由于新能源大量接入電網(wǎng)，其不確定性與間歇性給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。需求響應(yīng)采取經(jīng)濟(jì)措施和技術(shù)手段，讓需求響應(yīng)資源參與到電力系統(tǒng)調(diào)度中，在削峰填谷、抑制新能源波動(dòng)上具有重要作用。溫控負(fù)荷作為需求響應(yīng)的重要資源之一，主要包括空調(diào)、冰箱、熱水器等，其參與需求響應(yīng)的潛力是巨大的。最近，溫控負(fù)荷的儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷特性引起了廣泛關(guān)注，如何考慮該特性將直接影響調(diào)度結(jié)果。等效儲(chǔ)能模型包括功率和電量信息，可以較好地描述該特性。本文通過(guò)熱交換功率計(jì)算充放電功率，同時(shí)推導(dǎo)出熱交換功率與儲(chǔ)電量的關(guān)系式，建立溫控負(fù)荷等效儲(chǔ)能模型；將時(shí)變的功率上下限約束與儲(chǔ)電量約束引入調(diào)度模型中，提高優(yōu)化調(diào)度的準(zhǔn)確性。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“電力系統(tǒng)自動(dòng)化” ID：AEPS-1977）

1如何建立溫控負(fù)荷的等效儲(chǔ)能模型？

由于溫控負(fù)荷有儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷特性，其功率可以等效為充放電功率，儲(chǔ)存的熱量/冷量可以等效為儲(chǔ)電量，據(jù)此可建立等效儲(chǔ)能模型來(lái)描述溫控負(fù)荷的聚合特性。一般，溫控負(fù)荷的充放電功率可以通過(guò)常數(shù)平均功率計(jì)算，但實(shí)際上，平均功率存在時(shí)變性質(zhì)。溫控負(fù)荷的溫度隨著時(shí)間變化，平均功率也會(huì)隨著時(shí)間變化，因此，用常數(shù)平均功率計(jì)算充放電功率并不合適。為了提高模型的精確度，本文采用熱交換功率代替平均功率，熱交換功率反映了溫控負(fù)荷的熱量/冷量的損失速率，其值隨著溫控負(fù)荷的溫度變化而變化。進(jìn)一步地，溫控負(fù)荷的充放電功率由電功率減去熱交換功率得到。由于熱交換功率和儲(chǔ)電量都與溫控負(fù)荷的溫度相關(guān)，從而可消去溫度變量得到熱交換功率和儲(chǔ)電量的等式關(guān)系。為了研究溫控負(fù)荷的聚合特性，可通過(guò)對(duì)單個(gè)溫控負(fù)荷進(jìn)行分析，再得到聚合充放電功率及儲(chǔ)電量，從而建立起大規(guī)模溫控負(fù)荷的等效儲(chǔ)能模型。

2如何在日前調(diào)度中考慮溫控負(fù)荷？

將溫控負(fù)荷的儲(chǔ)能模型引入傳統(tǒng)的日前調(diào)度模型中，優(yōu)化目標(biāo)采用最小化運(yùn)行成本，運(yùn)行成本包含發(fā)電機(jī)成本、切風(fēng)成本以及對(duì)溫控負(fù)荷的補(bǔ)償成本。傳統(tǒng)的調(diào)度模型中主要考慮以下約束條件：功率平衡約束、機(jī)組啟停變量約束、機(jī)組開(kāi)關(guān)狀態(tài)約束、機(jī)組出力上下限約束、機(jī)組爬坡速率約束、機(jī)組備用約束以及負(fù)荷和風(fēng)電的機(jī)會(huì)約束。由于引入溫控負(fù)荷的儲(chǔ)能模型，本文在約束條件中增加了有關(guān)儲(chǔ)能模型的約束，即溫控負(fù)荷的充放電功率上下限約束、儲(chǔ)電量上下限約束以及熱交換功率和儲(chǔ)電量的等式關(guān)系約束。與其他文獻(xiàn)不同的是，由于本文采用熱交換功率代替平均功率計(jì)算充放電功率，同時(shí)熱交換功率與儲(chǔ)電量相關(guān)，其充放電功率的上下限并不是定值。另外，通過(guò)增加考慮溫控負(fù)荷儲(chǔ)能模型的約束，可以有效避免溫控負(fù)荷的功率與儲(chǔ)電量越限，從而提高優(yōu)化調(diào)度的準(zhǔn)確性。

