CN112186783B - 一种温控负荷集群控制方法 - Google Patents

一种温控负荷集群控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112186783B
CN112186783B CN202011085578.3A CN202011085578A CN112186783B CN 112186783 B CN112186783 B CN 112186783B CN 202011085578 A CN202011085578 A CN 202011085578A CN 112186783 B CN112186783 B CN 112186783B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
cluster
temperature control
load
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011085578.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112186783A (zh
Inventor
刘志伟
梁志峰
李淼
苗世洪
杨炜晨
张世旭
汪鹏
周鲲鹏
曹侃
叶畅
王友怀
胡晓峰
伊华茂
吴炼
孙凌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, State Grid Corp of China SGCC, Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202011085578.3A priority Critical patent/CN112186783B/zh
Publication of CN112186783A publication Critical patent/CN112186783A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112186783B publication Critical patent/CN112186783B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/241The oscillation concerning frequency
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/62Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • F24F11/63Electronic processing
    • F24F11/64Electronic processing using pre-stored data
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/88Electrical aspects, e.g. circuits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/89Arrangement or mounting of control or safety devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/14Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by switching loads on to, or off from, network, e.g. progressively balanced loading
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/10Temperature
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems
    • Y04S20/242Home appliances
    • Y04S20/244Home appliances the home appliances being or involving heating ventilating and air conditioning [HVAC] units

