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。