家庭温控负荷建模与调频控制策略研究.pdf

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1、硕士学位论文家庭温控负荷建模与调频控制策略研究STUDYONELECTRICWATERHEATERMODELCONSTRUCTIONANDDEMANDSIDEFREQUENCYREGULATIONCONTROLSTRATEGY孟迪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM734学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文家庭温控负荷建模与调频控制策略研究硕士研究生：孟迪导师：李中伟副教授副导师：佟为明教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:TM734U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONELECTRICWATERHEATERMODELCONSTRUCTIONANDDEMANDSIDEFREQUENCYREGULATIONCONTROLSTRATEGYCandidate：MengDiSupervisor：AssociateProf.LiZhongweiAssistantSupervisor：Prof.TongWeimingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEnginee

3、ringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要频率是电力系统三大技术指标之一，频率质量与发电设备和用电负荷能否正常运行直接相关。传统发电侧调频方式存在调节惯性大、成本高等问题。随着具有随机性、不可预测性等特点的新能源并网容量日益增长，发电侧调

4、频方式存在的问题更加突出，仅仅依靠发电侧很难保证电网频率质量并且调频成本较高。以具有储能特性的负荷作为调频主体的负荷侧调频方式具有响应速度快、环境友好等特点，近年来成为频率调节的研究热点。本文以空调、热水器、冰箱为研究对象，从聚合模型构建和调频控制策略两方面对家用温控负荷参与电力系统调频问题进行研究。首先，分析了热水器、空调、冰箱能量交互原理和工作特性，基于计及室内温度、外墙温度和内墙温度的三阶空间状态，建立空调负荷热量平衡三阶物理模型；基于一阶微分方程建立单台热水器物理模型，根据统计学方法建立区域用水模型；基于压缩机控制滞环原理建立单台冰箱物理模型。对本文构建的

5、空调、热水器、冰箱模型与传统模型进行了工作特性的对比分析。确定了家庭温控聚合模型参数分布情况，根据蒙特卡罗法构建了家庭温控负荷聚合模型并分析了其聚合误差。其次，提出了基于空间状态法的家庭温控负荷群状态划分方法，在此基础上构建了负荷群丰富度评估模型。采用状态序列法理论分析了负荷群丰富度对聚合功率的影响，通过MATLAB仿真得到了不同丰富度的负荷群聚合功率变化情况。理论分析传统自适应调频控制策略的控制特性，并通过软件仿真进行了验证。针对传统自适应调频控制策略未计及负荷群丰富度因素进而造成过控/欠控的问题；对丰富度自适应调频控制策略调制下的温控负荷群频率事件响应能力进行

6、了评估。然后，针对非中断调频控制策略破坏负荷群状态空间稳定的问题，提出了保护负荷群丰富度的分组中断调频控制策略，并对负荷群采用中断控制所能提供的调频备用容量进行了评估。针对温控负荷群自适应响应频率事件后造成的丰富度破坏问题，提出了基于最小费用最大流算法的温控负荷群丰富度恢复控制策略，快速平滑的恢复负荷群丰富度。针对本文提出的多种负荷侧调频控制策略难以与电网发电侧调频控制策略协调配合的问题，提出了基于有限状态机的家庭温控负荷协调控制策略，在不同频率响应时段对负荷群采用不同控制策略进行频率事件响应。-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文最后，构建电力系统等效一次、二次调

7、频模型和风机并网模型；确定家庭温控负荷参与需求侧调频的频率动作阈值、响应时间和动作时间等控制参数。选取电网小范围频率波动、电网大频率偏差事故、新能源并网频率波动三种典型的频率事件场景，对所提出的温控负荷群参与电力系统一次、二次调频的调频控制策略的有效性进行了仿真验证。关键词：负荷侧调频；家庭温控负荷；控制策略；调频备用-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractFrequencyisoneofthethreemajortechnicalindicatorsofpowersystem.Thefrequencyqualityisdirectlyrelated

8、tothe