何明宇

【摘 要】隨著我國(guó)的綜合國(guó)力在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，為了減少電力市場(chǎng)下售電公司的實(shí)際執(zhí)行與交易結(jié)果的考核偏差，提出一種基于變頻空調(diào)負(fù)荷模型的直接控制策略來(lái)跟蹤饋線負(fù)荷計(jì)劃值。該策略利用離散傅里葉變換和比例—積分（PI）控制求出變頻空調(diào)群的調(diào)度需求量，通過(guò)改變變頻空調(diào)溫度設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)度需求。仿真結(jié)果表明，該策略以較低的動(dòng)作次數(shù)和溫度變化度便能實(shí)現(xiàn)饋線首端實(shí)際負(fù)荷對(duì)計(jì)劃負(fù)荷曲線的跟蹤，降低售電公司的考核電量，不僅改善了配電網(wǎng)功率平衡問(wèn)題，同時(shí)也提高了售電公司的收益。

【關(guān)鍵詞】變頻空調(diào)；負(fù)荷分離；直接負(fù)荷控制；PI控制

引言

目前配電網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中，不再局限于單電源供電，雙電源、甚至多電源的供電情況也日益增多，這使得電網(wǎng)對(duì)自身的要求更加嚴(yán)厲。與此同時(shí)，線路檢修與倒負(fù)荷等情況也日愈增多。為了增加供電的可靠性、減小停電時(shí)間與停電范圍以及給用戶提供更好的體驗(yàn)，采用合環(huán)操作的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)在不停電條件下進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移的情況也更加常見(jiàn)。所以，適當(dāng)?shù)暮檄h(huán)操作不僅提高供電可靠性，使用戶滿意，而且能夠節(jié)約資源，讓供電更經(jīng)濟(jì)。然而，合環(huán)操作中出現(xiàn)的合環(huán)電流可能給配電網(wǎng)產(chǎn)生影響。

1變頻空調(diào)特性

在配電網(wǎng)中存在著大量可中斷負(fù)荷資源，例如：空調(diào)、熱水器、冰箱和電動(dòng)汽車(chē)等?；谝灾刑岬降脑颍疚膶⒁宰冾l空調(diào)作為控制主體來(lái)補(bǔ)償饋線上的功率偏差。近年來(lái)，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，變頻空調(diào)依靠著控溫精確、節(jié)能省電的優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多消費(fèi)者的青睞，在空調(diào)總數(shù)中的比例也不斷上升，根據(jù)《2016中國(guó)空調(diào)產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》顯示，變頻空調(diào)的數(shù)量在空調(diào)總數(shù)中的比例達(dá)到了58%，已經(jīng)超過(guò)原有的定頻空調(diào)，成為主流。變頻空調(diào)與傳統(tǒng)定頻空調(diào)最大的不同就在于溫度控制上。定頻空調(diào)是通過(guò)空調(diào)的啟停，將室內(nèi)溫度維持在一個(gè)區(qū)間[Tmin，Tmax]內(nèi)，Tmax和Tmin分別為室內(nèi)溫度的上下限；而變頻空調(diào)是根據(jù)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的頻率來(lái)改變制冷量，使得室溫能夠基本維持在溫度設(shè)定值Tset。根據(jù)文獻(xiàn)[22]，可以推導(dǎo)出在t時(shí)段，變頻空調(diào)實(shí)時(shí)功率Pt、制冷量Qt與頻率ft之間的關(guān)系。 式中：kP和kQ為常系數(shù)，本文中kP和kQ分別取0.12和0.04；ΔP和ΔQ分別為變頻空調(diào)實(shí)時(shí)功率與制冷量在時(shí)間間隔Δt內(nèi)的變化量；Tc為壓縮機(jī)的時(shí)間常數(shù)。由于本文的研究重點(diǎn)不涉及變頻空調(diào)對(duì)系統(tǒng)頻率的影響，故根據(jù)式（2）和式（3）進(jìn)行變換，且由于當(dāng)空調(diào)功率為0時(shí)，制冷量也為0，故可得到Pt與Qt的關(guān)系： 空調(diào)所在的建筑物一般都具有一定的儲(chǔ)熱能力，可以用簡(jiǎn)化的等效熱參數(shù)模型[16]來(lái)表示其儲(chǔ)熱原理，其原理圖見(jiàn)附錄A圖A1。圖中，Ca為氣體比熱容；Cm為固體比熱容；R1為氣體等效熱阻；R2為固體等效熱阻；P為空調(diào)機(jī)組的制冷功率；Tout為室外溫度；Tin為室內(nèi)溫度；Tm為室內(nèi)固體溫度?？紤]到實(shí)用性，在此基礎(chǔ)上對(duì)該模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，變頻空調(diào)整個(gè)工作過(guò)程是一個(gè)閉環(huán)控制的過(guò)程，根據(jù)上述，已經(jīng)得出功率與制冷量、制冷量與室內(nèi)外溫度的關(guān)系，要完成這個(gè)閉環(huán)，還需室內(nèi)溫度與空調(diào)實(shí)時(shí)功率的關(guān)系。不同品牌的空調(diào)對(duì)于功率與室溫的關(guān)系有著不同的算法，并屬于商業(yè)機(jī)密，故本文在此進(jìn)行一定的化簡(jiǎn)。在空調(diào)處于制冷狀態(tài)，當(dāng)室內(nèi)溫度與溫度設(shè)定值的差值大于死區(qū)溫度差TD時(shí)，空調(diào)以額定功率Prated進(jìn)行制冷；當(dāng)室內(nèi)溫度與溫度設(shè)定值的差值在[0，TD]之間時(shí)，制冷量會(huì)隨著室內(nèi)溫度與Tset之差線性降低，最終維持在Tset；當(dāng)室內(nèi)溫度低于溫度設(shè)定值時(shí)，功率為0，空調(diào)停機(jī)，為了防止空調(diào)頻繁啟停，故此處需要設(shè)置一個(gè)小死區(qū)溫差Td。

