电力市场中配电网的空调群调控策略

何明宇

【摘 要】随着我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，为了减少电力市场下售电公司的实际执行与交易结果的考核偏差，提出一种基于变频空调负荷模型的直接控制策略来跟踪馈线负荷计划值。该策略利用离散傅里叶变换和比例—积分（PI）控制求出变频空调群的调度需求量，通过改变变频空调温度设定值来实现调度需求。仿真结果表明，该策略以较低的动作次数和温度变化度便能实现馈线首端实际负荷对计划负荷曲线的跟踪，降低售电公司的考核电量，不仅改善了配电网功率平衡问题，同时也提高了售电公司的收益。

【关鍵词】变频空调；负荷分离；直接负荷控制；PI控制

引言

目前配电网的发展过程中，不再局限于单电源供电，双电源、甚至多电源的供电情况也日益增多，这使得电网对自身的要求更加严厉。与此同时，线路检修与倒负荷等情况也日愈增多。为了增加供电的可靠性、减小停电时间与停电范围以及给用户提供更好的体验，采用合环操作的方式来实现在不停电条件下进行负荷转移的情况也更加常见。所以，适当的合环操作不仅提高供电可靠性，使用户满意，而且能够节约资源，让供电更经济。然而，合环操作中出现的合环电流可能给配电网产生影响。

1变频空调特性

在配电网中存在着大量可中断负荷资源，例如：空调、热水器、冰箱和电动汽车等。基于引言中提到的原因，本文将以变频空调作为控制主体来补偿馈线上的功率偏差。近年来，随着变频技术的发展和成本的降低，变频空调依靠着控温精确、节能省电的优势受到越来越多消费者的青睐，在空调总数中的比例也不断上升，根据《2016中国空调产业白皮书》显示，变频空调的数量在空调总数中的比例达到了58%，已经超过原有的定频空调，成为主流。变频空调与传统定频空调最大的不同就在于温度控制上。定频空调是通过空调的启停，将室内温度维持在一个区间[Tmin，Tmax]内，Tmax和Tmin分别为室内温度的上下限；而变频空调是根据调节压缩机的频率来改变制冷量，使得室温能够基本维持在温度设定值Tset。根据文献[22]，可以推导出在t时段，变频空调实时功率Pt、制冷量Qt与频率ft之间的关系。 式中：kP和kQ为常系数，本文中kP和kQ分别取0.12和0.04；ΔP和ΔQ分别为变频空调实时功率与制冷量在时间间隔Δt内的变化量；Tc为压缩机的时间常数。由于本文的研究重点不涉及变频空调对系统频率的影响，故根据式（2）和式（3）进行变换，且由于当空调功率为0时，制冷量也为0，故可得到Pt与Qt的关系： 空调所在的建筑物一般都具有一定的储热能力，可以用简化的等效热参数模型[16]来表示其储热原理，其原理图见附录A图A1。图中，Ca为气体比热容；Cm为固体比热容；R1为气体等效热阻；R2为固体等效热阻；P为空调机组的制冷功率；Tout为室外温度；Tin为室内温度；Tm为室内固体温度。考虑到实用性，在此基础上对该模型进行化简，变频空调整个工作过程是一个闭环控制的过程，根据上述，已经得出功率与制冷量、制冷量与室内外温度的关系，要完成这个闭环，还需室内温度与空调实时功率的关系。不同品牌的空调对于功率与室温的关系有着不同的算法，并属于商业机密，故本文在此进行一定的化简。在空调处于制冷状态，当室内温度与温度设定值的差值大于死区温度差TD时，空调以额定功率Prated进行制冷；当室内温度与温度设定值的差值在[0，TD]之间时，制冷量会随着室内温度与Tset之差线性降低，最终维持在Tset；当室内温度低于温度设定值时，功率为0，空调停机，为了防止空调频繁启停，故此处需要设置一个小死区温差Td。

2变频空调控制策略

2.1接入方式管理

以光伏发电为例，目前分布式光伏并网方式可分为全部上网、全部自用、自发自用余电上网3种。宁波市镇海地区基本上都采用自发自用余电上网的方式。在分布式电源接入配电网的过程中，调控机构应参与审查分布式电源接入系统方案，对短路电流、无功平衡、一次接线方式、主要设备选型、涉网继电保护及安全自动装置配置、调度自动化与安全防护等内容进行检查，并与用户签订并网调度协议，经调试满足并网运行条件后方可并网运行。分布式电源接入配电网自动化系统的配置原则为：10～35kV接入的分布式电源，应能够实时采集并网设备状态、并网点电压、电流、有功功率、无功功率和发电量等并网运行信息，并能上传至相关电网调度部门；其电能量计量、并网设备状态等信息应能够按要求采集、上传至相关营销部门。

2.2评价标准

一个客观公正的性能评价标准不仅能体现该策略的控制效果，同时也能为控制策略提供参考。为了使控制策略能够更好地实现负荷跟踪，满足全天评价标准，本文基于上述RMSE标准，引入15min的RMSE指标β和1min平均误差指标δ1。15min的RMSE指标在控制策略中起到抑制馈线大幅、长时波动的作用，使馈线负荷不会偏离计划值，并评估馈线潮流偏差。该标准每15min考核一次，其表达式参照式（1），T=15min。1min平均误差指标在控制策略中主要起到响应实时功率偏差的作用，并考核短时馈线的补偿效果。该标准每分钟考核一次，其表达式为：

式中ε1为1min平均误差指标的控制目标。参照《南方区域发电厂并网运行管理细则（2017版）》，考核机制多以电量为主，而只有当功率实时平衡才能减少对电网的冲击，这也是电网发展的未来趋势。故本文出于上述考虑，以功率作为考核对象。综合上述，本文中的全天RMSE控制目标εd，15min的RMSE控制目标ε15和1m.

结语

本文提出了针对变频空调的全天直接控制策略，对空调温度设定值进行动作实现调度，以完成对计划值实现跟踪的目标，通过仿真得到如下结论。1）该策略能够有效补偿馈线上的功率偏差，跟踪计划值。2）利用DFT对负荷曲线进行拆分，能够更高效的利用空调负荷，提高了调节精度，避免空调频繁动作。3）补偿负荷偏差能够有效降低售电公司所受到的惩罚电量，提高经济效益。

参考文献：

[1]周磊，李扬，高赐威.聚合空调负荷的温度调节方法改进及控制策略[J].中国电机工程学报，2014，34（31）：5579-5589.

[2]王蓓蓓，朱峰，嵇文路，等.中央空调降负荷潜力建模及影响因素分析[J].电力系统自动化，2016，40（19）：44-52

（作者单位：国网太原供电公司）