3效果如何？

本文采用50000臺(tái)溫控負(fù)荷，設(shè)計(jì)3個(gè)對(duì)比算例：

模型Ⅰ：傳統(tǒng)調(diào)度模型，只考慮充放電功率約束，由平均功率計(jì)算得出。

模型Ⅱ：調(diào)度模型考慮等效儲(chǔ)能模型，但其充放電功率由平均功率計(jì)算得出。

模型Ⅲ：本文提出的調(diào)度模型，考慮等效儲(chǔ)能模型，其充放電功率由熱交換功率計(jì)算得出。

仿真結(jié)果表明：1）模型Ⅰ不考慮等效儲(chǔ)能模型，即使功率約束在限值內(nèi)，其儲(chǔ)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出限值；2）模型Ⅱ與模型Ⅲ考慮了等效儲(chǔ)能模型，即使參與調(diào)度的溫控負(fù)荷有所下降，但是其功率和儲(chǔ)電量都在安全范圍內(nèi)；3）如圖1~2所示，由于模型Ⅱ與模型Ⅲ關(guān)于充放電功率的計(jì)算方式不同，模型Ⅲ的功率上下限是時(shí)變的，而模型Ⅱ是不變的。

圖1 模型II的充放電功率

圖2 模型III的充放電功率

日前調(diào)度可為日內(nèi)控制提供依據(jù)，進(jìn)一步地，采用負(fù)荷跟蹤控制驗(yàn)證本文模型的有效性。仿真結(jié)果表明：1）模型Ⅰ負(fù)荷跟蹤不能一直準(zhǔn)確跟蹤到日前調(diào)度結(jié)果，其荷電狀態(tài)要么接近甚至超過(guò)1，要么無(wú)限接近于0；2）模型Ⅱ絕大部分時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的負(fù)荷跟蹤控制，但是在19-21 h跟蹤失敗，這一方面說(shuō)明了直接采用平均功率計(jì)算缺乏準(zhǔn)確性，另一方面說(shuō)明了考慮等效儲(chǔ)能模型在調(diào)度模型中的重要性；3）模型Ⅲ能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷的準(zhǔn)確跟蹤控制。進(jìn)一步通過(guò)誤差分析，得到3個(gè)模型的誤差：3.15×104、1.49×102、20.41，由此可見(jiàn)，本文提出方法的準(zhǔn)確性最高，將溫控負(fù)荷的儲(chǔ)能模型引入調(diào)度模型中十分有必要。

該文為國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后基金、江蘇省研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目成果，2019年5月發(fā)表于MPCE第7卷第3期。

引文信息：

Peipei CHEN, Yu-Qing BAO, Xuemei ZHU, et al. Day-ahead scheduling of large numbers of thermostatically controlled loads based on equivalent energy storage model[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2019, 7(3): 579-588

Day-ahead scheduling of large numbers of thermostatically controlled loads based on equivalent energy storage model

基于等效儲(chǔ)能模型的大規(guī)模溫控負(fù)荷日前調(diào)度

DOI: 10.1007/s40565-018-0468-3

作者：陳培培，包宇慶，祝雪妹，張金龍，胡敏強(qiáng)

原標(biāo)題:南京師范大學(xué) 陳培培，包宇慶等：基于等效儲(chǔ)能模型的大規(guī)模溫控負(fù)荷日前調(diào)度