面向電力系統(tǒng)應(yīng)用的空調(diào)負(fù)荷研究綜述

何金松，葉 鵬，張 濤，安 寧

（1.沈陽工程學(xué)院a.研究生部；b.電力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司 電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

近年來，國(guó)內(nèi)負(fù)荷結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻變化。由于空調(diào)在日常生活中的使用越來越多，溫控負(fù)荷在電網(wǎng)中所占比重增大，對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷特性產(chǎn)生很大負(fù)面影響。在用電高峰期，容易造成供電緊張。因此，需要通過需求響應(yīng)技術(shù)緩解供需緊張的情況，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的效率，達(dá)到節(jié)能減排的目的［1-2］。

在此背景下，開展空調(diào)負(fù)荷建模、聚合與控制的相關(guān)研究十分有意義，具體原因包含以下4點(diǎn)：

1）空調(diào)負(fù)荷調(diào)控潛力巨大

在我國(guó)夏季用電高峰期，空調(diào)負(fù)荷占電網(wǎng)總負(fù)荷的30%～40%，東南地區(qū)某些城市空調(diào)負(fù)荷的占比超過了50%。在負(fù)荷高峰期，大量的空調(diào)負(fù)荷給電網(wǎng)帶來巨大負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；然而在負(fù)荷低谷期，很多電廠的發(fā)電機(jī)不工作，使電網(wǎng)的運(yùn)行效率降低，同時(shí)浪費(fèi)能源。

2）空調(diào)負(fù)荷調(diào)控影響較小

因?yàn)榭照{(diào)具有熱慣性，所以小幅度改變空調(diào)的設(shè)定溫度對(duì)人的舒適度影響不大；同時(shí)，改變空調(diào)的設(shè)定溫度或者短時(shí)間關(guān)閉空調(diào)，對(duì)空調(diào)的使用壽命影響不大。

3）負(fù)荷調(diào)節(jié)與控制技術(shù)效益顯著

在用電高峰期間內(nèi)對(duì)用戶的空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)控，例如改變空調(diào)制冷或制熱的溫度、短時(shí)間關(guān)閉空調(diào)等，不但可以起到削減高峰負(fù)荷的作用，而且提高了電網(wǎng)運(yùn)行的效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

4）現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用仍需改進(jìn)

空調(diào)負(fù)荷的調(diào)節(jié)與控制技術(shù)在某些發(fā)達(dá)國(guó)家已開始應(yīng)用。近幾年，我國(guó)某些地區(qū)也開展了空調(diào)輪停項(xiàng)目［3］，但我國(guó)對(duì)空調(diào)負(fù)荷的研究還處在理論研究階段，還未得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)對(duì)空調(diào)負(fù)荷的調(diào)控方法缺乏實(shí)際應(yīng)用，空調(diào)負(fù)荷的調(diào)控價(jià)值還沒有得到真正體現(xiàn)。

1 空調(diào)負(fù)荷建模原理

原始的空調(diào)負(fù)荷建模是根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的歷史記錄進(jìn)行分析的［4］，通過分析歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來的負(fù)荷情況。隨著技術(shù)的發(fā)展，研究出了基于物理的負(fù)荷建模方法［5］，可以全面精確地得到空調(diào)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)，目前主要有基于冷負(fù)荷計(jì)算的空調(diào)負(fù)荷建模方法［6］和基于等效熱參數(shù)的建模方法［7］。

1.1 基于等效熱參數(shù)的建模原理

將房間內(nèi)初始溫度和影響房間內(nèi)溫度改變等物理量（空調(diào)制冷/熱量、室外溫度、房間的散熱度）轉(zhuǎn)化成電路中的電路元件［8］。分析熱量在房間和外部環(huán)境之間的傳遞過程，建立三階狀態(tài)空間的空調(diào)熱力學(xué)模型和改變空調(diào)工作溫度與有關(guān)變量的狀態(tài)方程。當(dāng)不考慮房間內(nèi)和室外環(huán)境的溫差時(shí)，可以得到空調(diào)的二階等效模型［6］。由于高階等效熱參數(shù)模型在建模中計(jì)算量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以高階模型在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。

