虛擬調(diào)峰的負(fù)荷集群優(yōu)化控制技術(shù)

余慶紅 曹筱歐 張立玲 張文陽

摘 要：文章指出，虛擬調(diào)峰過程中，通過負(fù)荷控制技術(shù)調(diào)節(jié)高峰用電功率。但是傳統(tǒng)的負(fù)荷控制技術(shù)效果不佳，導(dǎo)致用電功率過大。因此提出虛擬調(diào)峰的負(fù)荷集群優(yōu)化控制技術(shù)。通過設(shè)置負(fù)荷聚合商，統(tǒng)一管理多個負(fù)荷集群;依據(jù)負(fù)荷集群后的特性建立負(fù)荷參數(shù)均一化模型，描述負(fù)荷動態(tài)變化過程;通過完善底層設(shè)計(jì)，簡化熱擾動影響，建立虛擬調(diào)峰控制模型，以此優(yōu)化控制虛擬調(diào)峰的負(fù)荷集群。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，與傳統(tǒng)方法相比，所提出技術(shù)全天共節(jié)省用電功率6.46W，由此可見，負(fù)荷集群優(yōu)化技術(shù)有更好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：虛擬調(diào)峰;負(fù)荷集群;聚合商;參數(shù)均一化

1 虛擬調(diào)峰的負(fù)荷集群優(yōu)化控制技術(shù)

1.1? 設(shè)置負(fù)荷聚合商

在虛擬調(diào)控的過程中，負(fù)荷集群的位置相對分散，設(shè)置負(fù)荷聚合商可以統(tǒng)一分散的負(fù)荷，使其能夠集群參與虛擬電網(wǎng)的調(diào)控。負(fù)荷聚合商同時管理多個負(fù)荷集群，實(shí)現(xiàn)對調(diào)峰時負(fù)荷集群運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)控[1]。在用電高峰時段下達(dá)負(fù)向調(diào)控功率的指令，在用電低谷時段下達(dá)正向調(diào)控功率的指令，通過這種對負(fù)荷集群調(diào)控的及時響應(yīng)來達(dá)到虛擬調(diào)峰時削峰填谷的效果，優(yōu)化整個負(fù)荷集群控制過程。負(fù)荷聚合商用于虛擬調(diào)峰的調(diào)度流程如下：調(diào)度中心依據(jù)負(fù)荷預(yù)測以及負(fù)荷聚合商的容量，虛擬預(yù)測出下一天的負(fù)荷功率，進(jìn)行正常的調(diào)度安排;負(fù)荷聚合商依靠負(fù)荷集群的傳感器獲取初始的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，依據(jù)這一參數(shù)，將各個負(fù)荷集群組成n個復(fù)合聚合體，然后獲取各個負(fù)荷聚合體的可調(diào)節(jié)能力，并通過各個控制器向各個集群發(fā)送相應(yīng)的控制指令;集群以及各個聚合體在接收到控制指令后，調(diào)整各個聚合體的運(yùn)行狀態(tài)，從而改變聚合功率，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心的調(diào)度計(jì)劃[2]。最后，通過傳感器獲取各個集群聚合體的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，向負(fù)荷聚合商進(jìn)行反饋，從而使調(diào)度中心對此次虛擬調(diào)峰的效果進(jìn)行相應(yīng)的評估。

1.2? 建立負(fù)荷參數(shù)均一化模型

考慮虛擬調(diào)峰的額定功率、等效熱阻與等效熱容等參數(shù)因?yàn)橐?guī)格的不同，提出一種負(fù)荷集群的方法，使得集群后同一聚合體中受控端的規(guī)格參數(shù)盡可能相似，依據(jù)集群后展現(xiàn)的特性建立負(fù)荷參數(shù)均一化模型[3]。設(shè)虛擬調(diào)峰中的等效熱容為C，等效熱阻為R，設(shè)V為經(jīng)負(fù)荷額定功率分組后，各集群中等效熱容C、等效熱阻R兩參數(shù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)矩陣，Vjmax為該組負(fù)荷中第j項(xiàng)參數(shù)的最大值，則有：

依據(jù)負(fù)荷額定功率、等效熱容C、等效熱阻R等主要參數(shù)，進(jìn)行集群處理，首先依據(jù)V存在的同質(zhì)性進(jìn)行分組，形成多個聚合群，同組下負(fù)荷額定功率規(guī)格相似，但C、R存在異質(zhì)性;然后依據(jù)以C、R構(gòu)成的數(shù)據(jù)矩陣V對各個聚合體的隸屬度，進(jìn)行集群聚合，形成完整的聚合體系，最后，將分散的負(fù)荷集群聚合為一個有機(jī)整體，進(jìn)行建模如下：

