电力需求侧空调负荷柔性调控策略研究

调节电
，
调电
机正常
率。
，
以实际负
预 考 的 为给定量作为输入。通过
的调 控制，使
果尽可能与参考预期负荷
近，
调 的柔性控制。研究 ，在
调的无
电机控制系统中，加入微分
易使系统
干扰的 口5 一⑹，故
、
、电 gTd，PI)控制。
比例-积分(Proportional - Inte-
2.2空调电机传递函数的建立
时控制设计方式， “ 控制-分层控制-现地
控制”的多级控制模式，如图1所示。这种控制方式使
得需求侧的空调 群更加灵
与电网管 需
求响应，除 调 的控制 应以外，方便 将来与
他柔 联
、水、气、热等多种
式接入,为
耗综合监
了平台(13)。
图1多级调控制模式架构 Fifure 1. Multi - level tone conWol mode architecture
Research on Flexible Load Control Strategy of Air Conditioning in Power Demand Side
WANG Fuzhony1 , LI Runyu1 , ZHANG Hongwei2 , GUO Jiangzhen1 , ZHANG Li1
系统 的 调 无
电 机控制 的， 主
要 子、定子、 绕组 尔传感器组成(17)。无
电机
式
法， 电机的电 平
http：//Journal. xidian. edu.匸*
59
农a巧就
Electronic Science and Technology
衡方程可描述为
■H- ■ ■ K 0 0 - 玄-
N - ■e--
为 不同时段的空调
，对不同的空调负
状态分别划分高、中、3个不同的等级：(1 )* ”
代表当前
于波峰状态，电价随之 ，需要
进行“移峰”或“削峰”。在不改变 时段电力消费
的 下，选择柔性调控，减
峰
电量；(2)
“ ”代 当前 “ ”代
适中，是一种较好的状态;(3) 于波谷状态，需要进行“填谷”。
DR 策略( 主要 峰 电 的电 价或 )，
电力负荷的柔性控制策略有助于引导电力用户主 动调整用电需求，改变 的用电模式和用电方式，是
收稿日期：2020-04-11 基金项目：国家自然科学基金(U1804143)；河南省开放实验室 项目(KG2016 - 7 )；河南省高等学校重点科研项目 (18A470014);河南理工大学博士基金(B2017 -20)；河南理工 大学青年骨干教师项目(2019XQG - 17) Natural Science Foundation of China ( U1804143 ) ； Open Project of Key Laboratorg of Contrci Enyineegny of Henan Province ( KG2016 7) ； Thc Key Scientific Research projects of Henan Higher Education Institutions (18A470014) ； Doctoral Fund of Henan Polytechnic Uni­ versity (B2017 - 20) ； Thc Youth Backbone Teacher Project of Henan Polytechnic University (2019XQG -17) 作者简介：王福忠(1961 -),男，博士，教授,博士生导师％研究 方向：电力系统优化与控制、人工智能控制、智能信息处理与故 障诊断％李润宇(1995 -),男，硕士研究生％研究方向：电力系 统优化与控制、微电网运行与控制％
数以及约束条件，
不同的数学优化方法优化
调的调
％
[8]基于多目 子群算法去
优化
的数学模型。
[9 ]
于大量分体式空调 的聚类分组方法及
了适用 控
制(Direct Load Control, DLC)分组轮控动态优化方法,
Hale Waihona Puke 使空调力与调度计划更加 ％
了一种 预测模糊控制策略，
[10 ]提 率
58
http：//journal. xidi+n- edu.匸*
摘要随着空调在各类建筑中的普及使用，空调负荷已成为影响区域电网稳定运行的重要因素，如果不加以调控，
将会影响
的正常用电。基于此，文中在空
的架构基础上，提出了一种自适应模糊PI三闭环
控制策略。该方法将空
和模
相结合，通过形成三闭环PI控制对空
进行柔性调控。文中搭建仿真
模型来验证该策略的可行性％仿真结果表明，该调控方法的控制精度可达到近99%,为精确控制负荷提供了一种新方法。
绕组等效电感，'-$ 2('-\);6是反电势系数;'是
C 电机角 ； j是电磁 常数。
式(2)进行拉氏变换整 可得无刷直流电机 即空调模型的传递函数。
( =($)$ ^(5)$
—Cj—66
H 5 '-_ + 厂-_ + CeCj
(3)
2.3自适应模糊控制
研究中的模糊自适应算法主要用于
的
, 进行PI参数整定。
在的区
电网等效为
控制系统的基础上，建 调内
的无
电机模型，通过模糊自适应算法对PI控
制器 数进行整 调整，使得系统控制精 升
99%， 可以更加稳定且
调 进行
柔性调控。
1多级调控模式架构
主要研究 控制层，将调 群作的空
调 作为被控 ， 过 计 适应模糊 PI 控制器
控制设备的通断作为控制逻辑代替人工操作。调控思
王福忠，等：电力需求侧空调负荷柔性调控策略研究
谜3幷孩
EeecioonocScoenceand Technoeogy
恢复高峰，
减 耗的目的。但
控制
精 待 ，且
没有在实际中进行试点应
%
(11)
了一种基于混合整数 规划
(Mixed Integer Linear Programming, MILP)的方法来调
需求侧管 的重要 。空调 在 产业和居
电中一着很大的比重。由于调
,使已成为
峰谷拉大的主要原
[1'2]o若
调
不加以调控，
电网的稳
定运行产生较大的 ％
目前，关于空调 的调控策略的相关研究大多
集中在顶层电网的调峰调度架构设计和优化调 -
面。
[3~4 ]过电价引导 调 进行调控。
[5~7 ]建 了不同的空调 调度模型、目 函
$ 0 K 0 h +( — d h + L
