一种电动汽车与空调联合参与调频的低频减载方法与流程

本发明属于电力系统频率稳定控制技术领域，具体涉及一种电动汽车与空调联合参与调频的低频减载方法。

背景技术：

电动汽车具有响应速度快、调节性能好、可调节容量大等特点。在城区，大量电动汽车上班期间在办公区域充电，下班后在小区充电已成为趋势，同时空调负荷大规模运行，夏季用电高峰时段的空调负荷用电比例可达30％～40％，电动汽车/空调负荷群同步接入电网的典型模式广泛存在。

另一方面，电动汽车与空调负荷均能灵活快速改变其负荷功率，快速响应电网的控制信号，降低负荷需求，能在不影响用户舒适度的前提下改善电网发电侧与负荷侧的不平衡状态，可成为智能电网需求侧重要的减载资源。若能利用电动汽车放电和降低空调房间舒适度来减负荷的方式共同参与电网调频，并应用于低频减载过程中，对于提高电网频率安全稳定水平和稳定裕度，减小低频切负荷量(提高供电可靠性)具有重要意义，同时亦能减小电网旋转负荷备用压力、提升电网整体的发电经济性。

传统低频减载通过切除负荷实现功率平衡，未能充分利用智能电网需求侧的资源。因此，如果在低频减载过程中有效地利用电动汽车/空调资源，制定合理的低频减载方案，对电网的安全稳定运行具有重大意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：以电动汽车/空调负荷群同步接入电网为对象，针对低频减载方案现有技术的前述不足，而提出一种电动汽车与空调联合参与调频的低频减载方法，充分利用大规模电动汽车/空调负荷群的需求侧调频资源参与到电网低频减载过程，可提高电网频率安全稳定控制水平，减小低频切负荷量。

本发明采取的技术方案为：

一种电动汽车与空调联合参与调频的低频减载方法，包括以下步骤：

步骤1：测量电网频率，并根据系统频率变化率，计算电力系统有功功率缺额；

步骤2：根据电动汽车/空调的出力大小，确定投入优先顺序，将电动汽车荷电状态及空调房间温度划分为若干区间，然后计算电动汽车/空调各区间调节容量、总调节容量：

步骤3：负荷聚合商/电动汽车管理中心根据步骤1的电力系统有功功率缺额、以及步骤2电动汽车/空调的调节容量来确定切负荷量，并实施低频减载。

本发明一种电动汽车与空调联合参与调频的低频减载方法，针对电动汽车/空调负荷在城市办公区广泛组合接入电网的模式与特点，充分挖掘利用二者联合参与系统调频的需求侧响应能力，并应用于电网低频减载过程。通过实时监测空调房间温度及电动汽车荷电状态，并据监测结果将电动汽车/空调分在不同区间内，再聚合确定电动汽车/空调负荷群的联合调频可调节容量，应用于低频减载过程中。首先根据电网频率变化率计算有功功率缺额，并结合功率缺额大小与电动汽车/空调负荷群可调频容量判断系统切负荷量，进而制定低频减载方案。本发明充分利用大规模电动汽车/空调负荷群的需求侧调频资源参与到电网低频减载过程，可提高电网频率安全稳定控制水平及减小低频切负荷量。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为电动汽车/空调联合参与调频的低频减载实施案例图。

具体实施方式

一种电动汽车与空调联合参与调频的低频减载方法，包括如下步骤：

步骤1：测量电网频率，并根据系统频率变化率计算电力系统有功功率缺额，步骤1中电力系统有功功率缺额的表达式为：

其中，heq为电力系统发电机的等效惯性时间常数；fn为系统额定频率；系统惯性中心频率fcoi。

步骤2：根据电动汽车/空调的出力大小确定投入优先顺序，将电动汽车荷电状态及空调(以制冷为例)房间温度划分为若干区间，然后计算电动汽车/空调各区间调节容量及总调节容量：

表1电动汽车/空调可调节区间的划分

其中，soc表示电动汽车的荷电状态。

在表1中，不同区间内，电动汽车/空调动作的优先顺序为：区间1>区间2>区间3，同一区间内优先选择能向电网提供更多功率支撑的电动汽车/空调，即是优先选择剩余电量更多的电动汽车及温度设置更小的空调。

