一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法技术

本发明专利技术提出一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法。首先从恒温器侧建立热控负荷单台负荷模型；再根据聚合系统的马尔科夫性，建立面向控制的聚合系统总电力需求变化量模型；然后根据福克普朗克方程得出的聚合功率的量化值，对热控负荷可调度能力进行评估，根据可调度能力为负荷制定清洁能源联合消纳的分配策略；最后各类聚合负荷在各自消纳任务的基础上响应电网侧的控制信号，计算基于最小方差控制法的控制律，完成清洁能源的追踪消纳。本发明专利技术能在清洁能源出力波动性大的情况下，建立热控负荷的聚合模型并施加控制信号，有效地消纳清洁能源，提高能源利用率，是非居民侧用户智能用电的有效实现方法。

A collaborative management and control method of thermal control load cluster based on demand response

【技术实现步骤摘要】
一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法
本专利技术属于非居民用户智能用电及需求响应领域，具体涉及一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法。
技术介绍
在电力工业微观环境和社会大环境不断发展的背景下，电力系统建设和运行的制约条件增多、可供发电的一次能源供应紧张，电力系统的供需平衡受到了严重影响。非居民用户需求侧管理(DSM,DemandSideManagement)技术可以通过有效措施，引导用户优化用电方式，提高终端用电效率，优化资源配置，最小化用电成本。负荷管理是需求侧管理的关键技术，从电力需求侧管理角度，将用电负荷看作可以动态调度管理的资源。在保证电网供需动态平衡的基础上，需求方资源的科学配置和调度，用户响应电网需求，是现代电网实现智能化、互动化的关键。非居民侧热控负荷资源丰富，可调度潜力巨大，但是现有需求响应研究多集中于居民侧，非居民侧热控负荷物理分散，需要可行的聚合方法将其聚合为一个可控整体，现有技术采用的热控负荷调度多为单一负荷调度，导致管控不够精确。
技术实现思路
本专利技术提供基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法，基于负荷的状态转移概率建立聚合模型并设计控制率，实现了控制热控负荷跟踪清洁能源出力。具体而言本专利技术提供了一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法，其特征在于，所述协同管控方法包括以下步骤：步骤S1：从热控负荷恒温器侧建立热控负荷单台负荷模型；步骤S2：根据聚合系统的马尔科夫性，建立热控负荷基于聚合系统总电力需求模型和面向控制的聚合系统总电力需求变化量模型；步骤S3：对热控负荷的聚合功率进行每十分钟一次的量化预处理，以此评估负荷集群中各类负荷的可调度能力；步骤S4：根据可调度能力和负荷特性，制定清洁能源消纳任务分配策略；步骤S5：根据分配所得消纳任务，运用最小方差法求得控制律，追踪清洁能源出力。更进一步地，在步骤S1中，所述热控负荷单台负荷模型为：CdT(t)＝-a(T(t)-Ta(t))dt+Pm(t)dt+dv(t)其中：C表示环境热容，T(t)为热控负荷内部温度，a表示由于环境温度带来的平均热损失率，Ta(t)为环境温度，P表示热控负荷的制冷或制热率，m(t)为负荷恒温器开关控制变量，0表示关闭，1表示开启；v(t)表示噪声过程，Δt表示任意小的时间增量，热控负荷恒温器设定区间为[T-(t),T+(t)]。更进一步地，步骤S2中，所述面向控制的聚合系统总电力需求变化量模型为：其中，Δy是总电力需求变化量，Δu(t)是系统温度设定点变化量，Pi是第i台热控负荷的功率，δ是热控负荷的温度死区，N是聚合系统中热控负荷的数量。更进一步地，步骤S2中，所述聚合系统总电力需求模型为：式中：y(t)表示总热控负荷聚合功率，即聚合系统总电力需求，yi(t)是第i台负荷的聚合功率；σ2是噪声过程v(t)的方差；f1(.)和f0(.)分别表示热控负荷开启和关闭状态下的概率密度；t′是代表时间的积分变量；T+热控负荷温度设定点上限，T-热控负荷温度设定点下限；表示对概率密度函数的温度进行偏微分计算；mi(t)是第i台负荷的状态变量，1是开0是关；表示的初始值，是mi(t)的均值。更进一步地，步骤S2中，所述系统总电力需求变化模型改写为ARx形式，表示为：A(z)y(k)＝B(z)u(k)+C(z)v(k)其中，z是移位算子，k是差分算子，A(z)＝1-z-1，C(z)＝1，u(k)是温度设定点变化量，即控制信号。更进一步地，步骤S4中，所述分配策略为：在十分钟时段内，聚合系统的电力总需求的量化功率小于此时段清洁能源出力，则将加热负荷温度设定点调至用户可接受范围内最高，制冷负荷调至可接受范围内最低，并将剩余清洁能源产量分给其他非热控负荷；若制冷和加热负荷的总功率大于清洁能源出力，并且清洁能源输出小于某单一负荷类总功率，则将热控负荷分类为大功率快速调节负荷如热水器和较大功率非快速调节负荷如空调，将清洁能源消纳任务按照8:2进行分配，80％给热水器快速响应需求侧指令，且尽可能多地调动了空调资源；若负荷功率和清洁能源出力不是前述两种，则根据量化功率占比将清洁能源输出进行分配，各自完成清洁能源消纳任务。更进一步地，步骤S5中，所述控制律表达式为：u(k)＝[C(z)yr(k+d)-G(z)y(k)]/F(z)其中，u(k)是温度设定点变化量，即控制律；yr(k)是消纳任务，y(k)是热控负荷聚合功率；d是延迟算子，C(z)、G(z)和F(z)是丢番图方程的解。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用福柯普朗克的方法，基于负荷的状态转移概率建立聚合模型并设计控制率，能很好地为非居民侧热控负荷建模。本专利技术为了克服现有技术中热控负荷调度多为单一负荷调度，以非居民侧多种热控负荷为对象，并以空调和热水器为例制定联合控制策略。本专利技术根据当前热控负荷的规模和运行情况，结合不同用户的负荷特性，不同时间的聚合目标，对非居民侧地理上分散的热控负荷进行聚合和协同管控，可以使用户最大限度地参与需求响应调度，提高能源利用率，保证电网的经济稳定运行。本专利技术提供的基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法，为热控负荷分别建立了面向控制和面向可调度能力评估的聚合模型，制定了协同管控策略，采用最小方差法控制热控负荷跟踪清洁能源出力。本专利技术有益于最大化地调动非居民侧热控负荷资源，利用热控负荷特性，相互配合，提高清洁能源利用率，保证电力系统稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法的示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图1，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。如附图1所示，本申请的实施例提供了一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法，具体包括以下步骤：步骤S1：从热控负荷恒温器侧建立热控负荷单台负荷模型；步骤S2：根据聚合系统的马尔科夫性，建立热控负荷基于聚合系统总电力需求模型和面向控制的聚合系统总电力需求变化量模型；步骤S3：对热控负荷的聚合功率进行每十分钟一次的量化预处理，以此评估负荷集群中各类负荷的可调度能力；步骤S4：根据可调度能力和负荷特性，制定清洁能源消纳任务分配策略；步骤S5：根据分配所得消纳任务，运用最小方差法求得控制律，追踪清洁能源出力。具体的，在步骤S1中从热控负荷恒温器侧建立负荷的单台模型，该模型为：CdT(t)＝-a(T(t)-Ta(t))dt+Pm(t)dt+dv(t)(1)式中：C表示环境热容，T(t)为热控负荷内部温度，a表示由于环境温度带来的平均热损失率，Ta(t)为环境温度，P表示热控负荷的制冷或制热率，m(t)为负荷恒温器开关控制变量，0表示关闭，1表示开启；v(t)表示噪声过程，Δt表示任意小的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法，其特征在于，所述协同管控方法包括以下步骤：/n步骤S1：从热控负荷恒温器侧建立热控负荷单台负荷模型；/n步骤S2：根据聚合系统的马尔科夫性，建立热控负荷基于聚合系统总电力需求模型和面向控制的聚合系统总电力需求变化量模型；/n步骤S3：对热控负荷的聚合功率进行每十分钟一次的量化预处理，以此评估负荷集群中各类负荷的可调度能力；/n步骤S4：根据可调度能力和负荷特性，制定清洁能源消纳任务分配策略；/n步骤S5：根据分配所得消纳任务，运用最小方差法求得控制律，追踪清洁能源出力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于需求响应的热控负荷集群协同管控方法，其特征在于，所述协同管控方法包括以下步骤：
步骤S1：从热控负荷恒温器侧建立热控负荷单台负荷模型；
步骤S2：根据聚合系统的马尔科夫性，建立热控负荷基于聚合系统总电力需求模型和面向控制的聚合系统总电力需求变化量模型；
步骤S3：对热控负荷的聚合功率进行每十分钟一次的量化预处理，以此评估负荷集群中各类负荷的可调度能力；
步骤S4：根据可调度能力和负荷特性，制定清洁能源消纳任务分配策略；
步骤S5：根据分配所得消纳任务，运用最小方差法求得控制律，追踪清洁能源出力。


