一种空调负荷参与调频辅助服务的控制方法与流程

本发明属于电力调频辅助服务市场领域，涉及一种空调负荷参与调频辅助服务的控制策略。

背景技术：

1、电力系统的随机性和不稳定因素随着可再生能源的大规模接入以及我国高峰负荷的不断增长也在不断增多。同时电网实时的供需平衡也需要不断增加系统旋转备用需求来维持，随之而来的是传统发电机组的调频成本也在上升。电网亟需发展新的调频方式来弥补传统调频方式响应速度慢、效率低等缺点。近年来，源荷两侧协同调度技术不断发展，动态需求响应技术在电力系统调频中的应用受到越来越多的学者重视。动态可控负荷控制策略灵活，可以在不影响或者少影响用户使用的前提下，快速调整负荷水平。在智能电网环境下，动态可控负荷可以作为需求侧的稳定资源来维持电网功率平衡并提供调频辅助服务，从而促进新能源消纳，提升电网的灵活性。因此，研究动态可控负荷参与电力系统调频辅助服务理论与市场化应用具有重要的现实意义。

2、由于温控负荷存在以下特点，首先是对环境温度变化敏感度低，其次能存储能量且负荷数量庞大，因此有效聚合居民用户层面的温控负荷可以替代部分调频机组，通过改变温控负荷的用电量为系统提供调频备用容量。据相关数据支持，我国尖峰负荷中夏季高峰期的空调负荷占全国的2成至4成，是理想的参与调频的动态可控负荷，因此，本发明以空调负荷为研究对象，在分析空调负荷特性并建模的基础上，研究负荷聚合商的运作机制，提出基于负荷聚合商的空调负荷参与系统一次、二次调频的控制策略，证明动态可控负荷调频的可行性和有效性。

技术实现思路

1、本发明的目的是通过研究动态可控负荷即空调负荷的建模与负荷可控性能，通过模型制定动态可控负荷调控策略，一方面可以深入挖掘负荷特性，开发需求响应潜力，节约社会资源；另一方面可以为新环境下电力系统的新问题提供解决思路，负荷控制更加清洁有效，符合我国发展低碳经济的要求。

2、本发明所采用的技术方案具体步骤是：

3、1、一种空调负荷参与调频辅助服务的控制方法，具体步骤如下：

4、1)一次调频：

5、负荷聚合商时刻监测系统频率波动，如果存在发电侧功率缺额或者负荷侧突然出现负荷增大，△f<0&|△f|>fth1&0≤t≤tnadir，负荷聚合商就向中央处理器发送一次调频信号，启动需求响应，计算负荷响应目标；一次调频的负荷响应目标为：

6、

7、fth1为设定值，tnadir是频率达到最小值的时间，式中kp-up(mw/hz)是一次调频上调系数，由下式求得：

8、

9、δfm,pfr定义为负荷聚合商参与一次调频的最大可调频率偏差，设定|△fm,pfr|在0.3-0.4hz范围内浮动；

10、如果发电侧功率过剩或者负荷侧突然出现负荷骤减，△f>0&|△f|>fth1&0≤t≤text，一次调频的负荷响应目标为：

11、

12、其中text是频率达到极值的时间，kp-down(mw/hz)是一次调频下调系数，由下式求得：

13、

14、需要注意的是，t时刻负荷聚合商的可调度容量可能小于一次调频的负荷控制目标；因此，实际负荷响应目标为：

15、

16、为t时刻空调负荷参与系统调频的上调容量，为t时刻空调负荷参与系统调频的下调容量：

17、

18、

19、其中，ptotal为参与需求响应的所有空调机组额定功率的总和，为聚合空调基线负荷，计算公式为：

20、

21、式(6)中，n为参加需求响应的空调数量，pi表示参加响应空调对应数量i的额定功率之和，qt为在这个区间内不断变化的空调状态；

22、所述空调状态q：

23、

24、q＝1表示空调开启制冷；q＝0表示空调待机/关闭；tin为空调室内温度，tmax为室内温度上限，tmin为室内温度下限，计算公式为：

25、tmin＝tset-δ/2 (10)

