用户可调负荷参与电网需求响应的调节方法研究

施 辉 1 倪 笑 2

（ 1 国网江苏省电力有限公司南通供电分公司 江苏 南通 226006；2 南通帝人有限公司 江苏 南通 226009）

摘 要：空调负荷以其独特的负荷特性，使得用户侧负荷在参与电网需求响应中发挥着越来越重要的作用。随着空调负荷在夏季峰荷中占比的不断攀升，其调控潜力也值得进一步深入发掘。基于简化的空调模型从变频空调运行的基本原理出发，提出空调虚拟同步机的调速方法，进一步分析其调节容量与调控效果，进行居民侧可调度容量计算，通过控制空调的启停状态，达到直接参与负荷控制的目的。

为了适应经济、社会发展的要求，应对节能减排以及电网面临的重大挑战，许多国家开展了面向用户群的需求响应技术的研究与实践。用户侧可响应资源作为一种清洁环保高效的资源，充分发挥其功效，已成为业界的共识。

国外基于大量的理论研究已经应用部署，逐渐将视角由传统需求响应模式转向引导用户自主响应的自动需求响应领域。基于智能电网和电力市场改革的大背景，国内方面已在用户群参与电网需求响应技术已经有了一定的理论和实践经验，为新一轮电力改革下推进需求侧开放和用户参与电网互动奠定了较为坚实的基础。总体来看，相关的国内外研究集中在有计划的引入用户参与电网需求响应或通过电价制定引导用户负荷弹性响应，尚未针对面向响应主体的负荷特性协调互补响应策略以及参与电网临时性快速响应能力进行深入研究。

1 用户侧负荷调节方式研究

有序用电用户大多属于工业用户，与系统负荷预测、母线负荷预测不同，气象因素、宏观因素以及远期的历史负荷对其的影响较小。对用户负荷起着最直接最显著的影响因素是用户的生产计划安排，然而电网企业却很难深入到企业内部去获知其生产计划这一具体信息。大数据挖掘的方法为解决这一难题提供了有效的方法，通过对用户历史负荷进行数据挖掘，从而提取出用户用电模式，并建立基于用电模式的预测方法，实现精确的用中长期户负荷预测。

采用基于决策树的预测模型，其核心思想在于采用决策树的方法对不同负荷特性的用户分别建立具有针对性的负荷预测模型与策略进行预测，实现高精度的大用户中长期负荷预测。具体来说，对于电子、船舶、纺织等用电模式较为稳定的用户，可以直接通过数据挖掘的方法提取典型用电模式，根据模式数多少再选择预测方法；对于用电模式变化较大的钢铁、冶炼、有色金属等行业用户负荷，其负荷呈现锯齿形波动特征，需要首先通过频域处理方法将锯齿形波动分量剔除，提高其负荷的稳定程度以及规律性，并基于剩余的稳定分量预测。

图1 用户负荷预测模式数示意图

图2 小波包分解去噪效果

2 不同类型中央空调调控策略

以h为控制时间间隔将时间t离散化，并假设制冷期内中央空调的制冷机组始终按恒定功率p ch （此时对应制冷机组的恒定制冷量q ch ）运行，则可以得到停机期与制冷期内的公共楼宇屋内温度与室温的变化关系：

(1)

(2)

式中， 为与T out 有关的变量。

再假设控制周期内公共楼宇屋外温度T out 为恒定值，则可以得到以下公式：

(3)

(4)

(5)

式中，[T min ，T max ]为公共楼宇屋内温度的控制区间，τc 为非工中央空调

系统的一个启停控制周期，τ

on 和τ off 分别为一个控制周期内中央空调的停

机期与制冷期时间。

3 分散式空调调节手段研究

定变频空调的运行模式有较大差异。传统定频空调运行在额定频率保持不变，因此压缩机电机转速不可调节，在运行过程中只有额定转速工作状态和停机状态。当室温高于设定温度时，定频空调保持额定转速运转开始制冷。室内温度逐渐降低，当温度达到T set -k时，空调停运；随着室温再次上升达到T set +k时，空调再次开始以额定转速运转。因此，室温在范围内上下波动，压缩机循环启停。定频空调调温使得室温[T set -k,T set +k]在某一范围内变化，如果这一范围过大，空调用户使用的舒适度就会下降；而如果这一范围过小，空调频繁启停，会消耗更多电能，而且会减少空调使用寿命。

图3 定频空调调温曲线图

变频空调通过变频器将50Hz交流电变为30-120Hz交流电进行供电，通过室温与设定值的温度差调节供电频率改变压缩机电机转速。同时，空调室内风机根据变频器的频率大小输出相应大小的风量。因此，温差较大时，变频空调制冷量较大，温差降低时，制冷量相应减小，以维持室温在设定温度周围浮动。

变频空调调节室温波动小，室温达到设定温度后空调低功率运行，更加节能。

图4 变频空调调温曲线图

4 总结

选取分散式变频空调作为研究对象，对其响应特性与可调节手段进行研究分析。空调负荷以其独特的负荷特性在参与电网削峰填谷调控策略中发挥着越来越重要的作用。基于简化的空调模型从变频空调运行的基本原理出发，提出空调虚拟同步机的调速方法，进一步分析其调节容量与调控效果。■

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