-H- -0 0 K- -i-
-i- -L；-
(1 )
) ) ) 式中,H-、H、H为定子绕组相电压； -、 、 c为定子绕组
相电流；L-、L、Lc为定子相绕组反向电动势;'、\、K分
别为绕组自感、绕组间互感和绕组电阻。
电磁
程和机械
程，在空载情况下，
可得
式中,H是电枢电压；X-是绕组线电阻，厂-$ 2K；'-是
2021年第34卷第8期
Electronic Sci. & Tech. /Auy. 15,2021
电力需求侧空调负荷柔性调控策略研究
王福忠1,李润宇1,张宏伟2,郭江震1,张 丽1
(1.河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454000；2,国网山西省电力公司翼城县供电公司，山西翼城043500)
目前，该调控策略已在某大学进行了实
，为将来柔性调控技术的
理
和实 考。
关键词 空
'模 自适应控制； 环PI控制；柔性调控；需求响应
中图分类号 TP273 文献标识码 A 文章编号1007 -7820(2021)08 -058 -06
doi： 10. 16180/j. cnki. issn1007 -7820. 2021. 08. 010
主 除 优先级用电 的限制，选择性进行柔
性调控。
2模糊三闭环控制系统设计
2.1控制系统模型
调 进行控制时，通过控制空调的电机来
调 的调控。控制系统原理如图2所示。
在该系统
3个控制 ，
分别 一
(电 )、
(
)、
(
)，
串联 校正的原理。
电管理系统
或
电
， 台或变压器之后的配电 、柔
分级
管
、
控制器的特点， 分、分类、分
法 了传统PI
控制精 以及模糊控制强适应性的优点(18一20)。设
计过程为：
(1) 将预
与实际负荷的差e以及其变化率
co作为该控制器的输入； (2) 控制器输入量
的分别为/0,0. 01,
0. 02 0、/ 0,1.5 5 1012,3 5 1012 0,输出变量为 &E 和
△E。其中，&e的论域定义为/ 0,100, 200 0，&e的论
图2基于模糊三闭环PI控制原理图 Fifure 2. Three - closed 一 loop PI control diagram based on
fuzzy tuning parameters
控制 (14) ， 过
的模糊控制器得
当前的 ；
调 之 的 量作为电
的给定量;电
给定的量与安装在电机内
的霍尔反馈量的
可中断的空调 ％
法
了系统的运行
率，但
时数据带来的预测不
，使果的
精
待 ％以
没
调
计
精确的调控 ％
(12)
了
法整定比例积分微分控制器的参数的空调
子群算 控制方
法，但
法属于
控制，其跟踪精度还有很
大的
间。
， 基于空调
、温
规律性强、需求响应 等特点，以
调 作为被控 ， 面需求响应的空调负
柔性控制策略。本研究在考虑将空调
(1. School of Electrical EngineeVny and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000 , China； 2. Yicheny Power Supply Company, State GVd Shanxi Electric Power Company, Yicheny 043500 , China) Abstrah With the widespread use of air conditioning in various buildings, air conditioning load has become an impoVant factor affecting the stable operation of regional power grids. If air conditioning load is not regulated, it will affect the normal electricity consumption of the entire area. Based on this, this study proposes an adaptive fuzzy PI three 一 closed 一 loop control strategy based on the framework of layered regulation of air - conditioning load areas. The method combines air - conditioning load information and fuzzy control, and flexibly regulates air - conditioning loads by forming a three 一 closed 一 loop PI conWol, and establishes a simulation model to vefb the feasibility of the strategy. The simulation results show that the control accuracy of the control method can reach nearly 99% , which provides a new method for precise load control. The control strategy has been applied in a university, providing theooticai support and practical reference for the future promotion of Iexible control technology. Keywords air conditioning load ； fuzzy adaptive control ； three 一 closed - loop PI control ； Iexible control ； dvmand espons)
为/0,1 /3 5 103,1 5 103 0 % 入 4 个变量
模糊集都定义为/Z,P, + 0，其中Z代表零,P代表正，+