智能变频电源(研究发现，变频空调集群能够有效平抑分布式电源的功率波动)

Posted 2023-05-29

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智能变频电源(研究发现，变频空调集群能够有效平抑分布式电源的功率波动)

近年来，以光伏、风机为代表的分布式电源快速发展，在使配电网变得更加清洁、环保的同时，也给配电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。为维持实时功率平衡，配电网需配备更多的灵活性资源以平抑分布式电源的随机波动。空调负荷因其体量大，且具备一定的储热能力而被视为最具潜力的可控资源之一。

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根据控制方式的不同，空调负荷可分为定频空调（Fixed Frequency Air Conditioner, FFAC）与变频空调（Inverter Air Conditioner, IAC）。正常情况下，定频空调只能工作在额定功率，通过循环启停的方式实现室温调节。与之相比，变频空调可连续调节压缩机频率，实现制冷功率的动态调控，从而准确跟踪温度指令。

凭借舒适度与节能优势，变频空调逐渐成为市场主流，2021年变频空调已占我国冷年空调全口径销售额的96.2%。此外，由于变频空调的功率连续可调，可有效规避大规模定频空调同时启停所导致的功率冲击问题，在参与电网调控时具备天然友好性。

依据调控指令整定方式的不同，可将空调负荷集群控制策略分为反馈控制与预测控制。其中，反馈控制着眼于空调负荷集群对控制目标的实时跟踪，通常包含集群功率指令反馈环节与群内空调负荷协同控制环节。相关学者提出了一些具有响应迅速、通信成本低优势的反馈控制策略，然而这类控制方式仅考虑了当前时刻的功率跟踪效果，不利于充分发挥空调负荷作为等效储能的跨时段优化能力。

预测控制着眼于空调负荷集群在未来一段时间内控制效果的最优，通过构建包含目标函数与显式约束的优化模型来获取空调负荷集群的控制策略。目前，以模型预测控制（MPC）为代表的预测型控制策略已广泛应用于空调负荷集群的控制策略研究。但是，相关研究未能充分考虑压缩机控制策略及动态特性对集群调控的影响，在实际应用中可能存在变频空调无法准确跟踪温度指令的问题。

为发挥变频空调集群在平抑分布式电源波动方面的调控潜力，强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院）的杨炜晨、苗世洪、刘志伟、涂青宇、林毓军，在2022年第19期《电工技术学报》上撰文，提出一种变频空调集群多时间尺度模型预测控制策略。

图1 变频空调调控过程示意图

研究人员首先根据变频空调调控方式的不同，构建基于温度指令调控的等效电机模型与基于直接功率控制的等效储能模型，实现变频空调集群的15min级与1min级控制，分别用以平抑分布式电源功率波动中的低频与高频分量。

图2IAC集群多时间尺度模型预测控制框架

在温度指令调控方面，模型充分考虑了变频空调响应温度指令的动态过程，在温度指令优化的基础上，进一步实现了温度指令的有序动作，从而减小大规模变频空调同时动作所带来的功率冲击问题；在直接功率控制方面，计及变频空调间的状态差异，采用集中优化、自主响应的方式实现变频空调集群的快速控制。负荷聚合商通过聚合变频空调的自主响应曲线，实现集群整体储热量及功率的1min级优化，在保证用户舒适度的前提下，平抑分布式电源功率偏差量的高频分量。

研究人员的算例仿真表明，该控制策略可实现变频空调集群的多时间尺度协同，能够有效平抑分布式电源的功率波动。另外，他们指出，本次研究的变频空调控制策略主要面向分布式电源功率波动平抑这一应用场景，在下一步工作中还可继续研究变频空调调控经济性与商业化模式、考虑变频空调参与的配电网调度/微电网能量管理策略、基于温度指令优化与直接功率控制相耦合的变频空调控制策略等内容。

本文编自2022年第19期《电工技术学报》，论文标题为“面向分布式电源功率波动平抑的变频空调集群多时间尺度模型预测控制策略”。本课题得到国家电网有限公司总部管理科技资助项目的支持。

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