電力市場中配電網的空調群調控策略

何明宇

【摘 要】隨著我國的綜合國力在快速的發展，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行與交易結果的考核偏差，提出一種基于變頻空調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）控制求出變頻空調群的調度需求量，通過改變變頻空調溫度設定值來實現調度需求。仿真結果表明，該策略以較低的動作次數和溫度變化度便能實現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，不僅改善了配電網功率平衡問題，同時也提高了售電公司的收益。

【關鍵詞】變頻空調；負荷分離；直接負荷控制；PI控制

引言

目前配電網的發展過程中，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，采用合環操作的方式來實現在不停電條件下進行負荷轉移的情況也更加常見。所以，適當的合環操作不僅提高供電可靠性，使用戶滿意，而且能夠節約資源，讓供電更經濟。然而，合環操作中出現的合環電流可能給配電網產生影響。

1變頻空調特性

在配電網中存在著大量可中斷負荷資源，例如：空調、熱水器、冰箱和電動汽車等。基于引言中提到的原因，本文將以變頻空調作為控制主體來補償饋線上的功率偏差。近年來，隨著變頻技術的發展和成本的降低，變頻空調依靠著控溫精確、節能省電的優勢受到越來越多消費者的青睞，在空調總數中的比例也不斷上升，根據《2016中國空調產業白皮書》顯示，變頻空調的數量在空調總數中的比例達到了58%，已經超過原有的定頻空調，成為主流。變頻空調與傳統定頻空調最大的不同就在于溫度控制上。定頻空調是通過空調的啟停，將室內溫度維持在一個區間[Tmin，Tmax]內，Tmax和Tmin分別為室內溫度的上下限；而變頻空調是根據調節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定值Tset。根據文獻[22]，可以推導出在t時段，變頻空調實時功率Pt、制冷量Qt與頻率ft之間的關系。 式中：kP和kQ為常系數，本文中kP和kQ分別取0.12和0.04；ΔP和ΔQ分別為變頻空調實時功率與制冷量在時間間隔Δt內的變化量；Tc為壓縮機的時間常數。由于本文的研究重點不涉及變頻空調對系統頻率的影響，故根據式（2）和式（3）進行變換，且由于當空調功率為0時，制冷量也為0，故可得到Pt與Qt的關系： 空調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為空調機組的制冷功率；Tout為室外溫度；Tin為室內溫度；Tm為室內固體溫度。考慮到實用性，在此基礎上對該模型進行化簡，變頻空調整個工作過程是一個閉環控制的過程，根據上述，已經得出功率與制冷量、制冷量與室內外溫度的關系，要完成這個閉環，還需室內溫度與空調實時功率的關系。不同品牌的空調對于功率與室溫的關系有著不同的算法，并屬于商業機密，故本文在此進行一定的化簡。在空調處于制冷狀態，當室內溫度與溫度設定值的差值大于死區溫度差TD時，空調以額定功率Prated進行制冷；當室內溫度與溫度設定值的差值在[0，TD]之間時，制冷量會隨著室內溫度與Tset之差線性降低，最終維持在Tset；當室內溫度低于溫度設定值時，功率為0，空調停機，為了防止空調頻繁啟停，故此處需要設置一個小死區溫差Td。

2變頻空調控制策略

2.1接入方式管理

以光伏發電為例，目前分布式光伏并網方式可分為全部上網、全部自用、自發自用余電上網3種。寧波市鎮海地區基本上都采用自發自用余電上網的方式。在分布式電源接入配電網的過程中，調控機構應參與審查分布式電源接入系統方案，對短路電流、無功平衡、一次接線方式、主要設備選型、涉網繼電保護及安全自動裝置配置、調度自動化與安全防護等內容進行檢查，并與用戶簽訂并網調度協議，經調試滿足并網運行條件后方可并網運行。分布式電源接入配電網自動化系統的配置原則為：10～35kV接入的分布式電源，應能夠實時采集并網設備狀態、并網點電壓、電流、有功功率、無功功率和發電量等并網運行信息，并能上傳至相關電網調度部門；其電能量計量、并網設備狀態等信息應能夠按要求采集、上傳至相關營銷部門。

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《南方區域發電廠并網運行管理細則（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的沖擊，這也是電網發展的未來趨勢。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.

結語

本文提出了針對變頻空調的全天直接控制策略，對空調溫度設定值進行動作實現調度，以完成對計劃值實現跟蹤的目標，通過仿真得到如下結論。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負荷，提高了調節精度，避免空調頻繁動作。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，提高經濟效益。

參考文獻：

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

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

（作者單位：國網太原供電公司）