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

本发明属于温控负荷集群控制领域,具体涉及一种温控负荷集群控制方法,包括:从位于微电网中的温控负荷集群中选择在可控温度范围内环境下的温控负荷组成可控开启群和可控关闭群,以参与可再生能源功率波动平抑;当需满足微电网功率平衡而增加集群功率时,按照所处当前环境温度从低到高的温控负荷顺序,关闭可控开启群中部分温控负荷,同时提高其温度设定值;当需减小集群功率时,按照所处当前环境温度从高到低的温控负荷顺序,开启可控关闭群中部分温控负荷,同时降低其温度设定值,其中开启与关闭的温控负荷数目由集群目标功率大小决定。本发明实现群内各负荷有序启停,在满足用户舒适度需求的同时降低空调启停次数,减小对空调使用寿命的影响。

Description

一种温控负荷集群控制方法
技术领域
本发明属于温控负荷集群控制领域,更具体地,涉及一种温控负荷集群控制方法。
背景技术
微电网具有节能降耗、运行灵活、供电可靠性高的特点,近年来一直是新能源领域研究的热点。然而,微电网中风电、光伏等分布式电源(Distributed Generation,DG)出力的波动性与间歇性给电网的稳定性以及电能质量带来了严重影响。目前主要通过装设储能设备来平抑分布式电源的功率波动,然而储能设备的建设与运行费用昂贵,在经济性方面不具有优势。近年来,高级量测体系(Advanced Metering In-frastructure,AMI)以及智能能量管理系统迅速发展,使得感知并控制终端负荷成为可能,同时也推动了需求响应(Demand Response,DR)技术的发展。通过需求响应技术,调控负荷侧可控资源以维持电网功率平衡,能够有效解决新能源接入下电网功率波动问题。其中,以空调负荷为代表的温控负荷凭借其响应速度快、调节潜力大等特点已成为需求响应的重要资源。据统计,在我国夏季用电高峰期,空调负荷占负荷尖峰的比例达到30%~40%,调控潜力巨大。因此研究温控负荷的集群调控策略,对于维持电网稳定运行具有重要意义。
温控负荷具有复杂的热电耦合特性,其储热特性与电气特性相互影响加大了调控难度,因此对其精准控制依赖于准确的模型和完善的控制策略。对于温控负荷建模,相关研究考虑了温控负荷与所属建筑环境组成的系统的储热特性,建立了温控负荷的热力学模型,另有部分研究通过实际实验,建立了较为完善的电气模型,但是上述研究仅单独考虑了温控负荷的储热特性或电气特性,无法准确描述温控负荷的热电耦合特性,影响负荷集群控制效果。因此对于温控负荷的建模有待进一步完善。
温控负荷集群控制策略可分为群内控制策略与集群整体控制两部分讨论。针对群内控制策略,相关研究提出基于温度排序的状态队列算法实现温控负荷群内有序控制,针对集群整体控制策略,相关研究通过频率下垂控制实现温控负荷集群对电网功率波动的平抑。然而上述研究针对温控负荷群内采用温度序列控制策略,会造成设备的频繁启停问题,危害使用寿命,同时对于温控负荷集群的控制只涉及有功功率调节,并未考虑线路阻抗以及无功功率变化对控制策略的影响,无法保障在实际电网环境下控制策略的有效性。因此,亟需对温控负荷的控制策略进行更深入的研究。
发明内容
本发明提供一种温控负荷集群控制方法,用以解决现有温控负荷集群控制方法存在使得设备频繁启停而导致设备寿命受损的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种温控负荷集群控制方法,包括:
从位于微电网中的温控负荷集群中选择在可控温度范围内环境下的温控负荷,组成可控开启群和可控关闭群,以参与可再生能源功率波动平抑;
当为满足微电网功率平衡而需增加集群功率时,按照所处当前环境温度从低到高的温控负荷顺序,开启所述可控关闭群中部分温控负荷,同时提高其温度设定值;当需减小集群功率时,按照所处当前环境温度从高到低的温控负荷顺序,关闭所述可控开启群中部分温控负荷,同时降低其温度设定值,其中开启与关闭的部分温控负荷数目由集群目标功率大小决定。
本发明的有益效果是:本发明在空调负荷集群群内控制层面,基于温度状态队列算法,首先确定可控开启群和关闭群,在关闭群内进行空调的开启以增加负荷,在开启群内进行空调的关闭以减少负荷,实现群内各空调有序启停,在满足用户舒适度需求,其中,在开启的同时降低当前开启负荷的温度设定值,在关闭的同时提高当前关闭空调的温度设定值,以降低空调的启停次数,减小对空调使用寿命的影响。