26、tmax＝tset+δ/2  (11)

27、tset为用户设定温度，δ为温度控制死区；

28、2)然后计算机组的响应优先级，定义t时刻空调i的状态转化时间τshift,i就是其参与需求响应事件的响应优先级

29、

30、状态转化时间τshift,i中，在打开状态下的空调机组，从当前时刻的运行状态变为关闭状态的状态转化时间为τshift,起；在关闭状态下的空调机组，从当前时刻的运行状态变为打开状态的状态转化时间为τshift,闭：

31、

32、

33、rc/δt指代热容量(rc)和温度变化(δt)之间的比率；

34、然后，通过选取合适的灵敏度系数α(0<α<1)，一个运行周期内的空调机组状运行态被分为四个区域：

35、第一区域：if qi＝1&αton<τshift,i<τon    (15)

36、第二区域：if qi＝1&τshift,i<ατon        (16)

37、第三区域：if qi＝0&ατoff<τshift,i<τoff             (17)

38、第四区域：if qi＝0&τshift,i<δατoff              (18)

39、qi表示参加响应空调对应数量i的空调状态，τon,i为空调一个运行周期内处于打开状态的时间，τoff,i为空调一个运行周期内处于关闭状态的时间：

40、

41、

42、选择第二区域的空调机组发出控制信号，此时空调机组的响应优先级从小到大依次关闭，直至频率最低点，则一次调频结束，系统频率恢复稳定；

43、3)二次调频：如果此时频率偏差δf仍然大于设定的临界值fth2，负荷聚合商再次启动需求响应，计算二次调频响应目标，开始负荷二次调频；所述二次调频负荷响应目标pstfr为：

44、

45、ks-up为负荷聚合商二次调频上调系数和ks-down为负荷聚合商二次调频下调系数分别由式(15)和式(16)求得：

46、

47、

48、式(16)中，δfm,sfr定义为负荷聚合商参与二次调频的最大可调频率偏差，设定|△fm,sfr|在0.1-0.2hz范围内浮动；

49、4)采用步骤2)相同方法计算空调机组的响应优先级，根据优先级的小到大，将控制信号发送给第二区域的空调机组，此时机组收到信号后将在延时tde,i结束后关闭，tde,i满足：

50、

51、为二次调频响应延时最大值；如果延时结束前频率已经恢复，中央控制中心立刻中止二次调频，否则参与需求响应的空调机组根据基于状态转化时间的随机恢复方法，重新恢复到自然运行状态。

52、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

53、本发明以空调负荷为例提出了基于响应优先级的负荷控制策略并且根据如何参与调频的过程提出了负荷聚合商参与系统频率调节的详细控制框架：居民空调负荷可以通过合理调控参与一次调频和二次调频；设计了空调负荷参与一次调频和二次调频的改进负荷控制策略，具体的，中央控制中心采用了基于响应优先级的控制方法，可以有效选取可响应的空调机组参与需求响应调频，同时响应优先级的设定可以减小对空调机组自然运行状态的干预，从侧面考虑了对用户的影响；利用本发明提出的基于状态转化时间的随机策略，在空调机组恢复过程中考虑锁定时间约束和室温上调约束，可以有效减少需求响应事件后可能出现的反弹负荷，同时避免频繁调用负荷控制，保护了空调机组的使用寿命；仿真结果表明，当系统出现频率扰动时，空调响应迅速，且与传统负荷恢复策略相比，反弹负荷有效减少。因此，以空调为例的动态可控负荷可以模拟调频机组的运作模式，通过下垂控制提供系统频率调节，是一种有效的辅助调频资源。本发明为后续需求响应参与辅助服务的研究提供了依据，动态可控负荷可以替代一部分必需的旋转备用来提高调频的动态效果，提升系统的稳定性。