基于可控负荷高渗透下连续低频减载K值的计算方法

本专利涉及电力系统，具体涉及的是基于可控负荷高渗透下连续低频减载k值的计算方法。

背景技术：

1、电力系统的三道防线是频率控制的重要手段。低频减载作为第三道防线的重要组成部分，当系统出现严重的功率缺额时，低频减载装置动作。低频减载作为系统稳定的重要课题问题有着大量的研究成果，由于工程实际中更关注频率波动最低点，目前关于预测频率最低点的研究有基于线性响应策略提出的等效k参数确定方法，将需求响应参与调频的过程分为两阶段，第一阶段主要用来快速求解频率最低点，第二阶段用来求解频率稳定值，通过线性拟合分别对斜线和直线求拉普拉斯变换，得到dr(s)的表达式。但是其预测精确度误差较大，产生问题的原因主要是对dr(s)进行建模时，需要对拟合曲线进行拉氏变换，但由于拟合曲线导数不连续，并且对它进行平滑曲线拟合后的曲线表达式复杂，没有对应的拉氏变换式，故采用了近似化理想化的等效直线来进行数据拟合。由上述可知，现在关于低频减载策略当中对改进传统减载研究不够充分。针对传统低频减载中存在的问题，本文提出了计及用户侧舒适度的连续低频减载策略，同时也验证了在频率偏高时模型的有效性。

技术实现思路

1、为了改进现有低频减载方法中的不足，提高用户的用电体验，本发明提供了一种基于可控负荷高渗透下连续低频减载k值的计算方法。针对传统低频减载存在欠切、过切的问题，提供了连续低频减载的模型，并且给出了连续低频减载k值的计算方法，包括了以下的步骤：

2、s1负荷模型的聚合响应特性：可控负荷有空调、热水器，空调和热水器属于温控负荷。利用可控负荷的响应功率来填补系统的功率缺额，需要中断负荷来进行响应；

3、s2传统低频减载特性的分析：对传统低频减载阈值进行分析，发现离散切除会存在欠切、过切的问题；

4、s3连续低频减载模型的建立：当低频减载的轮次无限多时，可以由离散切除转变为连续切除，连续低频减载不存在过切、欠切的问题；

5、s4连续低频减载模型k值的计算：提出连续低频减载k值的计算方法。当频率偏高和偏低时对所提模型进行仿真验证，并同时与传统低频减载进行对比，得出所提连续低频减载模型对扰动的适应性更好。

6、进一步的措施，还包括如下：

7、步骤s1中包括

8、负荷模型的聚合响应特性；

9、进一步，利用可控负荷的响应功率来填补系统的功率缺额，需要中断负荷来进行响应。负荷的聚合模型如下式(1)：

10、

11、式中：ptotal为可削减的负荷量；pwh,i为第i个热水器的运行功率；pac,k为第k个空调的运行功率；swh,i、sac,k分别为第i个热水器、第k个空调的运行状态，0表示关闭，1表示打开。

12、温控负荷的温控特性如下式(7)：

13、

14、tot+1为t+1时刻的室外温度；tint和tint+1分别为t时刻t+1时刻的室内温度；q为温控负荷的等值热功率；c为温控负荷的等效热容；r为等效热阻；d＝{0,1}为启停状态变量，0表示温控负荷开启状态，1表示温控负荷关闭状态。

15、以热水器为例，热水器的运行状态和水温有关。当热水器温度高于热水器温度设定的上限值，则热水器关闭。当热水器温度低于热水器温度设定的下限值，则热水器打开。当热水器温度处于水温设定值范围之内，则运行状态保持不变。热水器的运行状态可表示成下式(8)：

16、

17、式中：st,wh为t时刻的热水器运行状态(1为打开热水器，0为关断热水器)；tl,wh为热水器温度下限值；th,wh为热水器温度上限值；tt,wh为t时刻热水器温度。

18、热水器的舒适度计算公式如下式(9)：

19、

20、式中：et,wh为热水器在t时刻的舒适度；

21、当热水器的水温偏离设定越大，则用电优先级越高。

22、空调的运行状态与室温有关。当室温大于设定温度上限时，此时打开空调。当室温小于设定温度下限时，此时关闭空调。当室温在设定值范围之内时，此时运行状态保持不变。空调的运行状态如下式(10)：

