[发明专利]一种基于双层控制的温控负荷参与电力系统一次调频方法

摘要

本发明是一种基于双层控制的温控负荷参与电力系统一次调频的方法，其特点是，上层将各温控负荷聚合商看作虚拟发电机组，构造实时变化的虚拟下垂系数，变下垂系数可根据聚合商的实时调节能力调整功率的分配，使得各个聚合商的调节功率均在其调节容量内，调度中心据此为传统机组和各负荷聚合商分配功率偏差量，有效的改善了调频效果；下层在负荷端设计了由用户自主选择的参与度，并根据温度优先级列表法对负荷进行排序，有效的降低了负荷的开关次数，减少了频繁启停负荷对设备的损耗。该方法的技术方案可行,能够在保证用户舒适度的前提下，有效的对温控负荷进行控制，改善了电力系统频率质量，其应用价值高。

主权项

1.一种基于双层控制的温控负荷参与电力系统一次调频方法，其特征是，它包括以下步骤：/n1)上层调度中心变下垂系数的确定方法/n将温控负荷聚合体作为具有虚拟下垂曲线的虚拟发电机组参与调频，变下垂系数能够根据聚合商的实时调节能力调整功率的分配，使得各个聚合商的调节功率均在其调节容量内，有效的改善了调频效果；/n将温控负荷的聚合功率称为基准功率P_base，用以构造虚拟下垂曲线，在不受外界控制时，P_base主要受负荷自身的温度死区范围和外界温度影响，利用单台温控负荷的等值热力学模型求解P_base，将二阶的数学模型进行简化，得室内温度的计算公式：/n /n式中：n为温控负荷聚合商聚合的温控负荷的总台数；t为时间，单位：h；T_i(t)表示t时刻第i个负荷所处的室内温度，单位：℃；为t时刻第i个负荷所处的室内温度变化率，单位：℃/h；T_w(t)为外界环境温度，单位：℃；R为等效热阻，单位：℃/kW；C为等效热容，单位：kWh/℃；P_N为第i个负荷的制冷量，单位kW；S_i(t)为第i个空调负荷t时刻的开关状态，用一个二元变量表示：/n /n其中，δ为无穷小的时间延迟，1代表空调处于开启状态，0代表空调处于关闭状态，T_i^max(t)和T_i^min(t)分别表示t时刻第i个负荷允许的温度上限和温度下限，由t时刻第i个负荷的温度设定值T_i^set(t)及温度死区ΔT_i决定：/nT_i^max(t)＝T_i^set(t)+ΔT_i (3)/nT_i^min(t)＝T_i^set(t)-ΔT_i (4)/n最后，负荷在t时刻的基准功率，也就是聚合功率为：/n /n其中，η为能效比；/n此时的P_base是在不受外界控制的情况下聚合功率，然而P_base在温控负荷参与调频的过程中是时刻变化的，需要负荷聚合商根据收集的室温值、开关状态、可调用台数等信息实时计算基准功率，对其进行不断修正，通过对温控负荷基准功率的研究，获得时刻变化的最大上调功率和最大下调功率/n /n /n /nP_all为n台负荷的总功率；/nΔf_rg为规定一次调频的范围，且传统机组为防止因系统微小的频率波动而引起不必要的动作一般设置调频死区Δf_db，则负荷的上调下垂系数为：/n /n负荷的下调下垂系数为：/n /n由于最大上调功率和最大下调功率是时刻变化的，导致也是实时变化的；/n对于频率偏差量Δf而言，负荷可调节的功率ΔP为：/n /n由于负荷的功率消耗并不能连续调整，所以实际上构造的虚拟下垂曲线是阶跃的，但单个负荷的容量与总体负荷的聚合容量性比较，前者要小得多，即更加接近我们构造的光滑下垂曲线；/n调度中心接收聚合商上报的虚拟下垂系数，据此进行分配，传统发电机组与温控负荷聚合商共享有功功率不平衡量，当出现频率偏差Δf时，ΔP_G为传统发电机组应调节的有功功率，ΔP_tcls为温控负荷聚合商应调节的有功功率：/n /nΔP_G＝-K_G|Δf-Δf_db| (13)/nK_G为传统发电机组的下垂系数；/n2)考虑温度优先级列表法的下层温控负荷聚合功率控制/n温控负荷聚合商经由上层调度中心获得应调节的功率偏差量ΔP_tcls，将下层的温控负荷看作虚拟的发电机组，采用温度优先级列表法对温控负荷的聚合功率进行控制，使其虚拟发电量等于应调节的功率偏差，进而平衡电网的频率波动，温度优先级列表法在尽量不改变负荷的自然开断转换状态下，对负荷进行排序，越接近自然开断转换的负荷优先级越高，进而降低了负荷的开关次数，温度优先级列表法还充分的考虑了用户的参与意愿，将温控负荷用户的参与度分为四级，参与度高的温控负荷的温度死区较宽，开关次数会变少，降低了空调的损耗，参与度低的温控负荷的开关次数将会有所增加，但仍在可接受范围内，并且温度优先级列表法在控制过程中考虑了负荷最小开通关断时间，避免某一负荷多次连续的参加调整，有效降低了空调的开关次数；/n提出用户参与度表示用户参与调频的意愿，用c_i表示第i个用户的参与度，以改变温控负荷的温度死区，c_i在0.25、0.5、0.75、1四个参与度指标中选取，计算式为：/nΔT_i＝c_iΔT₀ (14)/n其中，ΔT₀为温度死区设置的初始值，规定为1，c_i选取越大，温度死区越大，即可调节的范围越大，在电力市场中，也能获得更多的调频补偿，用户根据自己对温度变化的容忍程度和获得的收益来考虑如何设置自己的参与度，ΔT_i为第i个温控负荷的温度死区，温控负荷在室温达到温度死区边界值时，会自然改变开关状态；/n设置了负荷最小开通、关断时间约束，减少在控制过程中因某一负荷连续频繁的改变开关状态给设备带来的磨损，空调在打开后应至少运行3分钟，同时在关闭后等待至少5分钟再次打开，将各温控负荷分为两组，处于开启状态且未锁定的负荷为一组，处于关闭状态且未锁定的为一组，按接近自然转换的开关状态去开启关闭负荷，即按照第i个温控负荷距离温度死区边界的差值d_i进行排序，d_i越小，具有越高的优先级，越先进行状态转换，处于开启状态下的负荷，越靠近下边界温度死区具有优先级越高，处于关闭状态下的负荷，越靠近上边界温度死区具有优先级越高；/n /n /nT_i^set为第i个空调负荷的温度设定值，T_i^max、T_i^min分别为第i个空调负荷的温度上限和温度下限，为处于开启状态下第i个温控负荷距离温度死区下边界的差值，为处于关闭状态下第i个温控负荷距离温度死区上边界的差值；/n温控负荷聚合商在接收到调频任务量ΔP_tcls后，按式(17)确定负荷参加调频的台数：/n /nN_on，N_off分别为温控负荷应开启或关闭的台数，在台数确定后，根据各空调按优先级排序后的序列，确定开关状态应变化的温控负荷。/n