上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,基于温控负荷的温度设定值上下限[Tmin,Tmax],设置可控温度范围为[TL,Tmax]与[Tmin,TH],TL和TH分别为所述可控温度范围的最小值与最大值。
进一步,TH=Tmax-0.2θ,TL=Tmin+0.2θ,θ=Tmax-Tmin
进一步,所述提高其温度设定值中,所提高的温度为:ΔT1=T-Tmin;式中,T表示温控负荷所处环境的当前温度。
进一步,所述降低其温度设定值中,所降低的温度为:ΔT2=Tmax-T;式中,T表示温控负荷所处环境的当前温度。
进一步,在所述关闭和所述开启过程中,温控负荷集群的有功功率和无功功率满足如下约束:UL<U=U0-kp(P-P0)-kq(Q-Q0)<UH
式中,kp与kq为电压变化系数,kp=R/U,kq=X/U,UL、UH分别为温控负荷集群的电压上下限,U0为温控负荷集群的初始电压,P为温控负荷集群的当前有功功率,P0为温控负荷集群的初始有功功率,Q为温控负荷集群的当前无功功率,Q0为温控负荷集群的初始无功功率,R为线路等值电阻,X为线路等值电抗。
本发明的进一步有益效果是:由于线路阻抗的存在,在对负荷进行调控时,负荷功率的改变会导致电压的变化,进而对调控效果以及电网的安全性造成影响,另外,当线路电抗X远大于电阻R时,电压变化主要与负荷无功功率QL有关。根据空调负荷电气模型,其有功功率与无功功率无法解耦,在调控集群有功功率时,集群无功功率也会不可避免的改变,而集群无功功率的变化会导致负荷电压的大幅改变,可能造成负荷电压超过安全限值,给电网的安全运行带来威胁,因此,设置电压限制约束,避免负荷电压越限。
进一步,所述方法还包括:
实时监测各温控负荷的功率,调整处于开启状态和关闭状态的温控负荷数量,以消除对目标功率的响应偏差;
其中,假设各温控负荷的电气模型参数相同,控制处于开启状态和关闭状态的温控负荷数量为:P*=(ΔN+N)P1
式中,P*为所述温控负荷集群的目标功率,P1为当前各温控负荷的有功功率,N为当前时刻处于开启状态的温控负荷数目,ΔN为当前时刻需要启停温控负荷的数目。
本发明的进一步有益效果是:各负荷实际消耗的功率与集群负荷电压大小有关,当集群负荷电压发生大幅变化时,负荷实际有功功率会偏离其额定值,从而使得集群实际响应功率偏离目标功率。因此通过实时监测各空调负荷的功率,调整开关空调的数量,以消除响应功率的偏差。
进一步,所述方法还包括:对所述温控负荷集群进行下垂控制,控制策略为:P*=kf(f-fN)+P0
式中,P*为温控负荷集群的目标功率,P0为可控负荷集群的初始功率,kf为微电网频率下垂系数,fN为微电网的额定频率,f为微电网的实际频率;
Figure GDA0003598650360000041
kf,max为下垂系数最大值,SOC为温控负荷集群的等效荷电状态,
Figure GDA0003598650360000042
为温控负荷集群中空调的总数量,N为当前处于开启状态的温控负荷数目,Nmax1为所述可控开启群中当前时刻最大可开启空调的数目,Nmax2为所述可控关闭群中当前时刻最大可关闭空调的数目。
本发明的进一步有益效果是:通过设置改进的下垂控制系数,使得当集群可调容量充足时,下垂系数较大,以充分发挥其调节作用;而当集群可调容量较少时,下垂系数较小,避免目标功率超出集群调节范围。
本发明还提供一种微电网频率控制方法,包括:
在采用如上所述的一种温控负荷集群控制方法对微电网中的温控负荷集群进行控制结束后,通过频率辅助控制方式控制微电网频率至额定频率,频率辅助控制表示为:
Figure GDA0003598650360000051
Δf=f-fN
式中,kP与kI分别为比例常数与积分常数,s为复变量,f为微电网的实际频率,fN为微电网的额定频率,ΔP*为温控负荷集群功率调节量。
本发明的有益效果是:上述下垂控制能够实时平衡功率波动,使系统频率维持在一定范围内,但是在控制结束后,电网频率与额定频率仍然存在偏差,不利于电网稳定运行。本发明构建频率辅助控制环节使之恢复到额定值,以稳定点网运行。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的一种温控负荷集群控制方法和/或如上所述的一种微电网频率控制方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种温控负荷集群控制方法流程框图;
图2为本发明实施例提供的温控负荷集群控制方法流程图;
图3为本发明实施例提供的集群控制策略示意图;
图4为本发明实施例提供的温控负荷热力学模型示意图;
图5为本发明实施例提供的空调负荷电气模型示意图;