在實(shí)際建模中，可以假設(shè)房間內(nèi)固體溫度和房間內(nèi)空氣溫度相等，得到空調(diào)的一階等效熱參數(shù)模型［8-9］，如圖1所示，表達(dá)公式如下：

式中，R1為等效阻抗；Ca為等效比熱容；T0為外界溫度；Ti為室內(nèi)氣體溫度；Q為制冷/熱量。

由式（1）可得，空調(diào)的一階等效熱參數(shù)模型能夠建立起房間內(nèi)溫度的微分方程，通過推導(dǎo)可以得出房間內(nèi)溫度的時(shí)變方程。未來一段時(shí)間內(nèi)房間內(nèi)的溫度可以用該方程進(jìn)行預(yù)測(cè)，為空調(diào)負(fù)荷在電網(wǎng)中合理調(diào)度打下理論基礎(chǔ)。

1.2 基于冷負(fù)荷計(jì)算的空調(diào)負(fù)荷建模原理

基于冷負(fù)荷計(jì)算的空調(diào)負(fù)荷建模通過能量守恒定律推導(dǎo)室內(nèi)溫度的變化規(guī)律。在某段時(shí)間內(nèi)，空調(diào)的制冷量和房間得熱量之差等于這段時(shí)間房間的冷量變化值。通過這個(gè)原理得出房間能量變化關(guān)系式，進(jìn)一步得到室內(nèi)溫度變化的公式［10］如下：

式中，α、β、δ為常系數(shù)。

如圖2所示，某段時(shí)間內(nèi)進(jìn)入房間的熱量是房間得熱量，通過外界輻射得熱量先儲(chǔ)存在家具和圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，當(dāng)家具和圍護(hù)的溫度比房間內(nèi)的溫度高時(shí)，家具和圍護(hù)的熱量會(huì)以對(duì)流的形式交換到房間的空氣中。瞬時(shí)冷負(fù)荷是由得熱量中直接交換到空氣中的熱量組成，常用冷負(fù)荷的概念對(duì)空調(diào)房間的熱量變化進(jìn)行分析，其中冷負(fù)荷包括：①房間和室外進(jìn)行熱交換得到的熱量；②照明系統(tǒng)發(fā)熱形成的冷負(fù)荷；③人體散熱形成的冷負(fù)荷；④新風(fēng)冷負(fù)荷等［11］。

圖2 瞬時(shí)得熱與瞬時(shí)冷負(fù)荷的關(guān)系

1.3 兩種建模方法的比較

兩種建模方法的共同點(diǎn)在于這兩種方法都是基于能量守恒定律，所以在模型的公式上也有共同之處。兩種建模方法的主要差別在于ETP建模主要分析外界環(huán)境、房間內(nèi)物體和房間內(nèi)空氣之間的熱量交換過程；冷負(fù)荷建模主要考慮使房間得熱量變化的因素。表1比較了這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 兩種建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)

2 空調(diào)負(fù)荷聚合方法

2.1 空調(diào)負(fù)荷聚合的目的

空調(diào)負(fù)荷聚合是為了達(dá)到某個(gè)調(diào)控目標(biāo)，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法把大量分散的空調(diào)負(fù)荷合成為一個(gè)聚合體，該聚合體有控制簡(jiǎn)單、調(diào)控?cái)?shù)量大的特點(diǎn)。在電網(wǎng)調(diào)度方面，空調(diào)負(fù)荷聚合對(duì)于實(shí)現(xiàn)調(diào)控負(fù)荷側(cè)資源具有重要意義。

空調(diào)負(fù)荷聚合的目的主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1）面向需求側(cè)響應(yīng)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)方面中，空調(diào)負(fù)荷得到了廣泛地使用。為了針對(duì)不同的系統(tǒng)需求，例如調(diào)峰、調(diào)頻，需要將空調(diào)負(fù)荷聚合。

2）單個(gè)空調(diào)負(fù)荷在電網(wǎng)中分散存在。由于單個(gè)空調(diào)的負(fù)荷不便于整體調(diào)控，電網(wǎng)無法直接利用單個(gè)空調(diào)的負(fù)荷。