23、

24、式中：st,ac为t时刻的空调运行状态(1为开启空调，0为关闭空调)；tl,ac为空调温度下限值；th,ac为空调温度上限值；tt,ac为t时刻空调温度。

25、空调的舒适度计算公式可表示为下式(11)：

26、

27、式中：et,ac为空调t时刻的舒适度；

28、当室内温度偏离设定温度越大，则用电优先级越高。

29、对式(3)、(5)计算所得的舒适度进行排序。

30、只有运行中的负荷才能提供响应量，关闭的负荷不能提供。

31、负荷所提供的聚合功率如下式(1)：

32、

33、式中：ptotal为可削减的负荷量；pwh,i为第i个热水器的运行功率；pac,k为第k个空调的运行功率；swh,i、sac,k分别为第i个热水器、第k个空调的运行状态，0表示关闭，1表示打开。

34、负荷的响应架构可分为：集中控制架构、分布式控制架构、混合式控制架构。

35、基于集中式控制架构的负荷控制是指负荷个体由电网调度中心集中调度及控制，即调度人员直接给每个负荷下发控制指令。这是控制方式类似于传统发电机控制，调度中心收集所有用户信息，进行信息处理及决策后向各控制单元下发指令。

36、基于分布式控制架构的负荷控制与基于集中式控制架构的负荷控制方式不同，它不是由调度中心统一收集信息并进行决策控制而实现的，而是由大量分散在用户侧的控制模块完成的。

37、基于混合式控制架构的负荷控制是通过负荷代理商(包括第三方公司、负荷服务企业等)实现的，它通过将大规模电力终端小功率负荷聚合起来进行功率控制。

38、基于混合式控制架构的负荷控制方式既可以实现调度中心对电网全局的把控，又可以实现负荷的局部分散自治，比较适合于数量多、功率小的居民负荷或商业负荷参与电网运行控制。

39、步骤s2中包括

40、传统低频减载特性的分析：

41、传统低频减载是通过设定每轮次的动作阈值，当频率下降到该轮次阈值，则切除该轮次的负荷。传统低频减载切负荷时各轮次间的启动频率差值通常为0.2hz。当暂态频率最低值在两个轮次的动作阈值之间时，若减载方案比较保守，则稳态频率可能会偏低；若减载方案比较激进，则稳态频率可能偏高，导致不必要的停电。造成上述问题的原因是切负荷的离散性，因此提出了连续低频减载策略。

42、步骤s3中包括

43、连续低频减载模型如下式(3)：

44、

45、式中：δpdr为切负荷量，k为连续低频减载等效系数，δf为频率偏移量，δf1为低频减载动作的阈值，δf2为负荷群提供最大响应量所对应的频率阈值，δpdrmax为负荷能提供的最大响应量。

46、步骤s4中包括

47、连续低频减载模型k值的计算方法如下：

48、当系统中有功率缺额时，快速地切断负荷是阻止频率下降、迅速恢复频率的必然要求。当频率下降时，系统的调速器会自动调节有功输出来填补功率的缺额来快速的恢复频率。

49、传统低频减载模型主要由发电机的转子运动方程、汽轮机模型、调速器模型三部分组成。

50、转子的运动方程由式(4)表示：

51、

52、式中，δpd为系统扰动大小，h为系统惯性时间常数，d为系统阻尼系数，δp为不平衡功率。

53、对需求响应环节进行建模。

54、对式(3)进行拉式变换如下式(5)：

55、

56、当减载连续时，满足δpdrmax＝k(δf2-δf1)，同时δf1<0，δf2<0。式(5)可化简为式(12)：

57、

58、电力系统一般频率偏移不会太大，当δf很小时，可以线性化为esδf＝sδf+1。对式(12)进行简化，如下式(13)：

59、

60、对k参数的计算公式(6)：

61、

62、其中：f1为可控负荷参与低频减载的启动值，fmin为无低频减载参与时暂态频率的最低点，为实际响应量δpdr(δf)与δf所围成的面积。