图6为本发明实施例提供的微网系统仿真示意图;
图7为本发明实施例提供的温控负荷集群功率变化仿真波形图;
图8为本发明实施例提供的系统频率变化仿真波形图;
图9为本发明实施例提供的负荷电压变化仿真波形图;
图10为本发明实施例提供的温控负荷集群等效荷电状态变化仿真波形图;
图11为本发明实施例提供的温控负荷室内温度变化仿真波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种温控负荷集群控制方法100,如图1所示,包括:
S110、从位于微电网中的温控负荷集群中选择在可控温度范围内环境下的温控负荷,组成可控开启群和可控关闭群,以参与可再生能源功率波动平抑;
S120、当为满足微电网功率平衡而需增加集群功率时,按照所处当前环境温度从低到高的温控负荷顺序,开启所述可控关闭群中部分温控负荷,同时提高其温度设定值;当需减小集群功率时,按照所处当前环境温度从高到低的温控负荷顺序,关闭所述可控开启群中部分温控负荷,同时降低其温度设定值,其中开启与关闭的部分温控负荷数目由集群目标功率大小决定。
提高和降低温度设定值是指温控负荷开启和关闭的设定值均提高或降低。
本实施例提出一种基于改进温度优先序列的温控负荷集群群内控制策略,温控负荷集群可为空调集群,图2为改进温度优先序列控制流程图,其控制流程如下:
假定空调负荷集群中有N台空调,在任一时刻,按运行状态将空调集群分为开启群与关闭群:
Figure GDA0003598650360000071
Figure GDA0003598650360000072
式中,Ot与Ct分别为t时刻空调开启群与关闭群;N1与N2分别为t时刻处于开启与关闭状态的空调数量,满足N1+N2=N;
Figure GDA0003598650360000073
Figure GDA0003598650360000074
分别为t时刻处于开启与关闭状态的空调编号。
在t时刻空调集群的功率为:
Figure GDA0003598650360000075
根据所采集到的室内温度,对开启群中的空调按室温升序排列,对关闭群中的空调按室温降序排列。随后,优选的,在温度上下限[Tmin,Tmax]之间设置可控温度范围[TL,Tmax]与[Tmin,TH](Tmin与Tmax分别为用户所能接受的室温最小值与最大值,由用户所决定,TL与TH分别为可调控温度的最小值与最大值,可设置为TH=Tmax-0.2θ,TL=Tmin+0.2θ,θ=Tmax-Tmin为温度死区),选择在可控温度范围内的空调组成可控开启群与关闭群参与调控。
最后进行功率响应,若系统需要减小负荷,则关闭处于可控开启群中排名靠前的空调,若需要增加负荷,则开启处于可控关闭群中排名靠前的空调,具体开启与关闭的空调数目由响应功率的大小决定,而对不可控群中的空调不做操作。
然而当对集群中靠近温度上下限的空调进行启停控制时,经过较短的时间,这些空调将会因室内温度到达上下限而再次开启或关闭,从而导致设备频繁启停,危害使用寿命,同时也影响了控制效果。尽管上述控制策略通过设置可控温度范围,在一定程度上避免了部分空调频繁启停,但是当空调温度死区θ较小时,上述问题依然十分严峻。
为避免部分空调被频繁控制,在此基础上,进一步结合改变空调温度设定值的控制思想,提出了改进温度优先序列控制算法,即在关闭处于可控开启群中空调的同时,提高其温度设定值,所提高的温度为ΔT1=T-Tmin,而在开启可控关闭群中空调的同时,降低其温度设定值,所降低的温度为ΔT2=Tmax-T,在温度调节过程中保持温度死区θ不变。
另一方面,优选的,控制方法还对空调负荷集群执行改进下垂控制策略。图3为空调集群控制策略示意图,其控制流程如下:
对于温控负荷集群,下垂控制策略如下式所示:
P*=kf(f-fN)+P0
式中,P*为温控负荷集群的目标功率,P0为集群初始功率,kf为频率下垂系数,fN为电网的额定频率。
其中,优选的,在上述关闭和上述开启过程中,温控负荷集群的有功功率和无功功率满足如下约束:UL<U=U0-kp(P-P0)-kq(Q-Q0)<UH
式中,kp与kq为电压变化系数,kp=R/U,kq=X/U,UL、UH分别为温控负荷集群的电压上下限,电压上下限分别取为额定电压的95%与105%,U0为温控负荷集群的初始电压,P为温控负荷集群的当前有功功率,P0为温控负荷集群的初始有功功率,Q为温控负荷集群的当前无功功率,Q0为温控负荷集群的初始无功功率,R为线路等值电阻,X为线路等值电抗。