2.2 空調(diào)負(fù)荷被動(dòng)聚合方法

空調(diào)負(fù)荷被動(dòng)聚合是把某個(gè)城市或地區(qū)的全部空調(diào)負(fù)荷資源整合成一個(gè)整體，得到該城市或地區(qū)空調(diào)負(fù)荷的聚合模型。該聚合方法沒有對(duì)空調(diào)進(jìn)行主動(dòng)優(yōu)化。本文根據(jù)聚合的不同原理，將空調(diào)負(fù)荷的被動(dòng)聚合方法分為以下4種：

1）基于蒙特卡洛模擬的聚合方法

對(duì)于原始的基于蒙特卡洛模擬的聚合方法，通過對(duì)空調(diào)負(fù)荷模型中的參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)抽樣，建立空調(diào)負(fù)荷聚合模型。這種方法主要用于模型中相關(guān)參數(shù)的抽樣。文獻(xiàn)［12］通過這種原始方法對(duì)空調(diào)負(fù)荷聚合，考慮負(fù)荷模型中參數(shù)的特性，得到了空調(diào)負(fù)荷的聚合模型。原始的基于蒙特卡洛模擬的聚合方法只能完成單一地區(qū)的空調(diào)負(fù)荷聚合，不能實(shí)現(xiàn)分散多地區(qū)的空調(diào)負(fù)荷聚合。文獻(xiàn)［13］提出了一種改進(jìn)蒙特卡洛模擬負(fù)荷聚合方法，通過分析不同地區(qū)參數(shù)分布的差異性，將負(fù)荷分區(qū)聚合，可以得到多地區(qū)空調(diào)負(fù)荷的聚合模型：首先聚合參數(shù)分布特性相似的同一地區(qū)的空調(diào)負(fù)荷；再在各區(qū)域聚合結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次聚合，得到多個(gè)區(qū)域聚合負(fù)荷的總電力需求和空調(diào)的運(yùn)行方式。

該聚合方法適用于該地區(qū)擁有大量空調(diào)負(fù)荷數(shù)量的情況，聚合模型的精確度與空調(diào)負(fù)荷的數(shù)量有關(guān)。該聚合方法通常只能得到總電力需求和空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，無法得到參與電網(wǎng)運(yùn)行的可調(diào)控的空調(diào)負(fù)荷容量。

2）基于參數(shù)辨識(shí)的聚合方法

由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是空調(diào)的核心元件，也是主要耗電元件，所以對(duì)空調(diào)負(fù)荷聚合可以等效成對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行負(fù)荷聚合［14］。文獻(xiàn)［15］提出了基于自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)負(fù)荷聚合建模，針對(duì)空調(diào)負(fù)荷的差異性，更好地得到空調(diào)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程。

當(dāng)空調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)壓時(shí)，可以用該方法聚合。該方法的核心是得到空調(diào)負(fù)荷的等效電路，其等值電路如圖3所示。

圖3 電動(dòng)機(jī)等值電路

圖中，RS、XS為定子電阻、電抗；RR、XR為轉(zhuǎn)子電阻、電抗；S為轉(zhuǎn)差；XM為勵(lì)磁阻抗。

3）基于馬爾科夫鏈的聚合方法

馬爾科夫鏈代表的是一個(gè)隨機(jī)時(shí)間區(qū)間，該時(shí)間區(qū)間具有馬爾科夫特性。該特性指的是當(dāng)前工作狀態(tài)與未來工作狀態(tài)存在相關(guān)聯(lián)系，可以通過當(dāng)前工作狀態(tài)預(yù)測(cè)未來的工作狀態(tài)?？照{(diào)負(fù)荷的未來工作狀態(tài)和當(dāng)前工作狀態(tài)有關(guān)，即具有馬爾科夫性。首先，根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)建立轉(zhuǎn)移矩陣，運(yùn)用馬爾科夫模型得到空調(diào)負(fù)荷溫度變化的過程，根據(jù)該變化過程建立空調(diào)負(fù)荷的聚合模型；然后，利用卡爾曼濾波技術(shù)對(duì)空調(diào)負(fù)荷模型的參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)；最終得到空調(diào)負(fù)荷功率變化的情況。

電網(wǎng)中空調(diào)負(fù)荷的工作狀態(tài)和功率處在動(dòng)態(tài)變化中，導(dǎo)致電力供應(yīng)的隨機(jī)性和波動(dòng)性，馬爾科夫法能夠?qū)照{(diào)聚合模型未來的參數(shù)和工作狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高空調(diào)負(fù)荷電力供應(yīng)的精確度。

