一种基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，与电网调度服务器连接，包括：虚拟AGC机组，用于向电网调度服务器上报总体调节容量，并按第一周期响应电网调度服务器下发的调度指令，生成集群控制命令；负荷聚合服务器，以第一周期为间隔依次响应所述集群控制命令，生成温控负荷控制信号；温控负荷模块，并响应所述温控负荷控制信号，实现快速调节；所述虚拟AGC机组协调多个负荷聚合服务器，实现上层控制，所述负荷聚合服务器以第二周期对温控负荷模块实现下层控制。与现有技术相比，本发明专利技术能有效提高ACL集群的AGC响应性能，提高响应速度和精度。

A fast frequency adjustment double layer control system based on temperature control load

The invention relates to a double adjustment control system of fast frequency temperature control based on load, connection, and the dispatching server includes a virtual AGC unit, to the dispatching server reported overall regulation capacity, and according to the first periodic response issued by the dispatching server scheduling instruction generation cluster control command; load aggregation in the first server. In response to the interval period for the cluster control command, the control signal generating temperature load; load control module, temperature control and response to the load control signal, realize the fast adjustment; multiple load coordination polymerization server and the virtual AGC unit, the upper control, the load aggregation server to second cycle on the temperature control module to achieve lower load control. Compared with the existing technology, the invention can effectively improve the AGC response performance of the ACL cluster, and improve the response speed and precision.

【技术实现步骤摘要】
一种基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统
本专利技术涉及电网控制技术，尤其是涉及一种基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统。
技术介绍
随着电网中风电、光伏等随机性可再生能源占比的不断增高，电力系统净负荷的爬坡率和高频波动分量将不断增大。在这样的背景下，仅依靠常规AGC机组来保证系统的频率质量会存在如下问题。首先，系统中需要保留足够的AGC备用容量，这降低了系统的运行效率，且频繁调节也加剧了AGC机组的损耗；其次，常规AGC机组的响应时间为几十s，难以快速跟踪净负荷中的高频波动分量。快速响应资源的稀缺化将成为影响高比例可再生能源电力系统安全运行的重要因素。为了解决系统中快速AGC资源短缺的问题，美国联邦能源监管委员会(federalenergyregulatorycommission，FERC)在2011年颁布了755号法案，允许储能资源参与调频市场，并通过准确跟踪AGC信号而获取高额补偿。但是，虽然储能成本在逐年下降，其投资依旧巨大。如果能利用需求侧既有的资源代替储能提供快速AGC服务，将具有重要的实际意义。现代建筑物具有较大的热惯性。通过合适的控制，可以快速改变空调、热泵等温控负荷(thermostaticallycontrolledloads,TCL)集群的总功率而不影响用户舒适度。利用这个特点，研究者发现可以将TCL转化为一类大规模的AGC资源。