其中Pheat為負(fù)荷功率，Tin為室內(nèi)溫度，Tout為室外溫度，Cair為空氣比熱容，ρa(bǔ)ir為空氣密度，該具有連續(xù)狀態(tài)的微分模型關(guān)系式描述了虛擬調(diào)峰過程中控制負(fù)荷集群的動態(tài)過程。在每一次調(diào)度之前，各個負(fù)荷小組均處于穩(wěn)定狀態(tài)，負(fù)荷聚合商需要獲知室外溫度及各個聚合小組的溫度設(shè)定值，在調(diào)度之前估計(jì)出這些聚合小組在溫度調(diào)整以后的負(fù)荷增減方案。當(dāng)基于參數(shù)均一化聚合模型的功率值在一定區(qū)間內(nèi)，可以設(shè)計(jì)出符合該模式的負(fù)荷集群的控制策略，并依據(jù)所得結(jié)果動態(tài)調(diào)整，使精確度不斷優(yōu)化。

1.3? 控制虛擬調(diào)峰

上面介紹的負(fù)荷參數(shù)均一化模型很好地描述了負(fù)荷集群的動態(tài)變化過程，詳細(xì)地展現(xiàn)了基于負(fù)荷聚合商的負(fù)荷集群優(yōu)化控制技術(shù)的優(yōu)越性。將其運(yùn)用于大規(guī)模的虛擬調(diào)峰過程中，完善底層控制模型，將固體和氣體的等效熱容、等效熱阻等參數(shù)簡化為所在環(huán)境的統(tǒng)一參數(shù)，并且忽略陽光輻射、開門開窗等熱擾動的影響，簡化后的虛擬調(diào)峰控制模型如下：

（3）

式中Tin（t）為室內(nèi)空氣溫度，Tout（t）為外界環(huán)境溫度，COP為負(fù)荷的能效系數(shù)，P為負(fù)荷的運(yùn)行功率。虛擬調(diào)峰過程中，由于溫度的設(shè)定會導(dǎo)致用電負(fù)荷的變化，從而導(dǎo)致用電功率的上升。這時會出現(xiàn)3種現(xiàn)象：負(fù)荷的消失、轉(zhuǎn)移和空缺。由該模型可知，在溫度設(shè)定值調(diào)整之后，相應(yīng)的用電機(jī)組會停機(jī)運(yùn)行，這是因?yàn)闇囟纫堰_(dá)到設(shè)定范圍之外，這種現(xiàn)象即狀態(tài)的消失;而機(jī)組調(diào)節(jié)的溫度處在新溫度上下限范圍之內(nèi)，則這些狀態(tài)內(nèi)的機(jī)組會轉(zhuǎn)移到新的狀態(tài)，這種現(xiàn)象是狀態(tài)的轉(zhuǎn)移;如果沒有任何機(jī)組處在新的溫度之內(nèi)，則出現(xiàn)狀態(tài)的空缺現(xiàn)象，這種狀態(tài)會持續(xù)一段時間，慢慢進(jìn)入新的狀態(tài)循環(huán)。因此提出簡化后的虛擬調(diào)峰控制模型，通過改變負(fù)荷集群的運(yùn)行占空比，加快各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，降低其功率消耗，為負(fù)荷聚合商的調(diào)控增加了靈活性，從而達(dá)到靈活高效控制虛擬調(diào)峰的效果。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1? 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將此次研究技術(shù)方法作為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)方法作為對照組，運(yùn)用負(fù)荷聚合商對虛擬調(diào)峰進(jìn)行調(diào)控，依據(jù)負(fù)荷參數(shù)均一化模型優(yōu)化負(fù)荷集群參數(shù)，并根據(jù)虛擬調(diào)峰模型計(jì)算用電功率，計(jì)算兩組的全天各小時的用電功率。

2.2? 實(shí)時負(fù)荷變化測試

虛擬調(diào)峰過程中，對一天之中每兩小時的用電功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用控制虛擬調(diào)峰控制模型，對實(shí)驗(yàn)組和對照組的一天每小時的用電功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

據(jù)表1中的測試結(jié)果可知，在用電高峰時期10時至12時，實(shí)驗(yàn)組共節(jié)省了用電功率1.66 MW;18時至20時，實(shí)驗(yàn)組共節(jié)省了用電功率1.84 MW。全天24小時，實(shí)驗(yàn)組共節(jié)省了用電功率6.46 MW。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，在用電高峰時段，運(yùn)用負(fù)荷商對負(fù)荷集群進(jìn)行優(yōu)化，再由均一化模型對參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一，設(shè)置虛擬調(diào)峰控制模型，對于虛擬調(diào)控有更好的負(fù)荷集群優(yōu)化控制效果。

3 結(jié)語

此次研究將虛擬調(diào)峰與負(fù)荷集群優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，取得了不錯的仿真測試結(jié)果，驗(yàn)證了所提出控制方法的優(yōu)越性。但此次研究還存在一些不足之處，今后的研究工作中，可以將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到虛擬調(diào)峰的控制模型上來，通過優(yōu)化現(xiàn)有的虛擬調(diào)峰控制算法，加強(qiáng)模型的靈活性和實(shí)用性，為電力能源的開發(fā)和利用提供更可靠的技術(shù)手段。

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（編輯 傅金睿）