电动汽车当前的充放电功率/空调运行功率、当前soc，空调房间的温度均由安装在充电桩或者家里的智能网关通信模块测得，如小米公司的空调伴侣。

电动汽车/空调各区间调节容量及总调节容量为：

可控负荷总的可调节容量为：

pall＝pev.1+pev.2+pre.1+pre.2+pre.3

其中，pc为电动汽车当前充电功率；

pmax为电动汽车额定放电功率；

pev.1、pev.2分别为步骤2中所划分区间的电动汽车功率可调节容量；

pre.1、pre.2、pre.3分别为步骤2中所划分区间的空调功率可调节容量；

pop.1、pop.2、pop.3为步骤2中所划分区间空调的实时运行功率；

n1、n2、m1、m2、m3分别对应当前区间的电动汽车及空调的数目。

步骤3：负荷聚合商/电动汽车管理中心，根据步骤1的系统有功功率缺额及步骤2电动汽车/空调的调节容量来确定切负荷量，并制定低频减载计划，利用电动汽车/空调的响应以及低频减载装置，完成减载。

负荷聚合商/电动汽车管理中心是将零散的空调/电动汽车整合到一起的单位。

低频减载是一种防止电力系统出现频率崩溃的安全控制措施。低频减载装置是实现这一措施的自动装置。它由频率测量和减载两个环节组成。

切负荷量可分为以下两种情况：

1)：系统功率缺额小于等于电动汽车/空调总可调节容量时，按照步骤2的优先顺序控制电动汽车/变频空调动作，此时系统可切负荷量pshed为：

pshed＝0

2)：系统功率缺额大于总可调节容量时，步骤2中电动汽车/变频空调全部参与调频，剩余的功率缺额部分，首先电动汽车soc小于40％的暂停充电，若频率继续下降到49.2hz，则通过低频减载装置切负荷来平衡，系统可切负荷量pshed为：

其中，n3为soc小于40％的电动汽车数目。δp表示系统功率缺额，pall表示可控负荷总的可调节容量，pc为电动汽车当前充电功率。

低频减载的动作过程为：

设置电动汽车/空调响应动作频率阈值为49.5hz，当系统受到扰动跌落至该值时，负荷聚合商/电动汽车管理中心控制电动汽车/空调参与频率响应，具体为：当系统频率下降到49.5hz时，根据步骤3切负荷量的判断，负荷聚合商/电动汽车管理中心通过关空调以及不让电动汽车充电的方式来给系统提供有功功率，即在低频减载过程前电动汽车/空调先响应系统频率变化。

减载过程中基本轮分为4轮，其动作阈值设为：49.2hz、49.0hz、48.8hz、48.6hz、按照实际电网减载方式，将每轮次原始减载量依次设为系统可切负荷量的30％，25％，25％，20％，另外，还设置一轮特殊轮，减载量为剩余的可切负荷量。当系统频率继续跌落到49.2hz时，切除其它负荷，其它负荷指除电动汽车/空调外的电力系统常规负荷。

减载过程详细步骤如下：

步骤a：当系统频率下降到49.2hz时，低频减载装置动作切除30％的可切负荷量。

步骤b：若频率继续下降到49hz时，低频减载装置动作切除25％的可切负荷量。若频率并未下降到49hz就开始回升，则启用特殊轮将剩余的可切负荷量切除。剩下轮次的步骤以此类推。

电动汽车/空调联合参与调频的低频减载与系统频率动态响应过程如图2所示，采用该方案、当频率下跌到49.5hz时就开始响应，延缓了频率下降速度、抑制了频率下降深度。而传统减载方案(无电动汽车/空调主动参与调频)在到达低频减载动作值开始切除负荷，使得频率跌落严重。另一方面，控制电动汽车/空调对用户影响较小。综上，本发明所提方法充分考虑智能家电响应动作频率高于低频减载装置启动值的特点，利用负荷侧的电动汽车/空调替代部分被动切除的负荷，能够尽早地消除事故影响并减少控制代价。