由于线路阻抗的存在,在对负荷进行调控时,负荷功率的改变会导致电压的变化,进而对调控效果以及电网的安全性造成影响。由简单电力系统的潮流方程可得到系统的电压降落为:
Figure GDA0003598650360000091
式中,R与X分别为线路等值电阻与电抗,U为负荷电压,PL与QL分别为负荷有功功率与无功功率。
根据式
Figure GDA0003598650360000092
系统的电压降落受负荷功率的影响,特别的,当线路电抗X远大于电阻R时,电压变化主要与负荷无功功率QL有关。根据空调负荷电气模型,其有功功率与无功功率无法解耦,在调控集群有功功率时,集群无功功率也会不可避免的改变,而集群无功功率的变化会导致负荷电压的大幅改变,可能造成负荷电压超过安全限值,给电网的安全运行带来威胁。根据式
Figure GDA0003598650360000093
得到电压变化方程为:
U0-U=kp(P-P0)+kq(Q-Q0)
式中,kp与kq为电压变化系数,kp=R/U,kq=X/U。
为避免负荷电压越限,将上式引入电压限值约束:
UL<U0-kp(P-P0)-kq(Q-Q0)<UH
优选的,上述方法还包括:
实时监测各温控负荷的功率,调整处于开启状态和关闭状态的温控负荷数量,以消除对目标功率的响应偏差;
其中,假设各温控负荷的电气模型参数相同,控制处于开启状态和关闭状态的温控负荷数量为:P*=(ΔN+N)P1
式中,P*为温控负荷集群的目标功率,P1为当前各温控负荷的有功功率,N为当前时刻处于开启状态的温控负荷数目,ΔN为当前时刻需要启停温控负荷的数目。
根据空调负荷的ZIP模型(功率响应偏差,电压静态特性),其实际消耗的功率与(集群)负荷电压大小有关,当(集群)负荷电压发生大幅变化时,空调实际有功功率会偏离其额定值,从而使得集群实际响应功率偏离目标功率。因此本方法通过实时监测各空调负荷的功率,调整开关空调的数量,以消除响应功率的偏差。假设各空调负荷的ZIP模型参数相同,在某一时刻开关空调的数目由下式决定:P*=(ΔN+N)P1
优选的,上述方法还包括:对温控负荷集群进行下垂控制,控制策略为:P*=kf(f-fN)+P0,式中,P*为温控负荷集群的目标功率,P0为可控负荷集群的初始功率,kf为微电网频率下垂系数,fN为微电网的额定频率,f为微电网的实际频率;
Figure GDA0003598650360000101
kf,max为下垂系数最大值(与用户参与度有关,由用户设定),SOC为温控负荷集群的等效荷电状态,
Figure GDA0003598650360000102
N0为温控负荷集群中空调的总数量,N为当前处于开启状态的温控负荷数目,Nmax1为可控开启群中当前时刻最大可开启空调的数目,Nmax2为可控关闭群中当前时刻最大可关闭空调的数目。
为实现当集群可调容量充足时,充分发挥其调节作用,当集群可调容量不足时,避免目标功率超出集群调节范围,本方法设置变下垂系数控制策略,即kf。当Δf≥0时,集群功率需要增加,kf随SOC的增加而减小,当Δf≤0时,集群功率需要减小,kf随SOC的增加而增大。即当集群可调容量充足时,下垂系数较大,以充分发挥其调节作用;而当集群可调容量较少时,下垂系数较小,避免目标功率超出集群调节范围。
实施例二
一种微电网频率控制方法,包括:
在采用如上实施例一所述的一种温控负荷集群控制方法对微电网中的温控负荷集群进行控制结束后,通过频率辅助控制方式控制微电网频率至额定频率,频率辅助控制表示为:
Figure GDA0003598650360000111
式中,kP与kI分别为比例常数与积分常数,s为复变量,f为微电网的实际频率,fN为微电网的额定频率,ΔP*为集群功率调节量。
上述实施例一改进下垂控制能够实时平衡功率波动,使系统频率维持在一定范围内,但是在控制结束后,电网频率与额定频率仍然存在偏差,不利于电网稳定运行。对此,本实施例方法构建频率辅助控制环节使之恢复到额定值。
需要说明的是,上述实施例一和实施例二分别用到空调负荷的热力学模型与电气模型,因此,首先需要构建空调负荷的热力学模型与电气模型,采用等效热参数方法建立空调负荷热力学模型,描述室内与室外热交换过程,采用负荷ZIP模型建立空调负荷电气模型,描述空调负荷静态特性。
以制冷空调为例,图4为空调负荷一阶等效热参数(equivalent thermalparameters,ETP)模型,该模型主要考虑了室内与室外的热交换过程,室温变化的一阶微分方程为:
Figure GDA0003598650360000112
式中,Qac表示空调制冷量,kW;Tin表示室内温度,℃;Tout表示室外温度,℃;R为建筑物的等效热阻,℃/kW;C为建筑物的等效热容,kJ/℃。
