城市园区分层分布式温控负荷需求响应控制策略的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能电网技术、需求响应领域。具体讲，涉及城市园区分层分布式温控 负荷需求响应控制策略。
【背景技术】
[0002] 电力供应紧张已成为经济社会生活中的主要矛盾之一，保证电力供需平衡，实现 电力系统安全、可靠、经济、清洁、高效已成为经济发展和人民生活水平提高的重要保障。依 托市场化改革推进与国家能源政策调整，电力网络与电力市场、电力网络与电力用户之间 的协调以及交换越发紧密。需求侧资源管理成为在同样用电功能情况下，减少电量消耗、缓 解缺电压力、降低供电和用电成本的重要措施。需求响应(DR)在电力市场竞争中的引入，已 成为通过价格信号和激励机制加强需求侧资源在电力市场中作用的重要手段。通过需求响 应进行辅助频率调节、保障系统安全运行，以及完成其他电力系统辅助服务，已逐渐成为未 来电力市场发展趋势。
[0003] 风能、太阳能等可再生能源资源功率注入具有随机性、间歇性等特点，对电网电能 质量和可靠性都将造成不利影响。目前的解决方案中大多通过设置储能设备或储能系统平 抑可再生能源功率波动。但由于储能系统成本高，缺乏大规模使用的基础，而作为典型需求 响应资源，温控负荷具有广泛的分布和较大的用户基数，合理调控后可以有效平抑电网联 络线功率波动。
[0004] 对于基于激励的直接负荷控制(Direct Load Control，DLC)策略，目前已有众多 文献进行了深入探讨。目前已有针对温控负荷开关状态转换建立状态队列（State Queuing，SQ)算法，基于用户舒适度约束提出一种基于离散积分的数值模型进行最优温度 设定调节算法(Optimal Thermostat Regulation，0TR)，基于潮流追踪算法的需求响应策 略以用于跟踪风电场出力波动等。
[0005] 然而，现有研究工作大多关注于集中式控制策略，集中式控制策略依赖于高速、安 全和可靠的信息通信网络，依赖于所有热栗运行状态与用户室内温度等大量精确信息。另 一方面，考虑某些通信故障，如丢包、误码和延时等在电力系统负荷调度、电能供需优化等 方面的不良影响，尤其是低成本通信技术在配电网中的广泛应用，使得通信过程中丢包、误 码等现象频发，对需求响应控制效果产生不良影响。因此，在非理想通信环境下，集中控制 策略控制效果将受到严重影响，有时甚至失效。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术的不足，实现减少数据通信量，使信息收发仅在城市园区内部完 成并实现需求响应总控制目标，进一步减少数据传输量，维护用户隐私，能够对温控负荷进 行预测，并针对不同预测校正时间间隔对控制效果的影响进行仿真分析。本发明采用的技 术方案是，城市园区分层分布式温控负荷需求响应控制策略，包括以下步骤：
[0007] 利用中央调控中心接收配网主线节点功率以及可再生能源出力信号，通过相关联 络线风机波动平抑控制算法得到总控制功率目标，并下发到位于各受控城市园区内的区域 控制中心；
[0008] 各区域控制中心间通过信号交换获取所有城市园区内总热栗功率消耗，经目标分 配及补偿策略得出各分区目标；
[0009] 区域控制中心在分区内通过采集温控负荷温度、开关状态信息，通过相应需求响 应控制算法对其进行控制，向分区内用户下发控制信号，以达到跟踪目标进而平抑联络线 功率波动的目的；
[0010]其中，将电热栗指数模型集成于相关需求响应控制算法，策略依据控制精度需要 设定校正时间间隔，区域控制中心在校正时间间隔内采用指数模型对电热栗负荷状态进行 预测并应用于相关需求响应控制算法进行优化控制。
[0011] 采用模型预测策略进行预测，模型预测策略描述如下式：
[0012] k关η Δ Trev，贝1J:
[0013] Tx = Ta_IDX；Ts = Ts_IDX；T+ = T+_IDX；
[0014] T_=T_idx；CS = CSidx (1)
[0015] k = n Δ Τ rev ，则：
[0016] Tx = Ta_r；Ts = Ts_r；T+ = T+_r；
[0017] T_=T_r；CS = CSr (2)
[0018] 其中Δ Trev为校正时间间隔;n为自然数;Ta_iDx、Ts_皿、T+_IDX、T_IDX、CS皿为指数预测 模型室内空气温度、设定温度、设定温度上下限以及设备开关状态;T a_r、Ts_r、T+_r、T_ r、CSr 为实测室内空气温度、设定温度、设定温度上下限以及设备开关状态，!^、1'8、1'+、1'_工5分别 为用于需求响应算法的温控设备实际温度、设定温度、温度上下边界以及开关状态。
[0019] 目标分配策略可由下式描述：
[0020] (3)
[0021] 其中，Ρυ为第i个受控城市园区功率目标，Phu为第i个城市园区热栗实际功率消 耗，PHP_total为各城市园区热栗实际总功率消耗，Ρτ为中央调控中心下发总目标。