虽然现有研究验证了TCL集群跟踪AGC信号的能力，显示了其在参与AGC方面的巨大潜力，但是，考虑到TCL具有单体容量小、数量庞大和位置分散的特点，已有研究仍存在如下问题：(1)考虑到可实施性，目前对于TCL集群的控制周期一般为1min。这使得TCL集群无法跟踪快速AGC信号(周期一般为4s)，其响应速度甚至不如常规AGC机组。虽然有的研究结果在仿真中采用了周期为4s的快速TCL集群控制，但这在实用中会产生很高的通信和控制成本。(2)现有公开的文献中，有些控制方法需要用户向控制中心提供TCL和建筑物的模型和参数。这除了带来用户隐私问题以外，考虑到TCL的规模，还会产生高昂的实施成本。(3)虽然也有方法无需TCL模型信息，但这种方法一般采用集中式控制结构和直接负荷控制手段，存在信息安全风险，且对实时通信的要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，与电网调度服务器连接，包括：虚拟AGC机组，用于向电网调度服务器上报总体调节容量，并按第一周期响应电网调度服务器下发的调度指令，生成集群控制命令；负荷聚合服务器，设有多个，以第一周期为间隔依次响应所述集群控制命令，生成温控负荷控制信号；温控负荷模块，向所述负荷聚合服务器上报负荷状态信息，并响应所述温控负荷控制信号，实现快速调节，每一所述负荷聚合服务器连接有至少一个温控负荷模块；所述虚拟AGC机组协调多个负荷聚合服务器，实现上层控制，所述负荷聚合服务器以第二周期对温控负荷模块实现下层控制，所述第二周期为第一周期的N倍，其中，N为负荷聚合服务器的个数。进一步地，所述调度指令为电网调度服务器发出的区域控制误差信号经低通滤波器后生成的高频分量信号。进一步地，所述负荷聚合服务器具有响应态和保持态，仅在响应态下响应所述集群控制命令，生成温控负荷控制信号，所述保持态的持续时间为第二周期。进一步地，在所述第一周期内，有且仅有一个负荷聚合服务器进入响应态。进一步地，所述温控负荷模块包括社区集中器和多个与所述社区集中器连接的温控负荷，所述社区集中器对所连接的温控负荷进行特性聚合并上传至负荷聚合服务器。进一步地，与同一负荷聚合服务器连接的所述温控负荷设置有一定时器，基于该定时器，在预定延时后同时响应所述负荷聚合服务器发出的温控负荷控制信号。进一步地，在所述下层控制中，所述负荷聚合服务器基于市场机制的分布式控制方法对温控负荷模块实现调节，负荷聚合服务器生成的温控负荷控制信号为负荷聚合服务器的出清价格p*，温控负荷接收所述出清价格p*后与自身的投标价格pbid进行比对，pbid低于p*时对应温控负荷关闭，反之则对应温控负荷开启。进一步地，所述下层控制也可采用其它方法进行温控负荷模块的调节。进一步地，各所述负荷聚合服务器具有一虚拟储能模型，对于负荷聚合服务器j，其虚拟储能模型表示为：式中，VSOC为虚拟SOC值，Pdmax和Pcmax分别表示虚拟储能的最大放电功率和最大充电功率。进一步地，上报容量为非对称容量时，所述虚拟AGC机组向电网调度服务器上报的上调容量与下调容量分别表示为：上报容量为对称容量时，所述虚拟AGC机组向电网调度服务器上报的总体调节容量C表示为：式中，为总体上调容量，为总体下调容量，为理想上调容量，为理想下调容量，为考虑爬坡率限制的上调容量，为考虑爬坡率限制的下调容量，为考虑虚拟SOC限制的上调容量，为考虑虚拟SOC限制的下调容量。进一步地，在所述上层控制中，虚拟AGC机组生成的集群控制命令为调节功率分配指令，对于负荷聚合服务器j的调节功率分配指令表示为：式中，Preg,j[k]为k时刻负荷聚合服务器j的实际调节功率，Rreg,max[k-1]、Rreg,min[k-1]分别为k-1时刻负荷聚合服务器j的调节功率比的上下限，PΣ,j[k]为k时刻负荷聚合服务器j的温控负荷总额定功率，为k时刻负荷聚合服务器j的调节功率期望值，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术在上层控制中，由虚拟AGC机组协调多个负荷聚合服务器轮流响应AGC信号，从而提高响应速度和精度；在下层控制中，由负荷聚合服务器利用虚拟价格信号对大规模温控负荷实施分布式控制，从而降低控制成本。2、本专利技术解决了高比例可再生能源电力系统中快速AGC资源的稀缺化问题，降低大规模温控负荷的控制成本，提高温控负荷对于快速AGC信号的响应性能，并采用按响应性能进行补偿的激励政策，使用户获得更高的经济收益。3、本专利技术各温控负荷依据自身定时器，在预定延时后同时响应控制信号，提高了温控负荷集群的响应精度。4、本专利技术利用基于市场机制的分布式控制策略，通过负荷聚合服务器向温控负荷广播虚拟价格信号来响应AGC命令，在控制中无需收集温控负荷的模型和参数信息，也无需用户对外暴露温控负荷的直接开关控制权。