一种变频空调聚合参与电力系统调频的混合控制方法与流程

本发明涉及一种电力系统频率调节的控制方法，特别是涉及了一种变频空调聚合参与电力系统调频的混合控制方法。

背景技术：

新能源发电具有间歇性、波动性和不确定性，发电侧新能源的增加给电力系统的平衡稳定带来了更多挑战。此外，夏季高温极端天气增多和人民生活水平的提高，使用电侧的空调耗电量占比不断提高，在我国例如北京、江苏等地区，用电高峰时刻的空调耗电占比达到40％～50％。面对发电侧和用电侧这两大挑战，电力系统的频率调节显得更加重要。

传统意义上，电力系统调频是通过控制发电机，在短时间内调节改变发电机的出力，从而顺从用电侧的耗电量变动，达到维持发电侧和用电侧之间平衡的目的。然而，发电侧新能源发电比例的提高和传统发电机比例的降低，将使可调发电机的数量减小，电力系统中的调频容量未来会进一步减小，这严重影响了电力系统的安全稳定运行。

信息和通信技术的进步使电力用户能够通过控制负荷设备为电力系统提供调频。例如，当发电量小于用电量时，既可以通过提高发电机出力的方式维持系统平衡，也可以通过降低负荷耗电量的方式维持系统平衡。这种调节负荷为电力系统提供调频的控制称为需求响应。面对高比例的空调耗电量，以及不断增加的变频空调数量，可以利用信息通信技术控制变频空调，为电力系统提供调频控制。

变频空调的压缩机受变频器控制可以连续改变转速，从而连续调节变频空调的运行功率，这与传统定频空调相比，具有更加灵活的调节能力。现有技术缺少了针对变频空调参与电力系统调频的混合控制的方式和方法。

技术实现要素：

为了针对解决上述背景技术中的问题，本发明提供了一种变频空调聚合参与电力系统调频的混合控制方法。

本发明采用的技术方案具体实现步骤如下：

本发明根据电力系统的频率偏差，调整变频空调的压缩机转速，为电力系统提供调频控制。具体而言：

当电力系统实际频率低于额定频率时，根据电力系统的频率偏差对变频空调进行调频控制，降低压缩机转速从而降低运行功率，为电力系统提供频率上调；

当电力系统实际频率高于额定频率时，根据电力系统的频率偏差对变频空调进行调频控制，提高压缩机转速从而提高运行功率，为电力系统提供频率下调；

具体控制表示为：

△fi^iac(t)＝θi·△tdev,i(t)+ηi·∫△tdev,i(t)dt+δi·△f^s(t)+γi·∫△f^s(t)dt

其中，△fi^iac(t)指在t时刻变频空调i的压缩机运行频率调整量，t指时间，i指变频空调编号，i＝1,2,…,n即变频空调群总数量为n，△tdev,i(t)指在t时刻房间内实际温度与变频空调设定温度的差值，θi指变频空调温度控制的比例调节系数，ηi指变频空调温度控制的积分调节系数，△f^s(t)指在t时刻电力系统的实际频率与额定频率的差值，δi指变频空调为电力系统提供调频控制的比例调节系数，γi指变频空调为电力系统提供调频控制的积分调节系数。

针对聚合的变频空调群，采用死区控制和滞回控制的混合控制方式：

(1)死区控制的实现方法是：

对每台变频空调设定参与电力系统频率调节阈值△fi^s，只有电力系统实际频率偏差△f^s(t)超过参与电力系统频率调节阈值△fi^s，变频空调才会参与电力提供频率调节，具体判定表示为：

其中，△fi^s指变频空调i参与电力系统频率调节阈值，指变频空调i在t时刻是否参与电力系统频率调节参数；

若等于0，则变频空调i在t时刻不参与电力系统频率调节，即不采用权利要求1的上述公式进行调频控制；若等于1，则变频空调i在t时刻参与电力系统频率调节，即采用权利要求1的上述公式进行调频控制；