2.根据权利要求1所述协同管控方法，其特征在于，在步骤S1中，所述热控负荷单台负荷模型为：
CdT(t)＝-a(T(t)-Ta(t))dt+Pm(t)dt+dv(t)



其中：C表示环境热容，T(t)为热控负荷内部温度，a表示由于环境温度带来的平均热损失率，Ta(t)为环境温度，P表示热控负荷的制冷或制热率，m(t)为负荷恒温器开关控制变量，0表示关闭，1表示开启；v(t)表示噪声过程，Δt表示任意小的时间增量，热控负荷恒温器设定区间为[T-(t),T+(t)]。


3.根据权利要求1所述协同管控方法，其特征在于，步骤S2中，所述面向控制的聚合系统总电力需求变化量模型为：



其中，Δy是总电力需求变化量，Δu(t)是系统温度设定点变化量，Pi是第i台热控负荷的功率，δ是热控负荷的温度死区，N是聚合系统中热控负荷的数量。


4.根据权利要求1所述协同管控方法，其特征在于，步骤S2中，所述聚合系统总电力需求模型为：






式中：y(t)表示总热控负荷聚合功率，即聚合系统总电力需求，yi(t)是第i台负荷的聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪枫，张尧，赵国伟，冯利伟，郭建栋，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司大同供电公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：山西;14