[发明专利]一种改进异质温控负荷聚合模型及多目标协调控制方法

权利要求书

1.一种改进异质温控负荷聚合模型的 多目标协调控制方法，包括基于原始均质温控负荷双线性聚合模型构造的改进异质温控负荷双线性聚合模型和基于一致性控制与反推控制设计的用于协调多个温控负荷聚合体的分布式分层多目标协调控制方法；

基于原始均质温控负荷双线性聚合模型构造的改进异质温控负荷双线性聚合模型，其特征在于：

使用温控负荷的二阶微分方程等值热力学参数模型对由一阶热力学参数模型推导得到的原始均质温控负荷双线性聚合模型进行拓展，并将每个温度区间的负荷传递率α_on/off都近似为期望温度设定值及初始物质温度T_m0下的平均传递率得到异质温控负荷双线性聚合模型：

式中：X(t)＝[x₁(t),x₂(t),…,x_Q(t)]^T为Q×1阶状态变量矩阵，代表有限差分离散化后每个温度区间内的温控负荷数量，Q为温度区间总个数；为控制输入，T_set(t)为温控负荷温度设定值；P_r(t)为聚合温控负荷的总输出功率；为1×Q阶输出矩阵，P为单个温控负荷操作电功率；A为Q×Q阶系统矩阵，描述为：

其中，分别表示“开/关”状态下温控负荷的平均负荷传递率；C_a为室内空气热容，C_m为室内物质热容，R_a为室内空气热阻，R_m为室内物质热阻，T_∞为室外环境温度，ΔT为离散步长；

矩阵B为一个Q×Q阶双线性矩阵，与矩阵A具有相同的结构，将矩阵A中的α_on/off都置为-1即得到矩阵B，即B＝A(-1,-1)；

再针对双线性聚合模型推导过程中对进行约取造成的累计误差问题进行优化，用实时温度设定值T_set(t)替换中的用实时物质温度T_m(t)替换中的T_m0，最终推导得到所述改进异质温控负荷双线性聚合模型为：

式中，控制输入u₁(t)、u₂(t)、u₃(t)分别体现了温度设定值变化对温控负荷的实时影响、温度设定值变化对温控负荷的累积影响以及异质性对温控负荷的影响；

基于一致性控制与反推控制设计的用于协调多个温控负荷聚合体的分布式分层多目标协调控制方法，其特征在于：

依据一致性控制与反推控制原理，设计了用于温控负荷多聚合体控制的分布式分层多目标协调控制方法；其中，一致性控制应用于聚合商层面，用于平衡各个温控负荷聚合体的出力，一致性控制的通信拓扑矩阵表示为：

式中，h_ij表示第i个聚合体和第j个聚合体之间的通信联系，如果第i个聚合体和第j个聚合体之间可以通信，那么h_ij＝1，否则h_ij＝0；此外，如果第i个聚合体可以与控制中心通信，那么h_0i＝1，否则h_0i＝0；h_ii＝1适合于任意一个聚合体，表示所有的聚合体都能获取自身的信息；

为使各个温控负荷聚合体输出比例一致的功率，设定：

式中，P_i为第i个温控负荷聚合体的输出功率，P_i,max为第i个温控负荷聚合体的最大功率，λ为温控负荷聚合体输出功率系数；

控制中心的控制信号λ₀(t)基于PI控制思想构造如下：

式中，ΔP为系统功率缺额；

N个温控负荷聚合体的一致性控制算法可描述为：

式中，λ_i(t)为时变的输出功率系数，l_k,i＞0为负荷聚合体的控制增益，取为：

只要ΔP≠0，λ₀(t)、λ_i(t)就会一直迭代直到系统功率平衡，并且各个λ_i(t)的值在迭代计算过程中都趋于一致，可保证每个聚合体分配到与自身最大功率比值相对应的输出功率跟踪值；

反推控制则应用于温控负荷聚合体层面，用于控制温控负荷输出功率跟踪负荷聚合商分配下来的出力配额，构造电力系统与温控负荷的数学模型为：

式中，δ_s为惯性中心系统等值功角，ω_s为惯性中心系统等值角速度，ω_s,0为惯性中心系统标准角速度，T_j,s为惯性中心系统等值时间常数，D_s为惯性中心系统等值阻尼系数；P_m,s为系统总机械功率，P_e,s为系统总电磁功率，P_TCL为温控负荷总输出功率，P_L为系统刚性负荷，P_new为系统分布式电源发电功率，P_AGC为自动发电控制机组增加的发电功率；X_i(t)、A_i、B_i、U_i(t)分别表示温控负荷聚合体i的状态变量矩阵、系统矩阵、双线性矩阵和控制输入；

根据反推控制原理，给定功角参考值为δ_ref，依次推导出角速度虚拟控制量ω_ref和温控负荷输出功率虚拟控制量P_TCL,ref后，可得到各温控负荷聚合体控制输入U_i(t)为：

式中，e_P,i为第i个温控负荷对应的系统功率误差变量，k_P,i为大于0的可调功率控制参数。