一種聚合空調負荷參與系統輔助二次調頻的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于智能用電技術領域，具體涉及一種聚合空調負荷參與系統輔助二次調 頻的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著新一輪電力改革的逐步進行與全球能源互聯網的逐步建設，需求響應技術在 維系電力系統安全穩定運行中發揮的作用愈加顯著。在電力系統傳統問題中，二次調頻是 較為重要的一部分，二次調頻任務的完成程度與質量直接關乎電力系統的安全性，然而大 規模新能源的接入與電力負荷的增加給二次調頻帶來了重重障礙;與添加新的成本高昂的 調頻機組相比，需求響應參與系統輔助二次調頻則提供了一種低成本的解決思路。空調負 荷是當前我國重要的冬夏兩季的溫度調控負荷，其用戶保有量大且具有空氣熱能儲存特 性，在負荷聚合商-用戶模式成功應用的基礎上，可以實現將大規模空調負荷聚合在一起參 與電力系統輔助二次調頻。
【發明內容】
[0003] 本發明為了克服現有技術的不足，提供一種聚合空調負荷參與系統輔助二次調頻 的方法，所提供的方法給出了一種聚合空調負荷參與系統輔助二次調頻的架構，并且提供 了聚合空調負荷的控制方法，可以完整模擬聚合空調負荷參與系統輔助二次調頻后對系統 所來帶的影響，為此方法的實際應用打好基礎。
[0004] -種聚合空調負荷參與系統輔助二次調頻的方法，包括以下步驟：
[0005] 1)根據電力系統各模塊的傳遞函數表達式建立基礎的電力系統二次調頻模型;對 調速器、汽輪機、發電價及電力系統等模塊分別建立數學模型；
[0006] 2)進行二次調頻信號分解器設計，實現二次調頻信號的動態分解，分解出傳統火 電機組給定負荷調整量與聚合空調給定負荷調整量兩部分；
[0007] 3)進行聚合空調控制器設計，動態調整聚合空調負荷值，實現聚合空調給定負荷 調整量；
[0008] 4)搭建完整的聚合空調負荷參與系統輔助二次調頻系統；
[0009] 5)設置參數，并輸出結果。
[0010] 步驟1)所述的電力系統各模塊傳遞函數表達式為：
[0011] (1.1)火電機組調速器模型
[0012] 僅考慮一次調頻時，火電機組測量的頻率偏差信號A ?根據調差系數心以及一個 由調速器時間常數為^的一階慣性環節，最終得到汽輪機蒸汽閥開度變化量A Y，表達式 為：
⑴
[0014]同時考慮一次調頻與二次調頻時，角速度偏差信號A ?通過比例積分控制器生成 火電機組功率變化給定值4P；LM;，此時汽輪機蒸汽閥開度變化量△ Y的表達式變為：
(2)
[0016] (1.2)汽輪機模型
[0017] 汽輪機分為再熱型和非再熱型，這里主要考慮再熱型汽輪機，這種汽輪機包括兩 個以上的串聯禍輪級，一般稱為高壓（High Pressure-HP )、中壓（Intermediate Pressure一IP)、低壓(Low Pressure-LP)三級。對于該種汽輪機，輸出功率變化量A PG與 蒸汽閥開度變化量A Y之間的關系為：
(^)
[0019]其中Fhp、Fip、Flp分別是高壓級、中壓級與低壓級所產生的功率在總汽輪機功率中 所占的部分，且三者之和為1; TCH為主進氣容積和汽室的時間常數;Trh為再熱器的時間常 數;TCQ為交換管和低壓進汽容積的時間常數；由于T CQ的數量級比其他的時間常數小很多， 若忽略T〇)，上述公式變為：
[0021] (1.3)發電機-電力系統模型
[0022]發電機運行方程為：
[0023] APG-APe = 2Hs A o (5)
[0024] 其中A PC為發電機出功率變化量；A Pe為輸出的電磁功率變化量;H為發電機慣性 常數之和;考慮到發電機輸出的電磁功率與電力負荷變化是一致的，則有：
[0025] A Pe= A PL- A PLf = A PL+D A o (6)
[0026]其中APLf為頻率相關變化量;D為系統阻尼負荷常數；由上述兩式得到：
m
[0028] 步驟2)所述二次調頻信號分解器的結構為：