4）基于?？似绽士硕ɡ淼木酆戏椒?/p>

該聚合方法是為了滿足空調(diào)負(fù)荷對(duì)功率的需求。該聚合方法根據(jù)空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行中的功率變化和熱量轉(zhuǎn)遞過程，得到空調(diào)負(fù)荷的工作特性，然后根據(jù)工作特性建立空調(diào)負(fù)荷的聚合模型。文獻(xiàn)［5］運(yùn)用該聚合方法得出了空調(diào)系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)函數(shù)，根據(jù)函數(shù)關(guān)系計(jì)算出了聚合空調(diào)負(fù)荷的功率供應(yīng)需求。文獻(xiàn)［8］在不考慮外界環(huán)境不同的前提下，假定每個(gè)空調(diào)負(fù)荷物理模型相同，運(yùn)用?？似绽士朔ń⒘丝照{(diào)聚合模型，考慮目標(biāo)函數(shù)的約束條件，計(jì)算出空調(diào)負(fù)荷的功率需求量和空調(diào)的工作狀態(tài)。文獻(xiàn)［12］提出了考慮不同空調(diào)的參數(shù)特性，建立高階的空調(diào)負(fù)荷模型，該方法首先根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的工作特性將空調(diào)負(fù)荷分類，再用?？似绽士朔?，得到精度更高的聚合空調(diào)負(fù)荷的功率需求和工作狀態(tài)。

空調(diào)負(fù)荷采用一階聚合建模時(shí)，其精確度較低，與實(shí)際偏差較大，為此模型中加入更多相關(guān)狀態(tài)變量，即增加狀態(tài)方程的階數(shù)。但?？似绽士朔ㄔ谇蠼鈨呻A及以上的偏微分方程時(shí)非常困難。因此，這種聚合方法通常用于對(duì)精度要求高的情況。

2.3 空調(diào)負(fù)荷主動(dòng)聚合方法

主動(dòng)聚合是指為了達(dá)到某個(gè)運(yùn)行目標(biāo)，選取滿足該目標(biāo)的空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化聚合，獲得滿足該運(yùn)行目標(biāo)的優(yōu)化聚合模型。被動(dòng)聚合無法制定優(yōu)化目標(biāo)，在某些情況下不能完成電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，空調(diào)負(fù)荷主動(dòng)聚合技術(shù)具有重要意義。

目前主動(dòng)聚合方法可以制定以下幾個(gè)方向：

1）考慮電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

以電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的空調(diào)負(fù)荷聚合指的是在滿足電網(wǎng)調(diào)度要求的前提下，以負(fù)荷聚合商利益最大化、購(gòu)電成本最小化為目標(biāo)，對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行聚合。文獻(xiàn)［16］提出了以負(fù)荷聚合商為中介，建立了空調(diào)負(fù)荷的聚合模型，該模型的優(yōu)化目標(biāo)為負(fù)荷聚合商購(gòu)電成本最小，并滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。

2）考慮負(fù)荷出力

為了滿足負(fù)荷出力達(dá)到人為設(shè)定的目標(biāo)，聚合商對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化聚合。文獻(xiàn)［9］提出了面向參數(shù)相同或相近的空調(diào)，以目標(biāo)負(fù)荷值和實(shí)際負(fù)荷值相差最小為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化建模。該聚合方法把空調(diào)負(fù)荷分類，通過對(duì)溫度的調(diào)節(jié)來控制負(fù)荷出力。文獻(xiàn)［16］提出了以聚合商收益最大化為目標(biāo)，人體對(duì)環(huán)境溫度的舒適度為約束，對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行聚合建模。

3）考慮用戶的要求

在滿足電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度的前提下，以用戶的主觀需求為目標(biāo)，該目標(biāo)包括用戶的功率需求和經(jīng)濟(jì)收益，對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行聚合建模。用戶參與負(fù)荷響應(yīng)，從而提高了用戶參與電網(wǎng)調(diào)度的可靠性?？紤]用戶對(duì)電價(jià)和功率的要求，通過聚合商對(duì)空調(diào)負(fù)荷聚合，不僅滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求，還滿足用戶的需求。

