一种空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法技术

本发明专利技术提供一种空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法，包括构建空调单体模型；确定空调虚拟机组提供调频辅助服务的上调容量和下调容量；计算各台空调调频响应触发阈值的初始值；考虑空调最短开关时间对应锁定约束的影响，制定基于本地控制器的空调触发阈值实时就地更新策略，并在更新策略下确定目标功率缺额故障造成电网频率偏差情况下的空调虚拟机组调度结果。本发明专利技术利用空调负荷的调节潜力和快速响应优势，与常规发电机组的协调运行，有效改善电网频率偏差，促进电网运行可靠性提升。同时设计空调参与调频辅助服务的触发阈值设置及更新方法，为电网提供快速可靠的调频辅助服务，缓解电网供需平衡压力，促进电网的安全稳定运行。的安全稳定运行。的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法


[0001]本专利技术属于电网需求响应优化调度
，尤其涉及一种空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法。

技术介绍

[0002]随着能源短缺、环境污染、生态恶化等问题的日益加剧，全面贯彻节能减排发展理念、扎实推进碳达峰碳中和工作已成为共识，风电、光伏等可再生能源的发展迅速。然后，可再生能源大规模接入电网也给电力系统的运行带来了巨大的挑战。一方面，可再生能源无法像传统发电机组那样直接为电网提供惯量，电力系统的有效惯量逐渐降低；另一方面，可再生能源的出力具有间歇性、波动性和随机性，给电网系统的运行增加了很大的不确定性，对电网的供需平衡调节能力提出了更高的要求，对电网的可靠性和安全性造成了一定的威胁。因此，需求挖掘更多的可调度资源参与电网调频辅助服务。
[0003]除了传统发电侧资源之外，需求侧资源由于其数量大、成本低、响应速度快等优势，同样是参与电网优化调控的良好选择。此外，智能电网技术、高级量测与传感技术以及通信技术的发展，为需求侧资源参与电网调控提供了技术支撑。空调负荷作为一种典型的需求侧柔性资源，在参与电网需求响应方面有明显的优势：1)空调负荷在用户电力总负荷中的占比高，具有很大的调节潜力；2)空调负荷具备一定的储冷(热)能力，当对空调设备的运行功率进行调整时所在房间的室内温度并不会迅速发生变化，可以在保证用户舒适度要求的同时灵活参与电网调度；3)空调的用电高峰期与电力系统用电高峰时段重合，通过调节空调负荷可以缓解用电高峰期供需平衡的紧张态势。因此，空调负荷是参与电网调频辅助服务的良好选择。
[0004]空调负荷参与电网调频辅助服务的方法主要分为直接控制方法和间接控制方法两大类。直接控制方法是根据接收的开关控制信号对空调设备直接进行控制，该方法精确性高但是对用户舒适度影响较大且存在通信延迟问题。间接控制方法则是空调设备根据系统频率偏差值自主响应，当频率频率偏差值大道设置阈值时空调设备会自动响应，改变自身的运行功率从而提供调频辅助服务支撑，该方法响应速度快且对用户舒适度影响较小。然而，现有的间接控制方法存在以下局限性：1)空调设备的调频响应触发阈值或是设为相同值或是随机分配，缺乏合理的空调设备调频响应触发阈值设置方法；2)空调的状态随时间不断变化，原来设置的设备调频响应触发阈值却没有随之变化，缺乏有效的空调设备调频响应阈值触发更新策略；3)频繁的状态切换会对空调设备的寿命产生影响，故存在对应于最短开/关时间的锁定约束，但在空调参与电网调频辅助服务时没有对锁定约束及其产生的调频响应偏差问题进行处理。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法。
[0006]本专利技术提供一种空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法，包括：
[0007]101，构建空调虚拟机组参与电网调频响应的分层分布式控制架构；
[0008]102，基于空调虚拟机组参与电网调频响应的分层分布式控制架构，构建空调单体模型；空调单体模型包括空调所在房间室温变化模型和单体空调功率模型；