定频空调运行时功率不能连续调节,仅具有开启和停止两种状态,通过开启与停止状态的不断转换以维持室内温度的稳定。假设Tset为空调设定温度,温度上下限为Tmax与Tmin,θ为温度死区。当室内温度高于温度上限Tmax时,空调开启,室内温度逐渐下降,此时空调以额定功率持续运行;当室内温度下降到温度下限与Tmin时,空调关闭,室内温度逐渐上升,此时空调不消耗功率,当温度上升至温度上限时,空调将再次开启,如此循环,维持室内温度的稳定。
图5为空调负荷电气ZIP模型,根据相关实验研究,同其他负荷类似,在运行时空调负荷功率会随着负荷电压的变化而改变,其电压静态特性可用ZIP模型来描述,电压静态特性表达式为:
Figure GDA0003598650360000121
式中,PN、QN分别为空调负荷的额定有功功率与无功功率,kW;UN为额定电压,V;ap、bp、cp、aq、bq、cq为功率系数。
空调负荷的电功率与制冷量的关系为:
P=Qac
式中,η为热电转换系数;P为电功率,kW。对于定频空调,其热电转换系数近似为定值。
为验证本文所提空调集群控制策略的有效性,在Matlab/Simulink上搭建了如图6所示的仿真模型。设置风机容量为275kVA,出力受风速影响;可控DG容量为300kVA,采用下垂控制,下垂系数设置为k0*=1;额定有功功率为1kW,无功功率为200Var,下垂系数设置为kp*=1,ki*=0.2;线路参数为R=0.06Ω,L=0.255mH。
在仿真中引入风电功率波动,图7为空调集群功率变化情况,通过改进下垂控制策略,空调集群有功功率变化较大,能够实时跟踪风电出力的波动,维持系统有功功率平衡;而空调集群无功功率变化较小,其原因是空调负荷的无功功率随电压变化较大,在一定程度上弥补了启停空调所带来的无功变化。图8对比了有无频率辅助控制环节时系统的频率变化,仅采用频率下垂控制时,系统频率最高超过50.1Hz,而在加入频率辅助控制后,频率变化大幅降低,限制在±0.05Hz内,提高了系统的稳定性。图9展示了负荷电压的变化,在集群电压约束下,负荷电压变化被限制在安全范围内,避免了电压越限给电网运行带来安全隐患。
图10为在集群控制过程中,集群等效荷电状态的变化情况。通过群内控制策略对空调集群进行调控后,在每一时刻集群中最大可开启与关闭的空调数目在不断变化,因此集群等效荷电状态的最大与最小值也呈现出动态变化的特征。通过变下垂系数控制,当集群等效荷电状态靠近上下限时,集群响应功率变化相对较小,避免功率超出集群调控范围。
图11为前4小时内各空调室内温度的变化情况,可以看出各空调室内温度变化基本在23~26℃范围内,室内温度变化范围相对较小,能够基本满足用户舒适度需求。在实施例一的改进温度优先序列控制下,空调集群总受控启停次数为13622次,相较于传统温度优先序列控制减小了3870次,从而在一定程度上减小了对空调的使用寿命的影响。因此,改进温度优先序列控制策略在满足用户舒适度需求的同时,能够有效避免空调频繁启停,减小对其使用寿命的影响。
以上算例结果表明,上述一种计及电气特性的温控负荷建模及集群控制方法能够准确描述空调负荷的运行特性,优化了群内空调的启停特性,避免空调频繁启停,实现对电网功率波动的平抑。
实施例三
一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的一种温控负荷集群控制方法。相关技术方案同实施例一,在此不再赘述。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种温控负荷集群控制方法,其特征在于,包括:
从位于微电网中的温控负荷集群中选择在可控温度范围内环境下的温控负荷,组成可控开启群和可控关闭群,以参与可再生能源功率波动平抑;
当为满足微电网功率平衡而需增加集群功率时,按照所处当前环境温度从低到高的温控负荷顺序,开启所述可控关闭群中部分温控负荷,同时提高其温度设定值;当需减小集群功率时,按照所处当前环境温度从高到低的温控负荷顺序,关闭所述可控开启群中部分温控负荷,同时降低其温度设定值,其中开启与关闭的部分温控负荷数目由集群目标功率大小决定;
其中,在所述关闭和所述开启过程中,温控负荷集群的有功功率和无功功率满足如下约束:UL<U=U0-kp(P-P0)-kq(Q-Q0)<UH
式中,kp与kq为电压变化系数,kp=R/U,kq=X/U,UL、UH分别为温控负荷集群的电压上下限,U0为温控负荷集群的初始电压,P为温控负荷集群的当前有功功率,P0为温控负荷集群的初始有功功率,Q为温控负荷集群的当前无功功率,Q0为温控负荷集群的初始无功功率,R为线路等值电阻,X为线路等值电抗。
