基于电动汽车与温控负荷的电力系统调频控制策略研究

第四章 温控负荷与电动汽车的集中式协同频率控制策略初探

4.1 引言

大规模电动汽车能够替代传统储能，为电力系统提供辅助频率服务。在大规模新能源并网环境下，电动汽车能够通过动态负荷调节，平抑间歇性新能源产生的不平衡功率，维持系统频率稳定。但作为一种交通工具，由于需要满足用户充电需求和出行需求，其局限性在于在特定时期内可用容量较小，无法为系统提供足够的调节功率。同时，目前电动汽车还未广泛普及，不能为电力系统提供足够的旋转备用。 温控负荷具有良好的热储能特性，也是一种重要的电力系统需求侧响应资源。

随着经济的发展和居民生活水平的提高，空调、冰箱等温控负荷所占的比例越来越大，逐渐成为需求侧响应研究的重点。状态序列算法(state queueing，SQ)通过控制温控负荷的开关状态改变负荷功率，响应系统功率需求[55-56]。该算法采用状态队列响应模型，兼顾了用户舒适度和负荷控制效果，为温控负荷的集中式需求响应控制提供了有效的技术途径[57-58]。 本章首先构建温控负荷的等值热力学模型，以制热型空调负荷为例，描述温控负荷动态过程。提出基于状态序列算法的温控负荷集中式频率控制策略，结合第二章所提的电动汽车集中式频率控制，对两种负荷的协同频率控制进行初探。通过典型算例，验证了本章所提控制策略在电力系统发生单次大扰动下的控制效果。

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结论

为了应对大规模新能源的并网，提高电力系统的抗扰动能力，本文研究如何利用负荷需求响应资源为电力系统提供频率辅助服务。分别针对分散式接入和集中式接入的电动汽车提出了分散式和集中式的频率控制策略，通过动态改变电动汽车负荷功率响应系统功率需求。针对温控负荷的动态特性，提出了适用于温控负荷的集中式频率控制策略。在此基础上，为了实现需求侧响应资源的综合利用，对温控负荷与电动汽车的集中式频率控制策略进行了初探。通过典型算例验证了以上方法的有效性，并得出如下结论：

(1)本文所提考虑用户参与度的电动汽车集中式频率控制策略能够有效利用集中式接入的电动汽车为电力系统提供动态频率响应服务。在大规模间歇性新能源并网的环境下，一方面能够有效抑制系统频率偏差，另一方面能够降低传统发电厂出力波动。通过设置合适的用户参与度，能够兼顾用户用能舒适度与系统频率响应效果;

(2)本文所提考虑用户需求的分散式频率控制策略能够有效利用分散式接入的电动汽车为电力系统提供动态频率响应服务。通过构建充放电可行域，充分考虑用户的出行需求、电池保养需求和充电需求，在满足三者约束的前提下参与电力系统调频。基于动态分类的电动汽车调频能力评估方法能够对电动汽车负荷的调频能力进行实时评估，有助于解决分散式接入电动汽车难以集中管理的问题;

(3)本文所提温控负荷与电动汽车的集中式协同频率控制策略能够充分利用两种需求侧响应资源，为电力系统提供旋转备用。根据两种负荷的负荷特性，将电动汽车作为优先响应资源，将温控负荷作为后备资源，在电力系统发生单次大扰动情况下，能够为系统提供有效的频率响应服务，抑制系统频率偏差，支撑系统频率稳定。 在电动汽车与温控负荷协同控制方面，本文仅从响应的先后顺序上对温控负荷与电动汽车两种负荷进行排序，未针对具体的负荷特性进行精细化的协同控制。同时，仅在单次大扰动下验证了方法的有效性，未研究协同控制在系统动态调频控制中的控制效果。在未来的研究当中，应在温控负荷频率控制方面继续深化，再深入探究温控负荷与电动汽车的协同动态频率控制策略，充分利用各类负荷需求响应资源为电力系统提供有效的动态频率响应服务。

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