電力市場中配電網(wǎng)的空調(diào)群調(diào)控策略

何明宇

【摘 要】隨著我國的綜合國力在快速的發(fā)展，社會在不斷的進步，為了減少電力市場下售電公司的實際執(zhí)行與交易結(jié)果的考核偏差，提出一種基于變頻空調(diào)負荷模型的直接控制策略來跟蹤饋線負荷計劃值。該策略利用離散傅里葉變換和比例—積分（PI）控制求出變頻空調(diào)群的調(diào)度需求量，通過改變變頻空調(diào)溫度設(shè)定值來實現(xiàn)調(diào)度需求。仿真結(jié)果表明，該策略以較低的動作次數(shù)和溫度變化度便能實現(xiàn)饋線首端實際負荷對計劃負荷曲線的跟蹤，降低售電公司的考核電量，不僅改善了配電網(wǎng)功率平衡問題，同時也提高了售電公司的收益。

【關(guān)鍵詞】變頻空調(diào)；負荷分離；直接負荷控制；PI控制

引言

目前配電網(wǎng)的發(fā)展過程中，不再局限于單電源供電，雙電源、甚至多電源的供電情況也日益增多，這使得電網(wǎng)對自身的要求更加嚴厲。與此同時，線路檢修與倒負荷等情況也日愈增多。為了增加供電的可靠性、減小停電時間與停電范圍以及給用戶提供更好的體驗，采用合環(huán)操作的方式來實現(xiàn)在不停電條件下進行負荷轉(zhuǎn)移的情況也更加常見。所以，適當?shù)暮檄h(huán)操作不僅提高供電可靠性，使用戶滿意，而且能夠節(jié)約資源，讓供電更經(jīng)濟。然而，合環(huán)操作中出現(xiàn)的合環(huán)電流可能給配電網(wǎng)產(chǎn)生影響。

1變頻空調(diào)特性

在配電網(wǎng)中存在著大量可中斷負荷資源，例如：空調(diào)、熱水器、冰箱和電動汽車等?；谝灾刑岬降脑?，本文將以變頻空調(diào)作為控制主體來補償饋線上的功率偏差。近年來，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，變頻空調(diào)依靠著控溫精確、節(jié)能省電的優(yōu)勢受到越來越多消費者的青睞，在空調(diào)總數(shù)中的比例也不斷上升，根據(jù)《2016中國空調(diào)產(chǎn)業(yè)白皮書》顯示，變頻空調(diào)的數(shù)量在空調(diào)總數(shù)中的比例達到了58%，已經(jīng)超過原有的定頻空調(diào)，成為主流。變頻空調(diào)與傳統(tǒng)定頻空調(diào)最大的不同就在于溫度控制上。定頻空調(diào)是通過空調(diào)的啟停，將室內(nèi)溫度維持在一個區(qū)間[Tmin，Tmax]內(nèi)，Tmax和Tmin分別為室內(nèi)溫度的上下限；而變頻空調(diào)是根據(jù)調(diào)節(jié)壓縮機的頻率來改變制冷量，使得室溫能夠基本維持在溫度設(shè)定值Tset。根據(jù)文獻[22]，可以推導(dǎo)出在t時段，變頻空調(diào)實時功率Pt、制冷量Qt與頻率ft之間的關(guān)系。 式中：kP和kQ為常系數(shù)，本文中kP和kQ分別取0.12和0.04；ΔP和ΔQ分別為變頻空調(diào)實時功率與制冷量在時間間隔Δt內(nèi)的變化量；Tc為壓縮機的時間常數(shù)。由于本文的研究重點不涉及變頻空調(diào)對系統(tǒng)頻率的影響，故根據(jù)式（2）和式（3）進行變換，且由于當空調(diào)功率為0時，制冷量也為0，故可得到Pt與Qt的關(guān)系： 空調(diào)所在的建筑物一般都具有一定的儲熱能力，可以用簡化的等效熱參數(shù)模型[16]來表示其儲熱原理，其原理圖見附錄A圖A1。圖中，Ca為氣體比熱容；Cm為固體比熱容；R1為氣體等效熱阻；R2為固體等效熱阻；P為空調(diào)機組的制冷功率；Tout為室外溫度；Tin為室內(nèi)溫度；Tm為室內(nèi)固體溫度?？紤]到實用性，在此基礎(chǔ)上對該模型進行化簡，變頻空調(diào)整個工作過程是一個閉環(huán)控制的過程，根據(jù)上述，已經(jīng)得出功率與制冷量、制冷量與室內(nèi)外溫度的關(guān)系，要完成這個閉環(huán)，還需室內(nèi)溫度與空調(diào)實時功率的關(guān)系。不同品牌的空調(diào)對于功率與室溫的關(guān)系有著不同的算法，并屬于商業(yè)機密，故本文在此進行一定的化簡。在空調(diào)處于制冷狀態(tài)，當室內(nèi)溫度與溫度設(shè)定值的差值大于死區(qū)溫度差TD時，空調(diào)以額定功率Prated進行制冷；當室內(nèi)溫度與溫度設(shè)定值的差值在[0，TD]之間時，制冷量會隨著室內(nèi)溫度與Tset之差線性降低，最終維持在Tset；當室內(nèi)溫度低于溫度設(shè)定值時，功率為0，空調(diào)停機，為了防止空調(diào)頻繁啟停，故此處需要設(shè)置一個小死區(qū)溫差Td。

