一种基于自抗扰的聚合温控负荷需求侧资源调度控制方法与流程

发明涉及用电负荷管理，尤其涉及一种考虑负荷用电安全特性的负荷管理系统及其故障分析方法。

背景技术：

1、随着“源-网-荷”互动控制技术的发展，负荷侧快速控制手段逐渐成熟，需求响应(demand respond，dr)被认为是当下缓解电力供需矛盾、提高电网运行效率的有效措施之一。尤其是在夏季用电高峰期或弃风、弃光期间，鼓励用户侧负荷参与电网运行，能够平抑负荷、消纳间歇式电源。dr作为用户侧与电网互动的重要手段，通过智能电表等高级量测体系监测用户状态信息，接收电网指令，完成对用户行为的引导，从而实现对电网需求的响应。

2、当前，电力系统的发电功率和用电功率时刻保持平衡至关重要，但间歇式新能源大规模并网给电力系统维持电源与负荷间的功率平衡带来了极大挑战。传统方法一般由火电等可控电源提供电力系统辅助服务来弥补功率不平衡，但这一方面降低了系统运行效率，另一方面火电机组的深度调峰也增加了系统运营成本。兼具虚拟储能和灵活调度两大特性的“碎片”化温控负荷类需求侧资源，如空调、冰箱和电热水器等，大量聚合后有着较大的可调节潜力，成为了需求侧参与电力系统辅助服务的一种有效方式，也为电力系统维持功率平衡提供了可选择的手段。

3、聚合温控负荷平抑新能源功率波动，参与负荷平衡的调控，就是聚合温控负荷对收到的控制信号作出相应响应的过程。目前，针对聚合温控负荷采用的控制策略包括两种：集中式控制、分散式控制。受通信、测量设施和电力系统计算平台运算水平的限制，负荷集中式控制应用到大型电力系统中的难度较大；负荷分散式控制具有成本低、响应快的优势，但是很容易出现过控或欠调。

4、尽管聚合温控负荷的温度设定值调整控制已较为成熟，但目前大多控制策略存在聚合温控负荷控制精度不佳、响应时间较长、温控设备温度频繁波动、控制策略鲁棒性差等不足之处。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，解决现有技术的不足之处，提出一种基于自抗扰的聚合温控负荷需求侧资源调度控制方法，该方法利用自抗扰控制对聚合温控负荷进行快速、精准控制，提升了聚合温控负荷的响应速度和相应精度；另外本发明提出了二阶线性自抗扰控制策略，能够对聚合温控负荷的控制器输出进行滤波，有效抑制温控负荷控制器输出波动；本发明还提出了一种基于遗传算法的聚合温控负荷控制器参数整定方法，在温控负荷模型不准确的情况下，也能够保证较好的控制效果，使温控负荷需求侧控制策略更具有普适性。

2、一种基于自抗扰的聚合温控负荷需求侧资源调度控制方法，包括以下步骤：

3、步骤1，构建聚合温控负荷模型；

4、步骤2，构建资源调度的控制算法，即构建二阶ladrc通常将被控对象的模型；

5、步骤3，采用遗传算法进行控制参数寻优；

6、步骤4，将ladrc控制器应用于atcl。

7、优选的，步骤2中，二阶ladrc通常将被控对象的模型视为：

8、

9、式中f(t)是广义扰动，包括被控对象的未建模动态和外部扰动；假设f(t)可微，为了估计广义扰动f(t)，故将其视为一个新的状态变量，令z1＝y,z3＝f,则上式用如下状态空间形式实现：

10、

11、式中：

12、z＝[z1 z2 z3]t  (3)

13、

14、在ladrc中，利用线性扩张状态观测器leso估计总扰动及输出y及其各阶导数；leso的结构如下所示：

15、

16、式中lo是观测器增益向量：

17、lo＝[β1 β2 β3]t  (6)

18、当ae-loce渐近稳定时，z1和z2将会近似等于输出y和其导数z3将会近似等于总扰动f，以此实现状态估计和观测；

19、选择如下状态反馈控制律去抑制总扰动f；

20、

21、式中r(t)是参考输入信号，是扩张参考输入信号；

22、

23、而ko是控制器增益；

24、ko＝[k1 k2 1]/b0  (9)

