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中央空調負荷聚合及平抑風電出力波動研究

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2019/3/1     瀏覽次數(shù):    
    中央空調負荷聚合及平抑風電出力波動研究
    摘要:空調負荷在我國絕大多數(shù)地區(qū)電力系統(tǒng)高峰時期占比較大,是造成負荷尖峰的主要原因之一,其中中央空調單體容量大,且便于集中控制,是參與負荷調節(jié)的優(yōu)質資源,現(xiàn)實中對空調的調控應用針對的也主要是中央空調。中央空調結構復雜,調節(jié)變量眾多,但目前學術文獻中對空調負荷聚合并參與系統(tǒng)運行的研究多著眼于分體式空調。該文分別提出基于中央空調調控特性、基于舒適度、基于經(jīng)濟性的3種中央空調負荷聚合策略,并通過聚合后參與平抑分布式電源出力進行中央空調負荷參與系統(tǒng)運行的研究。仿真案例說明了所提出方法的有效性。
    關鍵詞:中央空調;負荷聚合;平抑風電出力
    算例分析
    根據(jù)電力市場的調度指令,針對上述研究,給出負荷聚合及最終參與平抑風電出力的完整案例。
    中央空調平抑風電出力計算
    某裝機容量30MW的風電機組,風電出力波形如圖6所示,圖中綠線為調節(jié)前的風電出力。
    時間出力未平抑平抑后圖6風電出力平抑效果圖按式(15)計算所需的中央空調聚合后的目標負荷調節(jié)總量Ploadsum,藍線為調節(jié)后的效果。電力市場發(fā)布風電出力平抑信號,如表1所示。

    表1風電出力平抑信號信號時刻目標調節(jié)量調節(jié)時長……………………按照風電出力平抑信號,制定聚合策略,本文為了說明各聚合方法,響應信號A、B、C時采用種不同聚合方法進行比較。

