考虑空调负荷聚合调节的电网规划问题研究

论文总字数：27275字

摘 要

16012610 杨济如

指导教师 高赐威

夏季空调负荷的不断增长加剧了高峰时期用电紧张的问题，对电网的稳定运行造成巨大压力，同时不利于绿色低碳环境的建设，目前的文献中主要是针对定频空调的负荷控制研究，而变频空调以其舒适省电的优点正在逐渐提高市场占有率，可以预见将会成为未来市场的主流产品。本文对变频空调负荷特性进行研究，根据频率与功率、制冷量三者的拟合关系，在一阶等效热参数模型的基础上建立了单台变频空调器的负荷模型。在满足用户舒适度要求并约定负荷控制补偿方案的情况下，分析比较温度控制与频率控制两种控制方式，通过对削减能力与操作持续时间的计算分析，确定一种以较低频率持续运行并固定操作时长的变频空调控制方法，便于对大量空调进行聚合控制。基于单台变频空调的控制方法，设计一种简单易行的聚合控制算法，根据对大量空调调控顺序的排序不同，能够达到充分利用负荷削减潜力或经济性最优两种目标。在此基础上建立计入需求响应激励费用的电网规划模型，通过遗传算法进行优化求解，并利用算例证明所提出聚合控制方法的有效性和规划方案的有效性。

关键词：需求响应 变频空调 负荷模型 负荷调控 电网规化

Abstract

Abstract： Growing air-conditioner load exacerbates the power shortage in the peak period and causes tremendous pressure on the steady state of the power grid every summer. And it is not conducive to building a green low-carbon environment. The current demand response research is mainly for ordinary air-conditioner while inverter air conditioner is gradually increasing market share and becoming the mainstream product of future market with its extraordinary advantages. In this paper, the inverter air-conditioner load characteristics are studied, and we establish a load model of single inverter air-conditioner based on the first ETP model according to the fitting relationship of the frequency, power and cooling capacity of an air-conditioner. In the case of meeting users’ requirements, we analysis and calculate two control models including temperature control and frequency control. Furthermore, a control model is set in which the air-conditioner running with lower frequency and fixed operating time, and the model is convenient to control the aggregate inverter air-conditioner load. Then we design a simple aggregation control algorithm which will achieve full advantage of the energy-saving potential or optimal economy based the different sort order. Finally we establish the power network planning model including a demand response compensation costs through genetic algorithm optimization solution, and the numerical example demonstrates the effectiveness of the method.

Key words: Demand response; Inverter air-conditioner; Load modeling; Load operational control; Power network planning

目 录

1 绪论 1

1.1 研究意义 1

1.2 相关技术及国内外研究现状 1

1.3 本文主要工作 2

2 单台变频空调负荷建模 3

2.1 变频空调结构 3

2.2 变频空调频率对功率及制冷量影响 3

2.3 变频空调常规频率控制模式 4

2.4 单台变频空调负荷模型 4

2.5 本章小结 5

3 单台变频空调控制方式 6

3.1 改变设定温度T_s 6

3.2 改变工作频率 7

3.3 两种控制方式比较 8

3.4 单台空调控制方式 8

3.4.1 保持最低频操作时长计算 8

3.4.2 固定操作时长的削减能力计算 9

3.4.3 控制方式的确定 10

3.5 本章小结 10

4 变频空调聚合控制方式 11

4.1 条件设置 11

4.2 算法设计 12

4.3 两种目标下的控制顺序 13

4.3.1 考虑负荷削减潜力 13

4.3.2 考虑经济性最优 14

4.4 本章小结 14

5 基于经济性最优聚合控制方式的电网规划模型 16

5.1 直流潮流法 16

5.2 规划模型 16

5.2.1 目标函数组成 16

5.2.2 计入激励费用的电网规划模型 16

5.2.3 优化方法 17

5.3 本章小结 17

6 算例分析 18

6.1 参数设置 18

6.2 空调负荷的削减潜力计算 18

6.2.1 削减潜力与可接受温差的关系 18

6.2.2 削减潜力与空调台数的关系 19

6.2.3削减潜力与原设定温度的关系 20

6.3 削减潜力与需求响应激励费用的计算 22

6.4 电网规划 22

6.4.1 测试系统 22

6.4.2 规划结果 23

6.4.3 建设费用与激励费用对比分析 24

6.4.4 原设定温度对规划的影响 25

7 结论 27

致谢 28

参考文献 29

1. 绪论

研究意义

随着社会经济的快速发展，电力需求迅速增长，相比之下电力设施建设处于明显滞后的状态，夏季高峰时期常常出现电力紧缺的现象，而社会生产、生活对供电质量要求更高，同时环境问题和能源危机日益突出，如何削减负荷高峰、缓解高峰期用电紧张早已成为积极研究的问题。

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