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空调负荷的储能建模和控制策略研究

陆婷婷  
【摘要】:空调负荷是电力系统峰荷的重要组成部分,巨大的空调负荷对电网安全经济运行造成了极大的负面影响;另一方面,空调系统具备一定的热存储能力,可以进行负荷调整,且其响应速度快、潜力大,是智能电网环境下重要的需求响应资源。当前学术界关于利用空调负荷控制技术实现维持电力平衡、提高系统运行效益仍缺乏相关的理论方法。因此研究如何通过负荷调度将空调负荷需求响应资源有效地纳入常态化的电力系统运行调度中具有重要意义。本文从空调系统的储能特性出发,建立了相应的储能模型,在此基础上,重点研究了空调负荷需求响应资源的聚合技术及其参与电力系统二次调频和经济调度的控制策略。首先,分析了空调负荷需求响应资源参与电力系统运行调度的必要性和可行性,概述了空调负荷控制在国内外的发展应用情况,并从空调负荷的负荷模型、聚合技术和运行控制三方面总结了学术界的研究现状,为本文的后续研究奠定了基础。其次,综合考虑建筑物的热存储特性和人体热舒适度要求,分析了空调系统的储能特性,并比照现有典型储能元件,建立了空调系统的储能模型;对储能模型和基本模型进行了分析比较,储能模型在节省存储空间和与现有调度模型的兼容性两方面具有更大的应用优势。然后,提出空调负荷参与系统二次调频的总体架构,并重点研究了空调负荷聚合模型和空调储能元件充放电控制策略的建立。聚合模型是将空调负荷集群整合成一台虚拟AGC机组,从调节容量、调节速率和调节精度三个方面进行虚拟AGC机组建模,使其能像传统机组一样参与系统调频;储能元件充放电控制策略是将系统下发的调频指令转化为对每台空调的启停控制。最后,在储能模型基础上,利用马尔科夫链原理推导了反映空调储能元件集群的SOC状态概率密度变化的转移矩阵,建立空调负荷的聚合模型,以获得调整设定温度场景下空调集群虚拟机组的出力范围。并在传统日前调度模型基础上,纳入空调负荷的可调能力和调节成本,建立包含空调负荷控制的经济调度数学模型。


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