公共楼宇空调负荷参与电网调峰关键技术研究

随着我国空调应用的日益广泛,城市夏季电网高峰负荷在近十几年来急速增长。城市中,公共楼宇空调负荷占据了总负荷的很大一部分比例且易于集中调控,因此,充分挖掘用电高峰时段内大规模公共楼宇空调负荷的调峰潜力,并采用合理的调控方式削减其高峰用电,对改善我国夏季电网负荷特性和实现电网的安全、稳定、经济运行具有重要意义。本文围绕规模化公共楼宇空调负荷参与电网夏季日前调峰展开研究,主要工作包括:首先分析了夏季典型行业类型公共楼宇空调系统的基线负荷曲线特征及其参与电网调峰的典型场景,并研究了公共楼宇空调系统的短时基线负荷预测方法;其次分析了不同类型公共楼宇空调负荷的运行特性及适合采用的调控方式,研究了各类型公共楼宇空调负荷的建模方法和具体控制策略,重点建立了公共楼宇中央空调负荷的等效热参数模型,提出了一种公共楼宇中央空调系统的精细化柔性降负荷控制策略;进一步,通过提出公共楼宇中央空调系统的分档调控方式,分别建立了大规模公共楼宇中央空调负荷参与电网削峰的组合调控模型及公共楼宇中央空调负荷广泛参与下的电网日前调度模型;最后,提出了一种适用于规模化公共楼宇空调负荷参与电网调峰场景的配电网协调控制策略。具体开展的研究内容如下:1.分析了商场、写字楼和宾馆三种典型行业类型公共楼宇的空调系统的夏季日负荷曲线特性,分别归纳了三种类型公共楼宇的空调负荷集群参与电网调峰的典型场景;分析了影响公共楼宇空调系统用电负荷的气象因素,进而提出了一种计及综合气象因素累积效应的公共楼宇空调短时基线负荷预测方法。2.阐述了分散式空调系统、非蓄冷式中央空调系统和蓄冷式中央空调系统的工作原理及运行特性,归纳出不同类型公共楼宇空调负荷的适用场合及适合的调控方式;重点分析了螺杆式和离心式中央空调制冷主机的工作特性和高效运行功率区间,为公共楼宇中央空调系统降负荷控制策略的具体实施提供了依据;介绍了楼宇分散式空调负荷的建模方法,并建立了考虑建筑、设备和气象等因素的公共楼宇中央空调负荷等效热参数模型;详细研究了不同类型公共楼宇空调系统的降负荷控制策略及其调控效果,重点提出了一种对空调系统的末端设备按楼层进行轮停的公共楼宇中央空调系统降负荷控制策略,该控制方法综合考虑了空调系统运行效率和人体舒适度需求。3.在考虑中央空调系统制冷主机的运行效率的基础上,研究了单幢公共楼宇的中央空调系统可调度容量的计算方法;为了便于规模化公共楼宇空调负荷的统一调控,分别提出了非蓄冷式和蓄冷式中央空调系统的分档调控方案;基于中央空调系统的降负荷控制策略及分档调控方式,建立了大规模公共楼宇中央空调负荷参与电网调峰的组合优化模型,该模型以电网调控难度最小化为目标,综合考虑了中央空调系统的运行效率、能源利用率以及人体的舒适度需求,仿真算例验证了采用该调控模型对区域电网负荷的削减作用;进一步,结合传统发电机组模型,以系统运行总成本最小化为目标建立了公共楼宇中央空调负荷广泛参与下的电网日前调度模型,并以南京市某区域电网为例对模型的调峰效果和经济性进行了仿真验证。4.构建了共同参与电网调峰的规模化公共楼宇空调负荷接入下的配电网系统模型,重点分析了模型中公共楼宇可控空调负荷的建模方法;以稳定配电网频率和电压为目标,通过创新性地对配网模型中的整流器进行虚拟同步电动机控制,提出了一种适用于公共楼宇空调负荷大规模参与电网调峰场景的配网协调控制策略,并建立了协调控制策略下配电网系统的“原动机——发电机——可变负荷”形式的等效模型;MATLAB/Simulink仿真结果表明,所提出的协调控制策略可以有效抑制大规模楼宇空调负荷响应电网调峰指令对配电网系统的电压、频率造成的影响。