[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

说明书

本发明提供一种改进异质温控负荷双线性聚合模型及其分布式分层多目标协调控制方法。首先利用温控负荷二阶热力学模型对原始双线性聚合模型进行改进，并针对双线性模型存在的积累误差问题进行优化，推导出一种更高精度的改进异质温控负荷双线性聚合模型；其次，提出一种基于一致性控制与反推控制相结合的分布式分层多目标控制策略，针对超出AGC经济调度的系统功率波动，对系统内部的多个温控负荷集群进行调控，提供系统负荷跟踪及功角、频率等稳定性控制服务。本发明新颖性在于改进了原始温控负荷双线性聚合模型，提高了模型描述精度，并设计了性能良好的分布式分层多目标控制策略，使TCL可以更好地参与到电力系统调控之中。

技术领域

本发明属于电力系统辅助服务和需求侧响应领域，涉及温控负荷的改进建模与调度控制策略，尤其是一种改进一种改进异质温控负荷聚合模型及多目标协调控制方法。

背景技术

功角、频率的稳定及其控制是电力系统安全平稳运行的保障，它与系统中的发用电功率平衡密切相关。传统上电力系统采用发电跟踪负荷的方式满足系统的功率平衡与稳定，负荷被视为被动的物理终端。当按传统方式调配发电机组出力仍难以维持系统稳定或需要付出昂贵代价时，现行的切负荷/电源措施会产生较大的社会负面影响。且随着电力负荷的持续攀升、大量间歇式电源集中接入电力系统以及大容量超临界机组在系统中的占比不断增加，发电侧灵活调节出力的能力逐渐减弱。源-网-荷互动运行的需求使得利用需求侧既有资源补充传统发电调度开展电力调频、调峰等辅助服务，受到广泛关注。

以空调、冰箱、热水器等为代表的温控负荷(thermostatically controlledload，TCL)因具有快速响应、能量存储、高可控性等优点业已成为柔性负荷的主要研究对象之一。在电网负荷发生较大波动而系统备用容量不足等情况下，储量丰富的TCL可用来补充系统AGC功率调节能力，快速维持系统平衡，提高电网运行的安全性和经济性。然而，由于TCL单体容量小、数量众多、分散分布、响应随机性强的特点，调度中心不易获得其聚合用电功率和响应潜力信息，因此，调度中心如何有效利用这部分资源是目前面临的主要挑战。

负荷系统建模是TCL参与需求响应的基础，聚合模型可以总结大规模负荷群的运行特性，引导相关机构制定控制策略。TCL建模一直是国内外学者的研究热点之一，其中一种面向控制的TCL双线性聚合模型可有效减少TCL模型的计算量，避免了维数灾困境，为大规模TCL聚合调度提供了一个有效途径，为许多研究应用所采用。然而目前的原始双线性模型考虑的因素过于单一，且存在积累误差，模型的描述精度有待进一步提升。而且很多学者为了在建立聚合模型过程中减少计算量，往往假设所有负荷系统模型参数完全一致，这不仅违背实际情况，而且负荷参数多样性的缺失往往引发振荡问题，不利于TCL的有效控制，而参数多样性的聚合模型往往会产生一个自然阻尼，可使系统在调控过程中具有更好的稳定性。但这势必会引起聚合体数量的增加，由此而引出了另一个难题：如何协调众多聚合体的调控。根据控制信号的决策位置，主要可以将TCL需求响应信号的控制模式分为两类：一是集中式控制，即对TCL进行统一控制，特点是可靠性高、可预测性强，但由于控制中心与所有负荷集群之间都需要架设通信线路，存在着投资费用高和通信延迟的问题。二是分散式控制，可以根据监测结果并结合自身情况迅速做出响应，故其响应速度快，具有较高的灵敏性，但由于没有统一的控制中心，分散控制响应随机性较高，可能存在响应不足或过量响应的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在克服现有研究的不足，做出如下两点创新：一是对原始TCL双线性聚合模型进行优化，提出了一种改进异质TCL双线性聚合模型，提高了聚合模型的描述精确度；二是基于一致性控制与反推控制原理设计了协调多个TCL聚合体的分布式分层多目标协调控制策略，在构造的惯性中心系统下实现电力系统功角、频率和功率的多指标调控。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：