基于需求响应的空调负荷与储能单元协调控制策略

作者:万林;杨冠鲁;陈小峰; 刊名:沈阳理工大学学报 上传者:张文敏

【摘要】传统空调负荷采用直接负荷控制参与电网峰谷调节时,并没有考虑实际虚拟电厂中的分布式发电单元和储能单元,分布式发电单元以及其他负荷的功率波动将会带来不确定性和复杂性,针对这一问题,提出了一种空调负荷与储能单元的协调控制策略.建立了光伏电池、锂离子蓄电池以及空调的数学模型,给出了空调轮空策略.为了兼顾实际偏差和经济性,提出了储能单元的模糊控制策略.最终,通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了仿真平台,对所提出的协调控制方法进行了仿真研究,仿真结果验证了可行性和有效性.

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化石能源的消耗以及全球变温问题的日益严重已经对传统发电方式提出了新的挑战,为了解决这一问题,世界各国将会逐渐调整能源结构,由化石能源逐步过渡到可再生能源并网发电,可再生能源发电具有随机和间歇性,将其直接并入电力系统中将会引起一些不利影响[1-2]。为了克服上述问题,提出了虚拟电厂(virtualpowerplant,VPP)概念,虚拟电厂由分布式发电单元、储能单元、电动汽车以及可控负荷等单元构成,采用调度、协调控制以及信息技术实现聚合协调优化来参与电力市场和电网运行的协调管理系统[3-4]。虚拟电厂概念已经引起世界各国的广泛关注,欧洲一部分国家已经开展了一系列的虚拟电厂项目[5]。需求响应是智能电网的核心技术,同样需求响应在虚拟电厂中也能够发挥重要的作用,通过需求响应技术能够充分发挥负荷侧资源[6-7]。空调负荷是一种典型的可控负荷,并且具备热储存能力,通过空调参与电力系统调节实现负荷消减已经开展了大量的研究。文献[8]研究了采用DLC控制策略在电力市场下的应用,以兼顾供电商和用户利益为目标,通过非支配排序遗传算法进行了优化求解。文献[9-10]通过多个负荷聚合商来发挥负荷调节能力,提出了基于DLC策略的双层优化调度策略,以实际偏差和负荷聚合商利益为目标进行了优化求解。除此之外,还提出了基于需求响应的空调负荷进行建模和控制研究[11]以及含分布式电源中压配电网电压控制策略[12]。根据传统策略可以看出,采用空调负荷参与电网峰谷调节时,虚拟电厂中仅考虑了空调负荷以及发电厂之间的需求响应关系,在建立优化求解模型的同时并没有考虑分布式发电单元的扰动以及储能单元的运行状态,也没有考虑电网的实时电价的变化。为了解决这一问题,本文更加详细地考虑了实际情况,以实际偏差最小和经济性为目标提出了一种基于需求响应的空调负荷与储能系统协调控制方法,通过Matlab仿真软件搭建了仿真模型,进行了仿真验证。1系统结构及数学模型1.1系统结构含多源多负荷的典型系统结构如图1所示。图1多源多负荷的典型系统结构框图由图1可以看出,发电单元包括光伏分布式发电单元和传统发电机组;负荷主要包括家用负荷和工业负荷;此外还包括蓄电池储能单元。发电单元、储能单元以及家用负荷都接入交流母线。光伏发电系统根据外界天气变化采用最大功率跟踪策略输出功率,当分布式发电单元输出功率与负荷功率之差小于零时,不足的电能由外部电网或者储能单元供给;当分布式发电单元输出功率与负荷功率之差大于零时,剩余的功率将会传输给电网或者存储在储能系统。蓄电池储能系统根据总系统的工作状态处于在充电、放电以及待机模式。1.2空调负荷模型空调负荷是典型的家用负荷,空调负荷可以采用简单的等效热参数模型进行等效,如图2所示。图2空调的等效热参数模型图2中:Ca为气体比热容;Cm为固体比热容;P为空调热功率;Tout为外界温度;Tm为室内温度。根据图2能够得到空调功率与室内、室外温度之间的关系为Tt+1in=Tt+1out-(Tt+1out-Ttin),s=1(1)Tt+1in=Tt+1out-PxA-Tt+1out-PxA-Tt()in,s=0(2)=e-/Tc(3)式中:s为空调的开关状态,1表示关闭,0表示开启;Ttin和Tt+1in为t和t+1时间段内的室内温度;Ttout和Tt+1out为t和t+1时间段内的室外温度;为散热系数,通常选取为0.96;为时间间隔;Tc为时间常数;为空调能效比;A为导热系数,通常选取为0.18;Px为x时刻空调的额定制冷所消耗的功率;Px为额定制冷量。在室内温度保持一定范围内时,人体的舒适情况

参考文献

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