5、本专利技术将负荷聚合服务器生成的出清价格是负荷聚合服务器发给温控负荷的唯一控制信号，具有两个优点，一是负荷聚合服务器无需指定每个温控负荷的开关或设定值，极大简化了下行控制；二是外部应用无法直接控制温控负荷开关，信息安全风险较低。6、本专利技术对负荷聚合服务器的调节功率进行了修正，保证了各负荷聚合服务器调节功率的均衡性，提高控制稳定性。7、本专利技术给出了虚拟AGC机组的调节容量的估算方法，使虚拟AGC机组能够保证良好的响应效果，提高可获得的经济收益。附图说明图1为慢速和快速AGC信号的示意图；图2为本专利技术双层控制系统的结构示意图；图3为同步误差对负荷聚合服务器响应功率爬坡率的影响；图4为出清示意图及虚拟储能模型参数定义；图5为调节功率分配策略示意图；图6为考虑VSOC限制的调节容量示意图，其中，(a)为上调容量示意图，(b)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，与电网调度服务器连接，其特征在于，包括：虚拟AGC机组，用于向电网调度服务器上报总体调节容量，并按第一周期响应电网调度服务器下发的调度指令，生成集群控制命令；负荷聚合服务器，设有多个，以第一周期为间隔依次响应所述集群控制命令，生成温控负荷控制信号；温控负荷模块，向所述负荷聚合服务器上报负荷状态信息，并响应所述温控负荷控制信号，实现快速调节，每一所述负荷聚合服务器连接有至少一个温控负荷模块；所述虚拟AGC机组协调多个负荷聚合服务器，实现上层控制，所述负荷聚合服务器以第二周期对温控负荷模块实现下层控制，所述第二周期为第一周期的N倍，其中，N为负荷聚合服务器的个数。

【技术特征摘要】
1.一种基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，与电网调度服务器连接，其特征在于，包括：虚拟AGC机组，用于向电网调度服务器上报总体调节容量，并按第一周期响应电网调度服务器下发的调度指令，生成集群控制命令；负荷聚合服务器，设有多个，以第一周期为间隔依次响应所述集群控制命令，生成温控负荷控制信号；温控负荷模块，向所述负荷聚合服务器上报负荷状态信息，并响应所述温控负荷控制信号，实现快速调节，每一所述负荷聚合服务器连接有至少一个温控负荷模块；所述虚拟AGC机组协调多个负荷聚合服务器，实现上层控制，所述负荷聚合服务器以第二周期对温控负荷模块实现下层控制，所述第二周期为第一周期的N倍，其中，N为负荷聚合服务器的个数。2.根据权利要求1所述的基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，其特征在于，所述调度指令为电网调度服务器发出的区域控制误差信号经低通滤波器后生成的高频分量信号。3.根据权利要求1所述的基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，其特征在于，所述负荷聚合服务器具有响应态和保持态，仅在响应态下响应所述集群控制命令，生成温控负荷控制信号，所述保持态的持续时间为第二周期。4.根据权利要求3所述的基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，其特征在于，在所述第一周期内，有且仅有一个负荷聚合服务器进入响应态。5.根据权利要求1所述的基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，其特征在于，所述温控负荷模块包括社区集中器和多个与所述社区集中器连接的温控负荷，所述社区集中器对所连接的温控负荷进行特性聚合并上传至负荷聚合服务器。6.根据权利要求5所述的基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，其特征在于，与同一负荷聚合服务器连接的所述温控负荷设置有一定时器，基于该定时器，在预定延时后同时响应所述负荷聚合服务器发出的温控负荷控制信号。7.根据权利要求5所述的基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，其特征在于，在所述下层控制中，所述负荷聚合服务器基于市场机制的分布式控制方法对温控负荷模块实现调节，负荷聚合服务器生成的温控负荷控制信号为负荷聚合服务器的出清价格p*，温控负荷接收所述出清价格p*后与自身的投标价格pbid进行比对，pbid低于p*时对应温控负荷关闭，反之则对应温控负荷开启。8.根据权利要求1所述的基于温控负荷的快速频率调整双层控制系统，其特征在于，各所述负荷聚合服务器具有一虚拟储能模型，对于负荷聚合服务器j，其虚拟储能模型表示为：式中，VSOC为虚拟SOC值，Pdmax和Pcmax分别表示虚拟储能的最大放电功率和最大充...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚垚，张沛超，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31