负荷的最大可调功率值之和。

5.根据权利要求4所述的一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，其特征在于，所述步骤3的实现包括：

利用分布式牵引一致性收敛值，根据第i个负荷的信息交互过程，得到第i个负荷基于分布式牵引一致性控制方程：

其中：a_ij表示负荷i和负荷j之间的通信耦合，d_i表示牵引控制增益。

6.根据权利要求5所述的一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，其特征在于，所述a_ij的取值为：如果负荷i和负荷j通过通信线路连接，则a_ij≠0，否则，a_ij＝0。

7.根据权利要求5所述的一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，其特征在于，所述d_i的取值为：d_i≥0；当d_i＝0时表明没有针对负荷i的牵引控制。

8.根据权利要求4所述的一种基于分布式牵引一致性控制的柔性温控负荷参与微网调频方法，其特征在于，所述步骤4的实现包括：

跟随负荷根据达到的一致性值，调整负荷的输出功率：

ΔP_l.i＝P_l.i-P_l.i.a

其中：P_l.i.a为第i个负荷调整后的有功功率输出，ΔP_l.i为第i个负荷的有功功率输出调整量。

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