[0009]103，根据空调单体模型构建空调负荷群虚拟机组的聚合模型，以确定空调虚拟机组提供调频辅助服务的上调容量和下调容量；
[0010]104，根据空调虚拟机组提供调频辅助服务的上调容量和下调容量以及电网频率偏差值构建空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的虚拟下垂曲线，结合空调设备的状态以及可开启/关断时间形成分组和优先序列，计算各台空调调频响应触发阈值的初始值；
[0011]105，考虑空调最短开关时间对应锁定约束的影响，在空调虚拟机组参与电网调频响应的分层分布式控制架构下，制定基于本地控制器的空调触发阈值实时就地更新策略；
[0012]106，在基于本地控制器的空调触发阈值实时就地更新策略下，确定目标功率缺额故障造成电网频率偏差情况下的空调虚拟机组调度结果。
[0013]进一步地，步骤101包括：
[0014]将用于整合分散的空调负荷资源的负荷聚合商连接一个中央控制器，以接收各台空调设备的信息，通过信息处理计算空调动作的触发阈值并下发给相应的设备及本地控制器，形成对于各台空调设备的管理；
[0015]将每台空调设备连接一个本地控制，以监测电网频率信号，并将电网频率信号与设备动作触发阈值进行比较，当达到触发阈值时则目标空调设备响应投入到电网调频辅助服务中；通过负荷聚合商的中央控制器和空调设备的本地控制器之间的双向通信互动，实现空调虚拟机组参与电网调频辅助服务。
[0016]进一步地，步骤102包括：
[0017]构建空调所在房间室温变化模型表达式：
[0018][0019][0020]其中，为t时刻的室内温度；C为等效热容；R为等效热阻；为t时刻的环境温度；η为空调能效比；P
rated
为空调的额定功率；m
t
为t时刻的空调开关状态，m
t
＝1表示空调打开，m
t
＝0表示空调关闭；Δt为时间间隔；T
max
和T
min
分别为室温变化的温度上限和下限；e为自然常数；
[0021]构建单体空调功率模型表达式：
[0022]P
t
＝m
t
P
rated
；
[0023]其中，P
t
为t时刻的空调功率。
[0024]进一步地，步骤103包括：
[0025]构建空调负荷群虚拟机组的聚合模型表达式：
[0026][0027]其中，为t时刻空调虚拟机组的功率；m
i,t
为t时刻空调i的开关状态，m
i,t
＝1表示t时刻空调i打开，m
i,t
＝0表示t时刻空调i关闭；为空调i的额定功率；i＝1,2,...,N，N为空调负荷群中空调总数；
[0028]构建空调的锁定状态表达式：
[0029][0030]其中，l
i,t
为t时刻空调i的锁定状态，l
i,t
＝1表示t时刻空调i锁定，l
i,t
＝0表示t时刻空调i非锁定；为空调i发生开关状态转变的时间；t
lim_on
和t
lim_off
分别为空调最短开启时间和最短关闭时间；
[0031]构建t时刻空调虚拟机组功率的变化范围表达式：
[0032][0033]其中，为t时刻空调虚拟机组的最大功率；为t时刻空调虚拟机组的最小功率；为t时刻空调i所在室内的温度；为空调i所处室温变化的温度上限；为空调i所处室温变化的温度下限；P
i,t
‑1为t
‑
1时刻空调i的功率；
[0034]根据以下公式计算空调虚拟机组提供调频辅助服务的上调容量和下调容量：
[0035][0036]其中，为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法，其特征在于，包括：101，构建空调虚拟机组参与电网调频响应的分层分布式控制架构；102，基于空调虚拟机组参与电网调频响应的分层分布式控制架构，构建空调单体模型；空调单体模型包括空调所在房间室温变化模型和单体空调功率模型；103，根据空调单体模型构建空调负荷群虚拟机组的聚合模型，以确定空调虚拟机组提供调频辅助服务的上调容量和下调容量；104，根据空调虚拟机组提供调频辅助服务的上调容量和下调容量以及电网频率偏差值构建空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的虚拟下垂曲线，结合空调设备的状态以及可开启/关断时间形成分组和优先序列，计算各台空调调频响应触发阈值的初始值；105，考虑空调最短开关时间对应锁定约束的影响，在空调虚拟机组参与电网调频响应的分层分布式控制架构下，制定基于本地控制器的空调触发阈值实时就地更新策略；106，在基于本地控制器的空调触发阈值实时就地更新策略下，确定目标功率缺额故障造成电网频率偏差情况下的空调虚拟机组调度结果。