空调负荷是造成我国绝大部分地区电力系统负荷高峰的主要原因,对电力系统的安全经济运行造成了不利的影响。但是从负荷调节的角度,空调负荷作为具有热存储特性的典型负荷,响应速度快、控制灵活、调节潜力大,是智能电网下优质的需求响应资源,可以被纳入电网调峰辅助服务中。然而,空调负荷在响应电网调度时影响因素众多,具有极大的不确定性,加大了调度风险及系统协调运行的难度,因此对计及不确定性的空调负荷参与电力系统运行的研究具有重要意义。本文从空调负荷的不确定性分析和建模出发,以计及不确定性的分体式变频空调为研究对象,研究了空调负荷聚合商合约容量申报策略,并建立了传统机组-空调集群负荷协同调度模型。本文首先从用户响应方式和不确定性理论两个角度对需求响应的不确定性进行了分析,概述了目前学术界对空调系统建模的研究现状,并从调峰、调频、提供系统备用、平抑分布式电源波动等方面总结了空调负荷在电力系统中的应用情况,为本文的后续研究奠定了基础。其次,本文对空调系统本身及其参与响应过程中的不确定性进行了详细分析,并在空调系统基本热力学模型的基础上,考虑模型参数的不确定性,建立了空调系统的不确定性模型,同时采用随机数值仿真法建立了空调房间温度的概率模型。然后,结合变频空调的调控特性建立了考虑不确定性的空调调峰模型;以空调负荷通过负荷聚合商整合后参与电网调峰调度为场景,在负荷聚合商交易成本和收益计算模型构建的基础上,建立了基于等级化电网补偿制度的负荷聚合商申报容量决策模型;算例表明储能的配置能够规避空调响应不确定性带来的交易风险,而电网等级化补偿规则能够激励空调用户提高自身响应可靠性,满足电网安全稳定运行要求。最后,研究了基于风险成本评估的传统机组-空调负荷集群协同优化调度,在空调调峰模型的基础上建立了空调集群响应不确定模型,并从电力公司角度对空调集群的支付成本和风险成本进行了量化评估;以制定日前调度计划为场景,根据日前负荷预测结果,在电力供应缺口时段协同调度传统发电机组和空调负荷集群以满足电力供需平衡,以传统机组发电成本和空调集群调度成本期望值最小为目标函数建立源-荷协同调度模型,基于空调集群响应不确定性的机会约束提出传统机组的机组组合和空调集群的负荷削减量分配方式。算例结果表明考虑空调集群参与电网协同调度有利于缓解系统供电不足,同时基于源-荷协同调度模型进行调度能够减少成本,促进电网安全经济运行。