[0029] 使得角速度偏差信號A ?經過死區環節、時延環節與比例積分控制器后生成功率 變化給定值A Pref?，此信號經過動態飽和關節限幅，生成聚合空調功率變化給定值zlPlk其 中動態飽和環節的上下限分別為A Pmax,ACs和A Pmin,ACs，分別根據聚合空調在每一時步所處 狀態進行計算，火電機組功率變化給定值z!P',則由下式得出：
m
[0031] 步驟3)所述的聚合空調控制器使用的具體方法為：
[0032] (3.1)根據空調〖時刻的打開/關閉狀態變量"，以及空調的特征參數1?1、(： 1、？1，利 用權利要求2中所述方法計算每一臺空調的狀態轉化（由打開轉為關閉或有關閉轉為打開） 時間+_.,+，.計算t時刻N臺聚合空調不控制時的總負荷： N
[0033] I ^CsAunmhtmlkd (9)
[0034] (3.2)若使用八丨表示空調控制的時間間隔，統計4"_￡,￡虛且8 = 1的空調，這些 設備的狀態轉化時間小于控制時間間隔，所以這些設備在這段時間內會自然由打開狀態轉 化為關閉狀態，假設這些空調的集合為iVU可以求得這些空調的總功率為： _5] (丨()） 扣1
[0036] (3.3)統計4_#,5；士且8 = 0的空調，這些設備的狀態轉化時間小于控制時間間 隔，所以這些設備在這段時間內會自然由關閉狀態轉化為打開狀態，假設這些空調的集合 為況：，可以求得這些空調的總功率為：
[0037] HD 1
[0038] (3.4)根據聚合空調功率變化給定值對聚合空調進行操控；與發電機不同， zlPl為正則表示需要聚合商減少空調的使用使負荷降低，zlPl為負則表示需要聚合商增 加空調的使用使負荷升高；
[0039] 若/1/廣二>(/).,1,.-/).,,.」，轉向（3.5);
[0040] 若z!P:f0<(P二-P-:沿>，轉向（3 ? 6);
[0041 ]若」: P，,(、}，轉向（3 ? 7);
[0042] (3.5)在這一步中，需要削減負荷。此時可以進行關停的空調共有N。臺，除去2)中 所述的臺，共M'-臺空調。根據這些空調對應房間的當前溫度生成升序溫度優先級列 表(此設定針對夏天空調制冷的情況，溫度越低排名越靠前），選定列表中靠前的若干空調， 計為ML使得： Mi
[0043] (F l( -F (12) /={ /=1
[0044] 關閉集合iVt和M沖的空調，打開集合W中的空調；
[0045] (3.6)在這一步中，需要增加負荷;此時可以進行打開的空調共有N，臺，除去3)中 中的iV:臺，共臺空調，根據這些空調對應房間的當前溫度生成降序溫度優先級列表 (此設定針對夏天空調制冷的情況，溫度越高排名越靠前），選定列表中靠前的若干空調，計 為復：=?使得： Ml M[+l
[0046] (P； >(P; U. -p^ACs)-yp 〇r M^=m-Nt (13) M i=l
[0047] 關閉集合jT+中的空調，打開集合W和M:中的空調；
[0048] (3.7)在這一步中，無需對除和及1之外的空調進行操作；關閉集合中的空 調，打開集合中的空調；
[0049] (3 ? 8)獲得t時刻控制后空調的出力：
[0051 ] (3.9)估計t+1時刻的變量值;根據5)、6)、7)的控制情況，可計算各個空調處在t+1 時刻的室內溫度，最終可以預估聚合空調功率變化上下限：
[0054] 該值即所述的動態飽和環節上下限A Pmax,ACs和A Pmin,Acs。
[0055] 采用本發明的技術方案，可實現如下有益效果:本發明提供了一種聚合空調負荷 參與系統輔助二次調頻的方法，其優點是可以將原本雜亂無章運行的空調聚合在一起，有 規律地參與電力系統輔助二次調頻，減小電力系統頻率波動幅度；同時本發明所述方法可 以簡單地擴展至多種需求響應資源參與電力系統輔助二次調頻的情況。
【附圖說明】
[0056]圖1為本發明方法的總流程圖；
[0057]圖2為基礎電力系統二次調頻框圖；
[0058]圖3為二次調頻分解器框圖；
[0059] 圖4為聚合空調控制器計算示意圖；
[0060] 圖5為聚合空調負荷參與系統輔助二次調頻框圖；
[0061] 圖6為頻率波動仿真結果。
【具體實施方式】
[0062]下面對本發明技術方案進