[0022] 基于最优温度设定点调节量的城市园区可调容量定义以及控制目标补偿策略如 下式所示：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] 其中，C0RUP为上调容量;CORd。?为下调容量；为经目标分配补偿后第i城市园区 目标功率，u为需求响应算法获得最优温度调节量;分别为u可上调温度死区与 可下调温度死区;Uup、Ud_分别为最优温度调节量可调上下边界。
[0028] 采用快速简单的电热栗指数模型描述电热栗的温度动态特性，作为预测模型； [0029] 动态方程如下式：
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 式中：Ta_皿为室内温度°C;C为等值热电容J/°C;R为等值热电阻°C/W;Q为等值热比 率皿为室外温度°C;Ts_IDX为设备工作温度设定点；δ为热栗温度调节范围死区。
[0034] 本发明的特点及有益效果是：
[0035] 本发明将控制算法计算中心分布于每个城市园区内，集中控制站点将只负责下发 总控制目标（已有目标或波动平缓目标），以减少数据通信量，使信息收发仅在城市园区内 部完成并实现需求响应总控制目标。为进一步减少数据传输量，维护用户隐私，策略在分布 式控制中心采用快速简单预测模型对温控负荷进行预测，并针对不同预测校正时间间隔对 控制效果的影响进行仿真分析。
【附图说明】：
[0036]图1单个电热栗的运行特性图；
[0037] 图2基于模型预测的分层分布式需求响应控制策略架构；
[0038] 图3配电网风机波动平抑控制算法逻辑图。
【具体实施方式】
[0039]为克服集中控制策略的种种缺陷，本文提出一种分层分布式需求响应控制策略。 将控制算法计算中心分布于每个城市园区内，集中控制站点将只负责下发总控制目标（已 有目标或波动平缓目标），以减少数据通信量，使信息收发仅在城市园区内部完成并实现需 求响应总控制目标。为进一步减少数据传输量，维护用户隐私，策略在分布式控制中心采用 快速简单预测模型对温控负荷进行预测，并针对不同预测校正时间间隔对控制效果的影响 进行仿真分析。
[0040] 基于集中式需求响应控制策略在非理想通信环境中易受到不良影响，本发明提出 一种基于模型预测的城市园区分层分布式温控负荷需求响应控制策略，包括以下步骤：
[0041] 中央调控中心在接收配网主线节点功率以及可再生能源出力信号基础上，通过相 关联络线风机波动平抑控制算法得到总控制功率目标，并下发到位于各受控城市园区内的 区域控制中心；
[0042] 各区域控制中心间通过信号交换获取所有城市园区内总热栗功率消耗，经目标分 配及补偿策略得出各分区目标；
[0043] 分区内通过采集温控负荷温度、开关状态等信息，通过相应需求响应控制算法对 其进行控制，向分区内用户下发控制信号(温度设定点调节量或开关状态转换信号）以达到 跟踪目标进而平抑联络线功率波动的目的；
[0044]为了进一步减少数据传输量并保护用户隐私，本发明提出的基于模型预测的分层 分布式控制策略将电热栗指数模型集成于相关需求响应控制算法。策略依据控制精度需要 设定校正时间间隔，受控区域控制中心在校正时间间隔内采用指数模型对电热栗负荷状态 进行预测并应用于相关需求响应控制算法进行优化控制。达到限定校正时间，控制器从用 户采集实时数据对预测模型状态进行校正，以达到保证控制精度的同时尽量减少数据传输 的目的。
[0045]其中，所述方法还包括:模型预测策略
[0046]策略依据控制精度需要设定校正时间间隔，受控区域控制中心在校正时间间隔内 采用指数模型对电热栗负荷状态进行预测并应用于相关需求响应控制算法进行优化控制。 达到限定校正时间，控制器从用户采集实时数据对预测模型状态进行校正，以达到保证控 制精度的同时尽量减少数据传输的目的。模型预测策略描述如下式：
[0047] k 关η Δ Trev，贝1J:
[0048] Tx = Ta_IDX；Ts = Ts_IDX；T+ = T+_IDX；
[0049] T_=T_idx；CS = CSidx (1)
[0050] k = n Δ Τ rev ，则：
[0051] Tx = Ta_r；Ts = Ts_r；T+ = T+_r；
[0052] T- = T_r；CS = CSr (2)
[0053] 其中Δ Trev为校正时间间隔;n为自然数;Ta_iDx、Ts_皿、T+_idx、T_idx、CS皿为指数预测 模型室内空气温度、设定温度、设定温度上下限以及设备开关状态;T a_r、Ts_r、T+_r、T_r、CSr 为实测室内空气温度、设定温度、设定温度上下限以及设备开关状态。
[0054] 其中，所述方法还包括：目标分配及补偿策略
[0055] 在分层分布式需求响应策略中，各城市园区热栗消耗功率PHP_i[k]为唯一需在各 园区控制中心进行交换的信息，总目标P T[k]则为唯一需从中