25、因此二阶ladrc可以由如下状态空间形式描述：

26、

27、综上，二阶ladrc的整定就是6个参数(k1,k2,β1,β2,β3,b0)的选取；为了简化其参数选取问题，通过极点配置的方法，让控制器增益(k1,k2)的选取与控制器带宽ωc，让观测器增益(β1,β2,β3)的选取与观测器带宽ωo相关；

28、

29、由此，通过选取ωc,ωo,b0以整定ladrc控制器参数。

30、优选的，步骤3中，遗传算法的基本步骤是：

31、步骤3.1，初始化：设置进化代数计数器t＝0，设置最大进化代数t，随机生成m个个体作为初始群体p(0)；

32、步骤3.2，个体评价：计算群体p(t)中各个个体的适应度；

33、步骤3.3，选择运算：将选择算子作用于群体；选择的目的是把优化的个体直接遗传到下一代或通过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代；选择操作是建立在群体中个体的适应度评估基础上的；

34、步骤3.4，交叉运算：将交叉算子作用于群体；遗传算法中起核心作用的就是交叉算子；

35、步骤3.5，将变异算子作用于群体；即是对群体中的个体串的某些基因座上的基因值作变动；群体p(t)经过选择、交叉、变异运算之后得到下一代群体p(t+1)；

36、步骤3.6，终止条件判断：若t＝t,则以进化过程中所得到的具有最大适应度个体作为最优解输出，终止计算；

37、利用上述步骤对ladrc控制器整定参数ωc,ωo,b0进行寻优，得出每一个负荷管理采样时刻，控制器参数最优值。

38、优选的，步骤4实施时，所有atcl作为一个整体来响应电网调度的二次调频指令，对电网调度而言，需将atcl当做一台虚拟agc机组；tcl模型采用二阶等效热力学参数模型；

39、将大量atcl用于电力系统调度控制时，需采用tcl聚合体的形式；tcl模型假设某一区域内有p个tcl聚合体，共包括m+……+n台tcl设备，m为第1个聚合体负荷数量，……，n为第p个聚合体负荷数量，tcl聚合体的控制信号u1，……，up由它的ladrc控制器产生，监测其输出功率pf1，……，pfp并反馈到ladrc，它需跟踪的功率参考信号为pref1,……，prefp，pref为该区域内所有tcl聚合体需调节的调度功率指令。

40、优选的，将ladrc控制器应用于atcl模型中时，具体执行步骤如下：

41、步骤4.1，采样调控中心下发的需求响应功率参考值pref；

42、步骤4.2，遍历各tcl聚合体内温控负荷状态(实时温度和响应功率)；

43、步骤4.3，确定各tcl聚合体应响应的功率参考值pref1，……，prefp；

44、步骤4.4，对比当前时刻各tcl聚合体功率参考值与实测值偏差；

45、步骤4.5，通过遗传算法确定各tcl聚合体最优ladrc整定参数；

46、步骤4.6，将最优ladrc整定参数应用于控制器，确定各区域温控调节器输出值；

47、步骤4.7，各温控负荷根据指令进行响应。

48、本发明的优点及技术效果在于：

49、1.本发明提出了一种基于自抗扰控制的聚合温控负荷需求侧调度控制方法，利用自抗扰控制对聚合温控负荷进行快速、精准控制；

50、2.本发明提出的二阶线性自抗扰控制策略，能够对聚合温控负荷的控制器输出进行滤波，平抑控制器输出波动，避免温控设备频繁抖动；

51、3.本发明提出了一种基于遗传算法的聚合温控负荷控制器参数整定方法，有效提升了聚合温控负荷的负荷管理鲁棒性，使控制策略更具有普适性。

52、本发明的一种考虑负荷用电安全特性的负荷管理系统及其故障分析方法，一方面有效提升了聚合温控负荷的响应速度和相应精度，更好的参与电网调度，参与电网侧负荷管理；另一方面本发明有效减小了控制器输出波动，避免单个温控设备大幅度参与需求响应，影响用户使用舒适度；最后本发明有效提升了聚合温控负荷的负荷管理鲁棒性，在温控设备模型不确定性扰动下，保证较好的控制效果。