一种聚合空调负荷参与系统辅助二次调频的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能用电技术领域，具体涉及一种聚合空调负荷参与系统辅助二次调 频的方法。
【背景技术】
[0002] 随着新一轮电力改革的逐步进行与全球能源互联网的逐步建设，需求响应技术在 维系电力系统安全稳定运行中发挥的作用愈加显著。在电力系统传统问题中，二次调频是 较为重要的一部分，二次调频任务的完成程度与质量直接关乎电力系统的安全性，然而大 规模新能源的接入与电力负荷的增加给二次调频带来了重重障碍;与添加新的成本高昂的 调频机组相比，需求响应参与系统辅助二次调频则提供了一种低成本的解决思路。空调负 荷是当前我国重要的冬夏两季的温度调控负荷，其用户保有量大且具有空气热能储存特 性，在负荷聚合商-用户模式成功应用的基础上，可以实现将大规模空调负荷聚合在一起参 与电力系统辅助二次调频。
【发明内容】
[0003] 本发明为了克服现有技术的不足，提供一种聚合空调负荷参与系统辅助二次调频 的方法，所提供的方法给出了一种聚合空调负荷参与系统辅助二次调频的架构，并且提供 了聚合空调负荷的控制方法，可以完整模拟聚合空调负荷参与系统辅助二次调频后对系统 所来带的影响，为此方法的实际应用打好基础。
[0004] -种聚合空调负荷参与系统辅助二次调频的方法，包括以下步骤：
[0005] 1)根据电力系统各模块的传递函数表达式建立基础的电力系统二次调频模型;对 调速器、汽轮机、发电价及电力系统等模块分别建立数学模型；
[0006] 2)进行二次调频信号分解器设计，实现二次调频信号的动态分解，分解出传统火 电机组给定负荷调整量与聚合空调给定负荷调整量两部分；
[0007] 3)进行聚合空调控制器设计，动态调整聚合空调负荷值，实现聚合空调给定负荷 调整量；
[0008] 4)搭建完整的聚合空调负荷参与系统辅助二次调频系统；
[0009] 5)设置参数，并输出结果。
[0010] 步骤1)所述的电力系统各模块传递函数表达式为：
[0011] (1.1)火电机组调速器模型
[0012] 仅考虑一次调频时，火电机组测量的频率偏差信号A ?根据调差系数心以及一个 由调速器时间常数为^的一阶惯性环节，最终得到汽轮机蒸汽阀开度变化量A Y，表达式 为：
⑴
[0014]同时考虑一次调频与二次调频时，角速度偏差信号A ?通过比例积分控制器生成 火电机组功率变化给定值4P；LM;，此时汽轮机蒸汽阀开度变化量△ Y的表达式变为：
(2)
[0016] (1.2)汽轮机模型
[0017] 汽轮机分为再热型和非再热型，这里主要考虑再热型汽轮机，这种汽轮机包括两 个以上的串联祸轮级，一般称为高压（High Pressure-HP )、中压（Intermediate Pressure一IP)、低压(Low Pressure-LP)三级。对于该种汽轮机，输出功率变化量A PG与 蒸汽阀开度变化量A Y之间的关系为：
(^)
[0019]其中Fhp、Fip、Flp分别是高压级、中压级与低压级所产生的功率在总汽轮机功率中 所占的部分，且三者之和为1; TCH为主进气容积和汽室的时间常数;Trh为再热器的时间常 数;TCQ为交换管和低压进汽容积的时间常数；由于T CQ的数量级比其他的时间常数小很多， 若忽略T〇)，上述公式变为：
[0021] (1.3)发电机-电力系统模型
[0022]发电机运行方程为：
[0023] APG-APe = 2Hs A o (5)
[0024] 其中A PC为发电机出功率变化量；A Pe为输出的电磁功率变化量;H为发电机惯性 常数之和;考虑到发电机输出的电磁功率与电力负荷变化是一致的，则有：
[0025] A Pe= A PL- A PLf = A PL+D A o (6)
[0026]其中APLf为频率相关变化量;D为系统阻尼负荷常数；由上述两式得到：
m
[0028] 步骤2)所述二次调频信号分解器的结构为：