2變頻空調(diào)控制策略

2.1接入方式管理

以光伏發(fā)電為例，目前分布式光伏并網(wǎng)方式可分為全部上網(wǎng)、全部自用、自發(fā)自用余電上網(wǎng)3種。寧波市鎮(zhèn)海地區(qū)基本上都采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的方式。在分布式電源接入配電網(wǎng)的過程中，調(diào)控機構(gòu)應(yīng)參與審查分布式電源接入系統(tǒng)方案，對短路電流、無功平衡、一次接線方式、主要設(shè)備選型、涉網(wǎng)繼電保護及安全自動裝置配置、調(diào)度自動化與安全防護等內(nèi)容進行檢查，并與用戶簽訂并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議，經(jīng)調(diào)試滿足并網(wǎng)運行條件后方可并網(wǎng)運行。分布式電源接入配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的配置原則為：10～35kV接入的分布式電源，應(yīng)能夠?qū)崟r采集并網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、并網(wǎng)點電壓、電流、有功功率、無功功率和發(fā)電量等并網(wǎng)運行信息，并能上傳至相關(guān)電網(wǎng)調(diào)度部門；其電能量計量、并網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)等信息應(yīng)能夠按要求采集、上傳至相關(guān)營銷部門。

2.2評價標準

一個客觀公正的性能評價標準不僅能體現(xiàn)該策略的控制效果，同時也能為控制策略提供參考。為了使控制策略能夠更好地實現(xiàn)負荷跟蹤，滿足全天評價標準，本文基于上述RMSE標準，引入15min的RMSE指標β和1min平均誤差指標δ1。15min的RMSE指標在控制策略中起到抑制饋線大幅、長時波動的作用，使饋線負荷不會偏離計劃值，并評估饋線潮流偏差。該標準每15min考核一次，其表達式參照式（1），T=15min。1min平均誤差指標在控制策略中主要起到響應(yīng)實時功率偏差的作用，并考核短時饋線的補償效果。該標準每分鐘考核一次，其表達式為：

式中ε1為1min平均誤差指標的控制目標。參照《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理細則（2017版）》，考核機制多以電量為主，而只有當功率實時平衡才能減少對電網(wǎng)的沖擊，這也是電網(wǎng)發(fā)展的未來趨勢。故本文出于上述考慮，以功率作為考核對象。綜合上述，本文中的全天RMSE控制目標εd，15min的RMSE控制目標ε15和1m.

結(jié)語

本文提出了針對變頻空調(diào)的全天直接控制策略，對空調(diào)溫度設(shè)定值進行動作實現(xiàn)調(diào)度，以完成對計劃值實現(xiàn)跟蹤的目標，通過仿真得到如下結(jié)論。1）該策略能夠有效補償饋線上的功率偏差，跟蹤計劃值。2）利用DFT對負荷曲線進行拆分，能夠更高效的利用空調(diào)負荷，提高了調(diào)節(jié)精度，避免空調(diào)頻繁動作。3）補償負荷偏差能夠有效降低售電公司所受到的懲罰電量，提高經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]周磊，李揚，高賜威.聚合空調(diào)負荷的溫度調(diào)節(jié)方法改進及控制策略[J].中國電機工程學(xué)報，2014，34（31）：5579-5589.

[2]王蓓蓓，朱峰，嵇文路，等.中央空調(diào)降負荷潛力建模及影響因素分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2016，40（19）：44-52

（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）