因此，当电力系统实际频率偏差值△f^s(t)小于阈值△fi^s时，变频空调i不参与电力系统调频，此死区控制方式可以降低变频空调受电力系统频率波动的影响。

(2)滞回控制的实现方法是：

对每台变频空调设定电力系统频率调节退出阈值且电力系统频率调节退出阈值小于等于变频空调i参与电力系统频率调节阈值△fi^s，表示为：

变频空调i在电力系统实际频率偏差值△f^s(t)小于电力系统频率调节退出阈值△fi^s时不退出调频控制，而在电力系统实际频率偏差值△f^s(t)小于阈值时退出，形成滞回控制，具体判定表示为：

其中，指变频空调i在t时刻是否退出电力系统频率调节参数；

若等于1，则变频空调i在t时刻退出电力系统频率调节控制；若等于0，则变频空调i在t时刻不退出电力系统频率调节控制。

通过滞回控制方式可延长变频空调退出电力系统频率调节控制时间，只有在电力系统频率偏差减小到时才退出调频控制，避免了电力系统调频过程中变频空调退出调频控制，减小了电力系统调频过程的系统频率波动，确保了电力系统频率的顺利恢复。

针对聚合的变频空调群参与电力系统频率调节阈值△fi^s采用序列随机分配方式设定，即将变频空调群的参与电力系统频率调节阈值△fi^s设定范围为n台变频空调的参与电力系统频率调节阈值△fi^s按序列随机平均分布在区间从而实现随着电力系统频率偏差增大，参与电力系统调频的变频空调数量增多。在电力系统的每轮调度周期开始前，将每台变频空调的参与电力系统频率调节阈值△fi^s分别各自独立地在设定范围内随机重置，即n台变频空调的参与电力系统频率调节阈值△fi^s重新随机设定使其按序列平均分布在区间从而避免阈值△fi^s较小的变频空调在每轮调度周期都先参与系统调频，而阈值△fi^s较大的变频空调在每轮调度周期都后参与系统调频，这样每轮调度周期对变频空调群的参与电力系统频率调节阈值△fi^s随机分配再排序，能够降低对变频空调个体参与电力系统调频的影响。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过同时考虑死区控制和滞回控制的混合控制方式，既减小了参与电力系统调频对变频空调的影响，又减小了调频过程中电力系统的频率波动。此外，本发明提出的变频空调个体之间调控序列的随机分配方法，可以减少对用户舒适度的影响。本发明对大规模变频空调参与电力系统频率调节具有极大工程应用价值。

附图说明

图1是本发明的混合控制方式示意图。

图2是本发明的电力系统调频效果示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图作进一步说明。

按照本发明发明内容的完整方法实施的实施例具体情况如下：

某电力系统容量为800mw，电力系统额定运行频率为50hz，其中有3万台变频空调可控，为电力系统提供调频。变频空调群参与电力系统调频的阈值最小值为0.01hz，变频空调群参与电力系统调频的阈值最大值为0.03hz。变频空调温度控制的比例调节系数θi为0.52，变频空调温度控制的积分调节系数ηi为0.032，变频空调为电力系统提供调频的比例调节系数δi为200，变频空调为电力系统提供调频控制的积分调节系数γi为0.02。

用3个案例对比本发明的效果。案例1，没有变频空调参与电力系统调频控制；案例2，有1.5万台变频空调参与调频控制；案例3，有3万台变频空调参与调频控制。当系统受到20mw负荷突然增加的冲击时，电力系统的调频效果如图2所示。

对于案例1，电力系统最大频率偏差为-0.117hz；对于案例2，电力系统最大频率偏差为-0.086hz；对于案例1，电力系统最大频率偏差为-0.067hz。

由此可见，本发明可以有效减小电力系统的频率波动，便于指导电力系统中对变频空调的控制，为变频空调参与电力系统调频工作提供了依据，实现了其技术效果。