一种微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法与流程

本发明涉及一种微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，属于需求响应。

背景技术：

1、由于环境问题、能效瓶颈、电能质量要求提高等原因，利用可再生能源建设可持续电力系统已成为一种共识和必然趋势。但可再生能源天然具有间歇性和不确定性特点，其大规模渗透已经给电网运行带来极大隐患，弃风弃光现象日益严重。

2、目前，将可调节性强的机组或储能与可再生能源机组协同运行已成为主流方案。其中，微电网是由各种分布式电源、储能和可控负荷组成的低压智能配电网，可作为与配电网互联或孤岛系统运行，考虑到微电网具有较强的源-荷-储调节能力，很多文献将其看作可再生能源就地消纳的重要手段。

3、随着人民生产、生活水平的日益提高，空调负荷呈逐年上升趋势，具有数量大、容量大特点。经研究发现，作为温控型负荷代表，短时间改变空调负荷温度设定值对室内温度的影响不大。且相对传统机组备用容量投资而言，空调负荷的中断成本较低,合理的控制也能够降低调度对用户舒适度的影响,是微电网中不可多得的柔性负荷资源。为此，有必要在微电网环境下开展通过合理优化空调系统温度设定点和储能充放等灵活资源策略来平衡不确定性的风电，从而整体上提高微电网的能效水平和降低能源成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，以解决现有技术微电网的能效水平低、能源成本高的缺陷。

2、一种微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，所述方法包括：

3、建立以燃气轮机、风电、储能及空调负荷的微电网模型，获取燃气轮机的输出电功率、储能充电功率、储能放电功率；

4、根据燃气轮机的输出电功率、储能充电功率、储能放电功率计算得到空调负荷模型的空调温度设定点范围；

5、基于空调温度设定点范围构建空调负荷平衡风电波动策略，得到聚合空调平均温度设定点；

6、基于聚合空调负荷温度设定点、燃气轮机出力功率、储能充放电功率和与配网侧交互功率构建微电网效益最大化空调系统需求响应模型。

7、进一步地，所述燃气轮机发电效率描述成关于机组电负荷率β的三次拟合多项式；

8、ηgt＝aβ3-bβ2+cβ+d                              (1)

9、式中：ηgt为燃气轮机的发电效率，a,b,c和d为正常数。

10、进一步地，所述燃气轮机的燃气消耗量数学模型如下：

11、

12、式中:vgt为燃气轮机消耗的燃气量，pgt(t)为t时段内燃气轮机的发电功率，δt为时间间隔，nt为调度时间段，lng为燃气热值。

13、进一步地，所述燃气轮机的输出电功率满足运行约束条件:

14、pgtmin≤pgt(t)≤pgtmax

15、(3)

16、式中:pgtmin和pgtmax分别为燃气轮机的最小和最大发电功率。

17、进一步地，所述风电模型中风机输出功率特性和切入风速vin、切出风速vout有关。当风速高于vin时，风机启动；当风速高于额定风速vr时，风机输出最大恒定功率当风速高于切出风速vout时，风机停机，风电模型简化为：

18、

19、式中，pwt(vt)、pwt(vt+1)分别对应风速为vt、vt+1时风电输出功率；pwt(t)为t时刻风电运行功率，kw。

20、进一步地，所述储能模型包括：

21、a.储能充电功率约束：

22、0≤pes,c≤capesγes,c                          (5)

23、式中：capes为储能容量；γes,c为最大充电倍率；

24、b.储能放电功率约束：

25、0≤pes,d≤capesγes,d                            (6)

26、式中：γes,d为最大放电倍率。

27、c.储能能量约束：

28、wes,min≤wes≤wes,max                         (7)

29、式中：wes,min、wes,max分别为储能的最大和最小储能量，kwh；储能量的变化与储能wes充放电的功率、效率和持续时间有关，关系式为：

30、

31、式中：分别为充放电前后储能的储能量，kwh；σes为自放电率；ηes,c、ηes,d为充放电效率，δt为仿真步长。

32、进一步地，所述空调负荷基于等效热参数模型推导调控后聚合空调调控潜力，第i台空调模型pi(t)为：

33、pi(t)＝x1(to(t)-tin(t))-x2(dtin(t)/dt)                     (9)

34、x1＝1/ηr，x2＝c/r                             (10)

35、式中：x1和x2为已知量；tin(t)为t时刻室内温度；to(t)为t时刻室外温度；pi(t)为t时刻空调运行功率；

36、那么，n台空调的聚合功率pa(t)为：

37、

38、令t时刻执行调温策略那么n(t)台空调的调控潜力δpa(t,n(t))为：

39、

40、式中：n(t)为t时刻空调调控台数；δpa为t时刻n(t)台聚合空调响应潜力；和分别为t时刻聚合空调平均温度设定点为和的聚合功率。为保证用户舒适度，温度设定点满足范围。

41、进一步地，所述得到聚合空调平均温度设定点包括：

42、将实际温度设置为期望温度，即

43、如果则实际温度设置低于期望温度如果则实际温度设置高于期望温度

44、因此，风电实际偏差率δwt(t)为：

45、

46、式中：δwt(t)满足范围；

47、那么，风电偏差率斜率表示为：

48、

49、可推导出聚合空调平均温度设定点为：

50、

51、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明在保证用户舒适度的前提下，设计了空调负荷温度设定点与风电出力联动策略，将空调负荷温度设定点、燃气轮机出力功率、储能充放电功率和与配网侧交互功率作为优化变量，协同微电网内灵活的发、储、用资源来平衡风电波动以促进风电消纳，以经济成本最优实现微电网优化运行。

技术特征：

1.一种微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，其特征在于，所述燃气轮机发电效率描述成关于机组电负荷率β的三次拟合多项式；

3.根据权利要求1所述的微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，其特征在于，所述燃气轮机的燃气消耗量数学模型如下：

4.根据权利要求1所述的微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，其特征在于，所述燃气轮机的输出电功率满足运行约束条件:

5.根据权利要求1所述的微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，其特征在于，所述风电模型中风机输出功率特性和切入风速vin、切出风速vout有关。当风速高于vin时，风机启动；当风速高于额定风速vr时，风机输出最大恒定功率当风速高于切出风速vout时，风机停机，风电模型简化为：

6.根据权利要求1所述的微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，其特征在于，所述储能模型包括：

7.根据权利要求1所述的微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，其特征在于，所述空调负荷基于等效热参数模型推导调控后聚合空调调控潜力，第i台空调模型pi(t)为：

8.根据权利要求1所述的微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，其特征在于，所述得到聚合空调平均温度设定点包括：

技术总结
本发明公开了一种微电网环境下平衡风电波动的空调系统需求响应方法，所述方法包括：建立以燃气轮机、风电、储能及空调负荷的微电网模型，获取燃气轮机的输出电功率、储能充电功率、储能放电功率；根据燃气轮机的输出电功率、储能充电功率、储能放电功率计算得到空调负荷模型的空调温度设定点范围；基于空调温度设定点范围构建空调负荷平衡风电波动策略，得到聚合空调平均温度设定点；基于聚合空调负荷温度设定点、燃气轮机出力功率、储能充放电功率和与配网侧交互功率构建微电网效益最大化空调系统需求响应模型。

技术研发人员：刘乙,李亚飞,钱科军,郑众,谢鹰,朱庆,孙季泽,陈嘉栋
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13