2變頻空調(diào)控制策略

2.1接入方式管理

以光伏發(fā)電為例，目前分布式光伏并網(wǎng)方式可分為全部上網(wǎng)、全部自用、自發(fā)自用余電上網(wǎng)3種。寧波市鎮(zhèn)海地區(qū)基本上都采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的方式。在分布式電源接入配電網(wǎng)的過(guò)程中，調(diào)控機(jī)構(gòu)應(yīng)參與審查分布式電源接入系統(tǒng)方案，對(duì)短路電流、無(wú)功平衡、一次接線方式、主要設(shè)備選型、涉網(wǎng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置、調(diào)度自動(dòng)化與安全防護(hù)等內(nèi)容進(jìn)行檢查，并與用戶簽訂并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議，經(jīng)調(diào)試滿足并網(wǎng)運(yùn)行條件后方可并網(wǎng)運(yùn)行。分布式電源接入配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的配置原則為：10～35kV接入的分布式電源，應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)采集并網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率和發(fā)電量等并網(wǎng)運(yùn)行信息，并能上傳至相關(guān)電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)；其電能量計(jì)量、并網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)等信息應(yīng)能夠按要求采集、上傳至相關(guān)營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)。

2.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

一個(gè)客觀公正的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不僅能體現(xiàn)該策略的控制效果，同時(shí)也能為控制策略提供參考。為了使控制策略能夠更好地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤，滿足全天評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本文基于上述RMSE標(biāo)準(zhǔn)，引入15min的RMSE指標(biāo)β和1min平均誤差指標(biāo)δ1。15min的RMSE指標(biāo)在控制策略中起到抑制饋線大幅、長(zhǎng)時(shí)波動(dòng)的作用，使饋線負(fù)荷不會(huì)偏離計(jì)劃值，并評(píng)估饋線潮流偏差。該標(biāo)準(zhǔn)每15min考核一次，其表達(dá)式參照式（1），T=15min。1min平均誤差指標(biāo)在控制策略中主要起到響應(yīng)實(shí)時(shí)功率偏差的作用，并考核短時(shí)饋線的補(bǔ)償效果。該標(biāo)準(zhǔn)每分鐘考核一次，其表達(dá)式為：

式中ε1為1min平均誤差指標(biāo)的控制目標(biāo)。參照《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理細(xì)則（2017版）》，考核機(jī)制多以電量為主，而只有當(dāng)功率實(shí)時(shí)平衡才能減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，這也是電網(wǎng)發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)。故本文出于上述考慮，以功率作為考核對(duì)象。綜合上述，本文中的全天RMSE控制目標(biāo)εd，15min的RMSE控制目標(biāo)ε15和1m.

結(jié)語(yǔ)

本文提出了針對(duì)變頻空調(diào)的全天直接控制策略，對(duì)空調(diào)溫度設(shè)定值進(jìn)行動(dòng)作實(shí)現(xiàn)調(diào)度，以完成對(duì)計(jì)劃值實(shí)現(xiàn)跟蹤的目標(biāo)，通過(guò)仿真得到如下結(jié)論。1）該策略能夠有效補(bǔ)償饋線上的功率偏差，跟蹤計(jì)劃值。2）利用DFT對(duì)負(fù)荷曲線進(jìn)行拆分，能夠更高效的利用空調(diào)負(fù)荷，提高了調(diào)節(jié)精度，避免空調(diào)頻繁動(dòng)作。3）補(bǔ)償負(fù)荷偏差能夠有效降低售電公司所受到的懲罰電量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)太原供電公司）