2.根据权利要求1所述的空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法，其特征在于，步骤101包括：将用于整合分散的空调负荷资源的负荷聚合商连接一个中央控制器，以接收各台空调设备的信息，通过信息处理计算空调动作的触发阈值并下发给相应的设备及本地控制器，形成对于各台空调设备的管理；将每台空调设备连接一个本地控制，以监测电网频率信号，并将电网频率信号与设备动作触发阈值进行比较，当达到触发阈值时则目标空调设备响应投入到电网调频辅助服务中；通过负荷聚合商的中央控制器和空调设备的本地控制器之间的双向通信互动，实现空调虚拟机组参与电网调频辅助服务。3.根据权利要求1所述的空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法，其特征在于，步骤102包括：构建空调所在房间室温变化模型表达式：构建空调所在房间室温变化模型表达式：其中，为t时刻的室内温度；C为等效热容；R为等效热阻；为t时刻的环境温度；η为空调能效比；P
rated
为空调的额定功率；m
t
为t时刻的空调开关状态，m
t
＝1表示空调打开，m
t
＝0表示空调关闭；Δt为时间间隔；T
max
和T
min
分别为室温变化的温度上限和下限；e为自然常数；构建单体空调功率模型表达式：P
t
＝m
t
P
rated
；其中，P
t
为t时刻的空调功率。4.根据权利要求1所述的空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法，其特
征在于，步骤103包括：构建空调负荷群虚拟机组的聚合模型表达式：其中，为t时刻空调虚拟机组的功率；m
i,t
为t时刻空调i的开关状态，m
i,t
＝1表示t时刻空调i打开，m
i,t
＝0表示t时刻空调i关闭；为空调i的额定功率；i＝1,2,...,N，N为空调负荷群中空调总数；构建空调的锁定状态表达式：其中，l
i,t
为t时刻空调i的锁定状态，l
i,t
＝1表示t时刻空调i锁定，l
i,t
＝0表示t时刻空调i非锁定；为空调i发生开关状态转变的时间；t
lim_on
和t
lim_off
分别为空调最短开启时间和最短关闭时间；构建t时刻空调虚拟机组功率的变化范围表达式：其中，为t时刻空调虚拟机组的最大功率；为t时刻空调虚拟机组的最小功率；为t时刻空调i所在室内的温度；为空调i所处室温变化的温度上限；为空调i所处室温变化的温度下限；P
i,t
‑1为t
‑
1时刻空调i的功率；根据以下公式计算空调虚拟机组提供调频辅助服务的上调容量和下调容量：其中，为t时刻空调虚拟机组提供调频辅助服务的上调容量；为t时刻空调虚拟机组提供调频辅助服务的下调容量；为不受控参与调频辅助服务时t时刻空调虚拟机组的功率。5.根据权利要求1所述的空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的协调控制方法，其特征在于，步骤104包括：构建电网频率偏差值表达式：Δf t
＝f t
‑
f
nor
；其中，Δf t
为t时刻的电网频率偏差值；f t
为t时刻的电网频率实际值；f
nor
为电网频率额定值；设置空调虚拟机组动作的门槛值[Δf
db,
‑
,Δf
db,+
]；当电网频率偏差值超过[Δf
db,
‑
,Δf
db,+
]时，空调虚拟机组投入参与电网调频辅助服务；设置空调虚拟机组动作的上限Δ
f
ac_max
和下限Δf
ac_min
；当频率偏差值大于Δf
ac_max
时，空调虚拟机组投入全部上调容量；当频率偏差值小于Δf
ac_min
时，空调虚拟机组投入全部下调容量，以构建空调虚拟机组参与电网调频辅助服务的虚拟下垂曲线；根据不同电网频率偏差值，构建空调虚拟机组的响应功率表达式：根据不同电网频率偏差值，构建空调虚拟机组的响应功率表达式：其中，ΔP
ac
为空调虚拟机组的响应功率；P
up
为空调虚拟机组提供调频辅助服务的全部上调容量；K
ac_up

【专利技术属性】
技术研发人员：吉用丽，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：