2.根据权利要求1所述的一种温控负荷集群控制方法,其特征在于,基于温控负荷的温度设定值上下限[Tmin,Tmax],设置可控温度范围为[TL,Tmax]与[Tmin,TH],TL和TH分别为所述可控温度范围的最小值与最大值。
3.根据权利要求2所述的一种温控负荷集群控制方法,其特征在于,TH=Tmax-0.2θ,TL=Tmin+0.2θ,θ=Tmax-Tmin
4.根据权利要求2所述的一种温控负荷集群控制方法,其特征在于,所述提高其温度设定值中,所提高的温度为:ΔT1=T-Tmin;式中,T表示温控负荷所处环境的当前温度。
5.根据权利要求2所述的一种温控负荷集群控制方法,其特征在于,所述降低其温度设定值中,所降低的温度为:ΔT2=Tmax-T;式中,T表示温控负荷所处环境的当前温度。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种温控负荷集群控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
实时监测各温控负荷的功率,调整处于开启状态和关闭状态的温控负荷数量,以消除对目标功率的响应偏差;
其中,假设各温控负荷的电气模型参数相同,控制处于开启状态和关闭状态的温控负荷数量为:P*=(ΔN+N)P1
式中,P*为所述温控负荷集群的目标功率,P1为当前各温控负荷的有功功率,N为当前时刻处于开启状态的温控负荷数目,ΔN为当前时刻需要启停温控负荷的数目。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种温控负荷集群控制方法,其特征在于,所述方法还包括:对所述温控负荷集群进行下垂控制,控制策略为:P*=kf(f-fN)+P0
式中,P*为温控负荷集群的目标功率,P0为可控负荷集群的初始功率,kf为微电网频率下垂系数,fN为微电网的额定频率,f为微电网的实际频率;
Figure FDA0003598650350000021
kf,max为下垂系数最大值,SOC为温控负荷集群的等效荷电状态,
Figure FDA0003598650350000022
N0为温控负荷集群中空调的总数量,N为当前处于开启状态的温控负荷数目,Nmax1为所述可控开启群中当前时刻最大可开启空调的数目,Nmax2为所述可控关闭群中当前时刻最大可关闭空调的数目。
8.一种微电网频率控制方法,其特征在于,包括:
在采用如权利要求7所述的一种温控负荷集群控制方法对微电网中的温控负荷集群进行控制结束后,通过频率辅助控制方式控制微电网频率至额定频率,频率辅助控制表示为:
Figure FDA0003598650350000031
式中,kP与kI分别为比例常数与积分常数,s为复变量,f为微电网的实际频率,fN为微电网的额定频率,ΔP*为温控负荷集群功率调节量。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1至7任一项所述的一种温控负荷集群控制方法和/或如权利要求8所述的一种微电网频率控制方法。
CN202011085578.3A 2020-10-12 2020-10-12 一种温控负荷集群控制方法 Active CN112186783B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011085578.3A CN112186783B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种温控负荷集群控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011085578.3A CN112186783B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种温控负荷集群控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112186783A CN112186783A (zh) 2021-01-05
CN112186783B true CN112186783B (zh) 2022-07-12

Family