考慮電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性是負(fù)荷聚合的最重要目標(biāo)，在實(shí)際中，通常是在滿足經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的前提下加入其他目標(biāo)對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行聚合。

3 空調(diào)負(fù)荷的控制技術(shù)

目前，對(duì)空調(diào)的控制主要是通過智能電網(wǎng)技術(shù)對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，該控制手段方法有以下幾種［17］：①溫度控制技術(shù)，指的是根據(jù)需求改變空調(diào)的設(shè)定溫度；②啟?？刂萍夹g(shù)，指的是根據(jù)需求打開或者關(guān)閉空調(diào)；③周期中斷控制技術(shù)，指的是周期性啟動(dòng)或者停止空調(diào)的壓縮機(jī)，對(duì)壓縮機(jī)一個(gè)周期的控制由工作期和停運(yùn)期組成，把一個(gè)周期內(nèi)壓縮機(jī)工作時(shí)間所占的比重叫作“占空比”［18］。如圖4所示，空調(diào)的送風(fēng)系統(tǒng)在壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)期繼續(xù)工作，利用空調(diào)的余冷供冷，但由于壓縮機(jī)沒有運(yùn)行，室溫持續(xù)升高。當(dāng)達(dá)到人體舒適度上限Tmax時(shí)，壓縮機(jī)則開始工作，溫度開始降低；當(dāng)溫度降低到人體舒適度下限Tmin時(shí)，壓縮機(jī)則停止工作。

圖4 空調(diào)負(fù)荷周期性暫停控制

3.1 基于溫度的空調(diào)負(fù)荷控制技術(shù)

在通過改變空調(diào)設(shè)定溫度來對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的研究中，文獻(xiàn)［16］提出了對(duì)空調(diào)系統(tǒng)分類，分別控制每類空調(diào)負(fù)荷的溫度上下限，這種方法能夠大大降低負(fù)荷波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。文獻(xiàn)［19］研究出了一種最小焓值估算控制器，考慮了外部環(huán)境的影響，在滿足用戶舒適度的約束條件下，使空調(diào)負(fù)荷降到最低。文獻(xiàn)［20］通過當(dāng)前的外界溫度和電價(jià)來預(yù)測(cè)未來的外界溫度和電價(jià)，并且忽略預(yù)測(cè)中產(chǎn)生的誤差，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，利用基于免疫克隆規(guī)劃的方法，以用戶利益最大化為目標(biāo)，對(duì)空調(diào)的設(shè)定溫度進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 基于啟停的空調(diào)負(fù)荷控制技術(shù)

在通過改變空調(diào)啟停狀態(tài)來對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的研究中，文獻(xiàn)［19］提出了一種對(duì)空調(diào)負(fù)荷分類雙層控制的方法，研究的重點(diǎn)是對(duì)空調(diào)負(fù)荷的下層控制，建立了以負(fù)荷控制系統(tǒng)的目標(biāo)值與空調(diào)負(fù)荷實(shí)際值的差距為目標(biāo)函數(shù)，約束條件為空調(diào)機(jī)組允許運(yùn)行的最小時(shí)間，對(duì)目標(biāo)函數(shù)求解，可以得出空調(diào)機(jī)組的最優(yōu)開斷策略。文獻(xiàn)［21］在文獻(xiàn)［19］的基礎(chǔ)上増加了考慮人體舒適度的約束，并提出了一種迭代IDHA求解方法，能夠提高求解速度。

3.3 基于周期性暫停的空調(diào)負(fù)荷控制技術(shù)

在通過周期性暫?？照{(diào)機(jī)組來對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的研究中，文獻(xiàn)［22］提出了一種對(duì)商務(wù)樓中央空調(diào)周期性暫?？刂品椒?，該控制方法以占空比為決策變量，約束條件為用戶舒適度，目標(biāo)函數(shù)為用戶最小耗電量，求解目標(biāo)函數(shù)可以得到空調(diào)機(jī)組的最優(yōu)周期性暫停方案。文獻(xiàn)［23］提出了一種以最小化降低峰荷和最大化節(jié)約成本的目標(biāo)函數(shù)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)多步規(guī)劃算法，對(duì)空調(diào)負(fù)荷的周期性暫停策略進(jìn)行優(yōu)化。