[0029] 使得角速度偏差信号A ?经过死区环节、时延环节与比例积分控制器后生成功率 变化给定值A Pref?，此信号经过动态饱和关节限幅，生成聚合空调功率变化给定值zlPlk其 中动态饱和环节的上下限分别为A Pmax,ACs和A Pmin,ACs，分别根据聚合空调在每一时步所处 状态进行计算，火电机组功率变化给定值z!P',则由下式得出：
m
[0031] 步骤3)所述的聚合空调控制器使用的具体方法为：
[0032] (3.1)根据空调〖时刻的打开/关闭状态变量"，以及空调的特征参数1?1、(： 1、？1，利 用权利要求2中所述方法计算每一台空调的状态转化（由打开转为关闭或有关闭转为打开） 时间+_.,+，.计算t时刻N台聚合空调不控制时的总负荷： N
[0033] I ^CsAunmhtmlkd (9)
[0034] (3.2)若使用八丨表示空调控制的时间间隔，统计4"_￡,￡虚且8 = 1的空调，这些 设备的状态转化时间小于控制时间间隔，所以这些设备在这段时间内会自然由打开状态转 化为关闭状态，假设这些空调的集合为iVU可以求得这些空调的总功率为： _5] (丨()） 扣1
[0036] (3.3)统计4_#,5；士且8 = 0的空调，这些设备的状态转化时间小于控制时间间 隔，所以这些设备在这段时间内会自然由关闭状态转化为打开状态，假设这些空调的集合 为况：，可以求得这些空调的总功率为：
[0037] HD 1
[0038] (3.4)根据聚合空调功率变化给定值对聚合空调进行操控；与发电机不同， zlPl为正则表示需要聚合商减少空调的使用使负荷降低，zlPl为负则表示需要聚合商增 加空调的使用使负荷升高；
[0039] 若/1/广二>(/).,1,.-/).,,.」，转向（3.5);
[0040] 若z!P:f0<(P二-P-:沿>，转向（3 ? 6);
[0041 ]若」: P，,(、}，转向（3 ? 7);
[0042] (3.5)在这一步中，需要削减负荷。此时可以进行关停的空调共有N。台，除去2)中 所述的台，共M'-台空调。根据这些空调对应房间的当前温度生成升序温度优先级列 表(此设定针对夏天空调制冷的情况，温度越低排名越靠前），选定列表中靠前的若干空调， 计为ML使得： Mi
[0043] (F l( -F (12) /={ /=1
[0044] 关闭集合iVt和M冲的空调，打开集合W中的空调；
[0045] (3.6)在这一步中，需要增加负荷;此时可以进行打开的空调共有N，台，除去3)中 中的iV:台，共台空调，根据这些空调对应房间的当前温度生成降序温度优先级列表 (此设定针对夏天空调制冷的情况，温度越高排名越靠前），选定列表中靠前的若干空调，计 为复：=?使得： Ml M[+l
[0046] (P； >(P; U. -p^ACs)-yp 〇r M^=m-Nt (13) M i=l
[0047] 关闭集合jT+中的空调，打开集合W和M:中的空调；
[0048] (3.7)在这一步中，无需对除和及1之外的空调进行操作；关闭集合中的空 调，打开集合中的空调；
[0049] (3 ? 8)获得t时刻控制后空调的出力：
[0051 ] (3.9)估计t+1时刻的变量值;根据5)、6)、7)的控制情况，可计算各个空调处在t+1 时刻的室内温度，最终可以预估聚合空调功率变化上下限：
[0054] 该值即所述的动态饱和环节上下限A Pmax,ACs和A Pmin,Acs。
[0055] 采用本发明的技术方案，可实现如下有益效果:本发明提供了一种聚合空调负荷 参与系统辅助二次调频的方法，其优点是可以将原本杂乱无章运行的空调聚合在一起，有 规律地参与电力系统辅助二次调频，减小电力系统频率波动幅度；同时本发明所述方法可 以简单地扩展至多种需求响应资源参与电力系统辅助二次调频的情况。
【附图说明】
[0056]图1为本发明方法的总流程图；
[0057]图2为基础电力系统二次调频框图；
[0058]图3为二次调频分解器框图；
[0059] 图4为聚合空调控制器计算示意图；
[0060] 图5为聚合空调负荷参与系统辅助二次调频框图；
[0061] 图6为频率波动仿真结果。
【具体实施方式】
[0062]下面对本发明技术方案进