    第11期高賜威等:中央空調負荷聚合及平抑風電出力波動研究基于中央空調調節(jié)特性的聚合計算
    現(xiàn)有100臺300kW的中央空調系統(tǒng),設定每臺中央空調的室內熱負荷影響系數(shù)σ不同,設σ服從上的均勻分布,因此認為是100臺運行在不同環(huán)境下的中央空調,且設定每臺空調初始狀態(tài)不一致,即各決策變量不定。電力系統(tǒng)發(fā)布信號A:
    ,1.2MW的調節(jié)指令。根據(jù)式(1)、(2),現(xiàn)繪制每臺空調的調節(jié)特性曲線,某個單臺空調的可調潛力與可控時間的計算結果如表2所示。
    表2可調潛力與可控時間表時間/min調節(jié)量/kW時間/min調節(jié)量——因為100臺空調數(shù)目較多,計算結果不易呈現(xiàn),假設百臺空調每10臺運行狀態(tài)相同,為一個系列,得到它們的調節(jié)特性曲線如圖7所示。
    時間調節(jié)量圖7百臺中央空調調節(jié)特性曲線圖按式(3)計算每兩條曲線間的吻合度,并按式進行聚合。得到系列1、4、9、10的40臺空調聚合為一組的方案,聚合后調節(jié)量達到1.29MW,該組各系列間的吻合度εij如表3所示。
    表3聚合組各系列間的吻合度表系列系列1系列4系列9系列系列1—系列44.54—系列99.253.28—系列109.597.734.97—同理,信號B時(調節(jié)周期2min)按上述方法得到聚合組為:系列1、2、9的30臺空調,聚合后調節(jié)量達到1.81MW。信號C時(調節(jié)周期6min)按上述方法得到聚合組最大調節(jié)量為1.69MW,無法達到2MW的要求。
    基于中央空調舒適度的聚合計算
    電力市場發(fā)布響應信號B:2min,1.8MW的調節(jié)指令。按圖4流程進行聚合,選擇綜合舒適度指標為評價模型。
    根據(jù)PMV圖算法,快速得到各系列的PMV值,根據(jù)式(9),得到K值,按照式(10)得到綜合舒適度指標,其中ωp為0.6,ωk為0.4,結果如表4所示。
    則中央空調各系列按舒適度排序為:2、8、9、、4、5、1、7、3、10,則當聚合到系列6時,滿足條件。最終聚合系列為2、6、8、9。
    同理,信號A時(調節(jié)周期4min)根據(jù)前文所述,兩個控制周期要進行動態(tài)聚合,第1個周期聚合組為:系列2、8、9的30臺空調;第2個周期,各中央空調的舒適度發(fā)生變化,將形成新的表4,和舒適度排序,按前文方法得到聚合組為:系列6、的20臺空調。
    同理,信號C時(調節(jié)周期6min)3個控制周期要進行動態(tài)聚合,第1個周期聚合組為:系列2、6、、9的40臺空調;第2個周期,各中央空調狀態(tài)發(fā)生變化,形成新的舒適度排序,按前文方法得到聚合組為:系列1、4、5、7的40臺空調;第3個周期,各中央空調狀態(tài)再次發(fā)生變化,形成新的舒適度排序,按前文方法得到聚合組為:系列2、3、的30臺空調。
    基于中央空調經(jīng)濟性的聚合計算
    電力市場發(fā)布響應信號B:2min,1.8MW的調節(jié)指令。按照式(11)計算出10個系列的報價Ci,如表5所示:
    按照式(12)、(13)得到最后的聚合方案為系列:
    、2、4、7,聚合商總成本為476.75元。
    同理,信號A時(調節(jié)周期4min)根據(jù)前文所述,兩個控制周期要進行動態(tài)聚合,第1個周期聚合組為:系列2、4的20臺空調;第2個周期,各中央空調的舒適度發(fā)生變化,將形成新的表5,按前文方法得到聚合組為:系列1、9的20臺空調。
    同理,信號C時(調節(jié)周期6min)3個控制周期要進行動態(tài)聚合,第1個周期聚合組為:系列1、2、的30臺空調;第2個周期,各中央空調狀態(tài)發(fā)生變化,得到新聚合組為:系列5、7、8、9的40臺中國電機工程學報第37卷空調;第3個周期,各中央空調狀態(tài)再次發(fā)生變化,得到聚合組為:系列1、2、4的30臺空調。
    計算結果分析
    綜合前3.1—3.4節(jié)的結果,得到表6的風電出力平抑結果。
    中央空調負荷聚合結果分析:
    )從表2中可知隨著調節(jié)周期變長,調節(jié)期內的穩(wěn)定調節(jié)量變小,與圖2的趨勢吻合。由圖可知不同中央空調的特性曲線下降趨勢相近,且在前下降明顯,10min之后降速減緩,并趨于穩(wěn)定,這表明中央空調負荷能在較長時間內受控,在短期有較好調節(jié)效果。
    )從表1和表6中可知電網(wǎng)根據(jù)風電出力發(fā)布風電平抑信號,中央空調能夠滿足短時大部分調節(jié)任務,對于一些容量特別大,調節(jié)周期長的需要更多空調的聚合,或者與其他柔性負荷、分布式電源等協(xié)調配合。由圖6可知風電出力在中央空調負荷調節(jié)前后在一些越限時間點有明顯效果(圖中圈出部分),保證了風電能更長時間的并網(wǎng)。
    )由表4可知,不同舒適度指標,會有不同的排序結果,可根據(jù)用戶對各舒適度指標的敏感程度,選擇適宜的評價體系。由表5可知用戶報價受舒適度、調節(jié)潛力、報價決策系數(shù)影響。
    )分布式電站一般要求安裝有儲能設備,其容量與分布式裝機容量比值1:5,而100臺中央空調的容量與分布式裝機容量比值1:1,然而中央空調的調節(jié)成本由表5得,在百元級別,為運行層面對用戶舒適度受損的補償,不涉及固定資產(chǎn)投資的回收問題,而同等容量的儲能設備僅安裝成本在十萬、甚至百萬級別,均需從每次調用中予以回收,費用高昂。因此中央空調負荷參與電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟效益極為可觀。
    表4中央空調舒適度表系列PMVKβ表5單臺中央空調報價表系列λi報價)對比各種聚合策略可知,基于中央空調調節(jié)特性的聚合策略考慮了空調的內部特性,一次計算后可長時間使用該策略,并且不會引起負荷反彈,但因為不涉及空調間的協(xié)調優(yōu)化或輪控,不能發(fā)揮最大潛力,長時間控制時可能無法滿足平抑信號,如表6的44時刻。基于中央空調舒適度的聚合策略,動態(tài)的聚合能保證最大程度的響應平抑信號,但也會出現(xiàn)兩種惡劣情況:信號的調節(jié)目標較小時,可能反復調用幾組空調,而部分空調潛力無法發(fā)揮,如表6中的系列10的空調未被調用過;另一種情況當信號的調節(jié)目標較大時,可能出現(xiàn)幾個周期后各臺空調舒適度都不滿足最低滿意值βmin?;谥醒肟照{經(jīng)濟性的聚合策略,動態(tài)的聚合能保證最大程度的響應平抑信號,但也會出現(xiàn):
    信號的調節(jié)目標較小時,可能反復調用幾組空調,而部分空調潛力無法發(fā)揮,如表6中的系列3、的空調未被調用過;并且用戶報價決策系數(shù)一般有很大主觀性。

    )當有多種聚合策略時,可按中央空調調控特性聚合,然后按舒適度、經(jīng)濟性評價。也可以先按舒適度或經(jīng)濟性聚合,再按調節(jié)特性評價。實際聚合策略可根據(jù)聚合商或用戶的意愿制定,亦可以構建舒適度、經(jīng)濟性、調節(jié)特性的綜合評估指標,進行尋優(yōu)。通常各聚合方式都遵循保持盡量少的中央空調受控。


本文由 大金中央空調批發(fā)商 整理編輯。

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