4 空調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)

為了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中包括調(diào)頻、調(diào)壓和調(diào)峰。由于空調(diào)負(fù)荷的工作特性，可以通過控制空調(diào)負(fù)荷，間接調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率、電壓和峰荷。該方法不僅可以給用戶帶來經(jīng)濟(jì)性，而且消納新能源，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。面對(duì)不同的調(diào)節(jié)目標(biāo)，對(duì)空調(diào)負(fù)荷的聚合存在不同要求。

4.1 空調(diào)負(fù)荷參加電力系統(tǒng)調(diào)頻

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)需求側(cè)用電總量與供給側(cè)發(fā)電總量不相等時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定，而頻率穩(wěn)定是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。空調(diào)負(fù)荷調(diào)頻與其他可控負(fù)荷調(diào)頻相比較，有更快的響應(yīng)速度，并且滿足經(jīng)濟(jì)性和低碳環(huán)保。文獻(xiàn)［24］研究了聚合負(fù)荷功率變化與空調(diào)目標(biāo)溫度之間的聯(lián)系，建立了以目標(biāo)溫度為目標(biāo)函數(shù)的模型，并研究在風(fēng)電接入帶來系統(tǒng)頻率波動(dòng)的情況下，通過改變聚合空調(diào)的目標(biāo)溫度，來改變聚合空調(diào)的功率，從而抑制系統(tǒng)頻率的波動(dòng)。研究表明，只要較小改變空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)溫度值就可以抑制風(fēng)電給系統(tǒng)帶來的波動(dòng)，展現(xiàn)了空調(diào)負(fù)荷可以實(shí)現(xiàn)消納風(fēng)電的可能性。

4.2 空調(diào)負(fù)荷參加電力系統(tǒng)調(diào)壓

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電壓穩(wěn)定是電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的重要保障。文獻(xiàn)［25］提出了一種可以進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行暫態(tài)分析的空調(diào)負(fù)荷聚合模型，為該模型制定了3種控制調(diào)壓策略，通過在多種情況下進(jìn)行仿真，得出了通過控制空調(diào)負(fù)荷可以對(duì)電網(wǎng)中的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的結(jié)論。文獻(xiàn)［26］提出了一種基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類空調(diào)負(fù)荷模型，該模型研究了不同工作特性的空調(diào)對(duì)負(fù)荷特性的影響，總結(jié)了不同類型空調(diào)負(fù)荷在電力系統(tǒng)運(yùn)行中對(duì)區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響；在仿真中，分別對(duì)民用中央空調(diào)、商業(yè)樓宇中央空調(diào)、變頻空調(diào)3類空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行建模，研究表明了空調(diào)負(fù)荷聚合對(duì)提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性具有重要作用。

4.3 空調(diào)負(fù)荷參加電力系統(tǒng)調(diào)峰

電網(wǎng)運(yùn)行中，通過調(diào)整需求側(cè)負(fù)荷來響應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度要求，不僅可以在用電低谷期增加聚合空調(diào)功率來填充負(fù)荷，而且可以在用電高峰期減小聚合空調(diào)功率來削減負(fù)荷，該方法可以有效降低由于電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)組頻繁開啟而造成的經(jīng)濟(jì)損失。文獻(xiàn)［27］提出了一種分組聚合方法，每組中的空調(diào)負(fù)荷容量都相差不多，其中的空調(diào)全為定頻空調(diào)，通過智能電網(wǎng)中的控制模塊，控制空調(diào)的啟停，從而將負(fù)荷向電力系統(tǒng)中投入或者切除，研究表明了空調(diào)負(fù)荷參與調(diào)峰對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有顯著效果。

5 結(jié)語

當(dāng)前大量的新能源接入電網(wǎng)，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此研究空調(diào)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)度具有重要意義。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究情況，總結(jié)了空調(diào)負(fù)荷建模原理、聚合模型方法、控制技術(shù)、空調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)4個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容。發(fā)達(dá)國(guó)家在研究空調(diào)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)方面發(fā)展較快，而我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)剛剛起步，還與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距。因此，中國(guó)要完善電力市場(chǎng)環(huán)境，為需求響應(yīng)的發(fā)展提供技術(shù)保證和制度，加快引導(dǎo)空調(diào)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。