变频空调参与需求响应的调控策略与效果评估

摘要

近年来空调负荷造成电网峰谷差不断增大，负荷特性呈恶化趋势，对电网运行存在巨大负面影响。在不影响居民舒适度的前提下，通过合理的调控措施（如改变设定温度、启停状态等），可以降低高峰电力需求，提高系统的运行效率。定频空调的负荷调控技术已有了较多的研究，然而现在变频空调正日益普及，同时变频空调的压缩机持续运行、能效比随时改变，现有的空调建模与启停控制方法不再适用。如果仍停留在定频空调参与系统运行的研究上，将不能满足实际对空调调用的需要。
　　本文从变频空调的负荷特性出发，在经典的一阶等效热参数模型(ETP)的基础上建立单台变频空调的负荷模型，提出基于人体舒适度的变频空调群组的调峰与调频策略，最后讨论了变频空调参与需求响应的效果评估方法。
　　首先，在广泛阅读国内外文献的基础上，归纳总结空调-建筑物的负荷建模、空调参与系统调控与需求响应效果评估三方面的研究现状，介绍国内外空调负荷控制的实践情况，为本文后续工作奠定了理论基础;
　　第二，从变频空调的负荷特性出发，基于等效热参数模型(ETP)和频率、制冷量的拟合关系，形成房间温度和压缩机频率的关系函数，建立了单台空调的动态负荷模型，据此分析变频空调参与系统调控的可行性;
　　第三，以满足人体舒适度为前提，分析变频空调群组参与需求响应负荷轮控的节电潜力，提出适用于大规模空调群组的双层分组轮控策略，利用遗传算法优化空调的控制温度或压缩机频率，满足电网调度目标的同时最小化对用户舒适度的影响;
　　第四，形成负荷聚合商作为中间方的变频空调群组参与系统调频的技术架构，提出变频空调自动参与电网一次调频和二次调频的各项参数计算方法，建立考虑变频空调群组调频的单区域电力调频模型，验证了控制模型对改善电网频率特性的有效性;
　　最后，建立空调负荷参与需求响应项目的响应效果验证模型，形成基于室内外温差的变频空调基线计算方法，量化空调用户参与需求响应的效果，有效提高了空调负荷基线计算方法的精度。

目录

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摘要

图目录

表目录

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 空调-建筑物负荷建模研究

1．2．2 空调负荷参与系统调控研究

1．2．3 需求响应效果评估研究

1．3 国内外应用现状

1．3．1 国外空调参与需求响应应用

1．3．2 国内空调参与需求响应应用

1．4 本文的主要工作

第二章 基于需求响应的变频空调负荷建模与控制

2．1 分体式变频空调系统建模

2．1．1 制冷量与室温的热力学函数

2．1．2 压缩机频率与空调功率及制冷量函数

2．1．3 压缩机频率与室温函数

2．2 变频空调负荷控制方法

2．2．1 基于设定温度改变的控制方法

2．2．2 基于压缩机频率改变的控制方法

2．2．3 不同控制方法的对比分析

2．3 变频空调参与系统调控的可行性分析

2．4 本章小结

第三章 变频空调参与电力系统调峰的控制策略

3．1 空调群组节电潜力评估

3．1．1 最小频率下空调运行时长计算

3．1．2 空调分组轮控的节电潜力评估

3．2 基于群组轮控的空调负荷调峰策略

3．2．1 空调群组的双层分组轮控

3．2．2 空调群组的优化控制策略

3．3 算例分析

3．3．1 空调群组的负荷削减潜力

3．3．2 空调群组设定温度优化

3．4 本章小结

第四章 变频空调参与电力系统调频的控制策略

4．1 传统系统调频的不足

4．2 变频空调参与系统调频研究框架

4．3 单区域电力系统调频建模

4．3．1 调速器传递函数

4．3．2 原动机传递函数

4．3．3 发电机组及负荷的传递函数

4．3．4 系统二次调频传递函数

4．3．5 频率质量评价指标

4．4 变频空调参与系统调频建模

4．4．1 变频空调的调频方式

4．4．2 变频空调参与一次调频模型

4．4．3 变频空调参与一次及二次调频模型

4．5 算例分析

4．5．1 空调群组仅参与一次调频

4．5．2 空调群组参与一次及二次调频

4．6 本章小结

第五章 变频空调参与系统调控的效果评估策略

5．1 需求响应基线的通用计算方法

5．2 变频空调负荷基线模型

5．2．1 变频空调负荷与温度的相关性

5．2．2 基于温差相似日的变频空调基线

5．2．3 基于温差回归分析的变频空调基线

5．3 基线评价指标

5．3．1 基线相对误差

5．3．2 基线均方误差

5．4 算例分析

5．4．1 需求响应日空调负荷数据设置

5．4．2 基于温差相似日的变频空调基线算例

5．4．3 基于温差回归分析的变频空调基线算例

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

附录

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参与的课题