ID=73949326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011085578.3A Active CN112186783B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种温控负荷集群控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112186783B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113311713B (zh) * 2021-05-31 2022-08-16 燕山大学 基于集群状态统计的温控负荷需求响应控制方法
CN115377963B (zh) * 2022-07-18 2023-05-09 四川大学 一种异质性集群空调负荷新型温度设定值控制方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102158303B1 (ko) * 2018-07-13 2020-09-21 주식회사동우유니온 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법
CN109103893B (zh) * 2018-09-27 2020-12-08 华北电力大学 一种集群温控负荷参与电网agc的辅助调频方法
CN111327064B (zh) * 2020-03-31 2021-11-16 上海电力大学 一种考虑负荷电压静态特性的微电网频率控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112186783A (zh) 2021-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109103893B (zh) 一种集群温控负荷参与电网agc的辅助调频方法
CN111555304B (zh) 一种面向电网调频服务的空调负荷虚拟储能调度方法
CN110542177B (zh) 面向需求响应的变频空调聚合控制方法
CN112186783B (zh) 一种温控负荷集群控制方法
CN108988356B (zh) 基于虚拟储能的电热微网联络线功率波动平抑方法
CN108197726B (zh) 一种基于改进进化算法的家庭能量数据优化方法
CN108494012B (zh) 一种计及电转气技术的区域综合能源系统在线优化方法
CN113315157B (zh) 一种考虑广义储能集群参与的配电网协同控制方法
CN106849132B (zh) 基于群控热泵的微电网联络线功率波动平抑方法及系统
CN112366682B (zh) 用户侧可调控灵活资源的量化与协同优化控制方法
CN103293961B (zh) 一种基于需求响应控制的能效电厂建模和集成方法
WO2023197713A1 (zh) 一种提升配电网韧性的两阶段需求响应策略
WO2022156014A1 (zh) 混联风光微电网快速频率响应分布式协调控制方法及系统
CN111277007A (zh) 计及需求侧响应的火电机组调频系统
CN111271824B (zh) 一种中央空调需求响应集中分散控制方法
CN117151398A (zh) 一种基于虚拟电厂的中央空调调控方法及系统
CN107273673B (zh) 一种考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控方法
CN115470963A (zh) 一种基于电价的负荷虚拟储能的优化运行方法
CN114943140A (zh) 考虑用户体验的分组调控下评估空调集群响应潜力的方法
CN105958513B (zh) 一种基于hvac系统的区域电网功率动态平衡的方法
CN113420413B (zh) 一种基于负荷可塑性的柔性负荷可调节能力量化方法及系统
CN107563547A (zh) 一种新型用户侧用能纵深优化综合能源管控方法
CN113067349A (zh) 一种孤岛运行模式下的频率紧急控制方法
Huangfu et al. An energy management strategy of more-electric aircraft based on fuzzy neural network trained by dynamic programming
CN112967152B (zh) 一种水环热泵负荷聚合建模与控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant