徐 科，徐 晶，李 娟，張雪菲

（1.國網(wǎng)天津市電力公司，天津 300300；2.國網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，天津 300317）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)能源的利用與消耗不斷增加。常規(guī)火電不僅需要消耗大量化石能源，同時(shí)也將排放出大量有毒有害物質(zhì)，由此引發(fā)的能源危機(jī)與環(huán)境危機(jī)對(duì)人類形成了巨大挑戰(zhàn)[1]。為應(yīng)對(duì)上述危機(jī)，一方面，風(fēng)光等可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量不斷攀升，實(shí)現(xiàn)了對(duì)部分傳統(tǒng)燃煤火力發(fā)電廠的替代；另一方面，各國政府對(duì)電能替代設(shè)備的發(fā)展給予充分鼓勵(lì)與支持，降低了人類對(duì)石油煤炭等化石能源的消耗。我國的可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。截至2019年底，我國可再生能源發(fā)電的累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)到794 GW，約占全國發(fā)電總裝機(jī)容量39.5%[2]。風(fēng)電作為可再生能源發(fā)電的重要組成部分，近幾年發(fā)展尤為迅速，根據(jù)“十三五規(guī)劃”，預(yù)計(jì)到2020年我國風(fēng)電的總裝機(jī)容量將達(dá)到210 GW[3]。全球其他國家也同樣注重可再生能源電力的發(fā)展。如英國計(jì)劃到2020年整個(gè)大不列顛電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到約100 GW，其中風(fēng)電裝機(jī)容量約占1/3[4]。

可再生能源發(fā)電出力具有明顯間歇性[5]，大規(guī)模并網(wǎng)易引發(fā)系統(tǒng)頻率波動(dòng)，帶來重大安全隱患[6]。如英國電網(wǎng)在2019年由于頻率降低導(dǎo)致大量風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，低頻減載操作造成大量負(fù)荷切除，引發(fā)了大面積停電。究其原因，在于可再生能源發(fā)電采用電力電子接口，出力大小通常與系統(tǒng)頻率解耦，不具有傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的頻率支撐能力，降低了系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[7-8]。為此，部分發(fā)電廠提供了有償?shù)恼{(diào)頻服務(wù)[9]，通過調(diào)整機(jī)組出力，以維持系統(tǒng)功率平衡，然而該方法受爬坡率限制，且調(diào)節(jié)成本高，無法滿足含大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電的電力系統(tǒng)調(diào)頻需求[10]。有研究利用蓄電池等提供旋轉(zhuǎn)備用來抑制頻率波動(dòng)[11]，但其價(jià)格依然較高，無法大規(guī)模推廣應(yīng)用[12]。未來隨著5G等通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為大規(guī)模可控負(fù)荷參與需求側(cè)響應(yīng)提供了契機(jī)[13]。為此有研究建議對(duì)暖通負(fù)荷TCLs（thermostatically controlled loads）等進(jìn)行靈活控制，優(yōu)化其功率需求，為系統(tǒng)提供調(diào)頻服務(wù)[14-15]。

暖通負(fù)荷建模是剖析其頻率響應(yīng)機(jī)制的前提。目前對(duì)其建模主要有兩種思路。一是通過負(fù)荷辨識(shí)與預(yù)測，對(duì)暖通負(fù)荷集群進(jìn)行整體建模，如考慮暖通負(fù)荷對(duì)環(huán)境溫度的敏感性[16]，從模型預(yù)測的角度提出一種結(jié)合模糊線性回歸和指數(shù)平滑的暖通負(fù)荷建模方法；基于人體舒適度與空調(diào)參數(shù)等概念用數(shù)學(xué)模型描述暖通負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性[17]；文獻(xiàn)[18]考慮短期空調(diào)負(fù)荷預(yù)測中氣象因素對(duì)暖通負(fù)荷的影響，在建模過程中補(bǔ)充了針對(duì)氣象環(huán)境等因素的修正參數(shù)。根據(jù)“自上而下”的思路進(jìn)行建模，一般得到的是暖通負(fù)荷集群整體模型，不適合用于研究頻率控制策略對(duì)集群內(nèi)部各負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的影響。因此很多專家學(xué)者采用“自下而上”的建模方法[19]，在考慮暖通負(fù)荷設(shè)備的運(yùn)行機(jī)理、熱力學(xué)動(dòng)態(tài)特性、用戶使用需求等各方面的因素的基礎(chǔ)上，對(duì)單體暖通負(fù)荷設(shè)備進(jìn)行建模，在此基礎(chǔ)上研究暖通負(fù)荷聚合后的集群動(dòng)態(tài)特性，目前在應(yīng)用暖通負(fù)荷進(jìn)行頻率控制的研究中，主要應(yīng)用等值熱力學(xué)參數(shù)ETP（equivalent thermal parameter）模型來描述單體暖通負(fù)荷的溫度動(dòng)態(tài)過程[20]。

暖通負(fù)荷參與頻率響應(yīng)的控制算法也分為集中式控制與分散式控制兩種。在暖通負(fù)荷的集中式控制算法中，學(xué)者提出了經(jīng)典的狀態(tài)序列SQ（state queueing）控制算法[21]，該算法通過調(diào)節(jié)溫度舒適設(shè)定值控制負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，從而使得暖通負(fù)荷集群能夠參與頻率響應(yīng)，根據(jù)SQ算法衍生的相關(guān)算法有基于?？?普朗克方程的舒適約束控制算法、辨識(shí)控制算法等[22-23]。文獻(xiàn)[24]提出了一種基于溫度狀態(tài)優(yōu)先列表的暖通空調(diào)控制策略，綜合考慮了用戶舒適度與溫度狀態(tài)等因素，輔助電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。文獻(xiàn)[25]針對(duì)用戶需求差異性，提出了一種基于溫度調(diào)節(jié)裕度的暖通負(fù)荷集中式雙層優(yōu)化模型，能夠在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功響應(yīng)的前提下，實(shí)現(xiàn)能源代理商利潤最大化。文獻(xiàn)[26]應(yīng)用蒙特卡洛模擬抽樣法確定模型參數(shù)歸一化因子，基于模糊擴(kuò)展的極大極小法提出負(fù)荷頻率控制優(yōu)化算法。還有學(xué)者提出暖通負(fù)荷集群緊急控制策略，綜合考慮暖通負(fù)荷參與需求側(cè)響應(yīng)時(shí)的功率反彈問題，以解決暖通負(fù)荷響應(yīng)后出現(xiàn)的負(fù)荷總功率大幅振蕩現(xiàn)象[27]。

分散式控制算法能夠充分發(fā)揮暖通負(fù)荷的快速響應(yīng)特性。文獻(xiàn)[28]應(yīng)用單體熱負(fù)荷模型來模擬多個(gè)熱泵的溫度變化過程，提出了一種暖通負(fù)荷的分散式動(dòng)態(tài)控制算法，建立了建筑物內(nèi)部溫度與系統(tǒng)頻率之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，使熱泵能夠根據(jù)系統(tǒng)頻率自發(fā)改變其功率消耗。文獻(xiàn)[29]提出了一種適用于家居型暖通負(fù)荷的變參與度需求側(cè)分散控制策略，通過引入與頻率偏離量幅度成正比的用戶參與度，使設(shè)備根據(jù)頻率信號(hào)迅速改變自身功率狀態(tài)，以協(xié)同儲(chǔ)能單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率控制提高了用戶參與頻率調(diào)節(jié)的積極性。

由于分散式控制下的可控負(fù)荷自發(fā)進(jìn)行功率調(diào)整，各負(fù)荷無法得知其他負(fù)荷的功率狀態(tài)，整個(gè)控制過程缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，因此分散式控制策略難以在系統(tǒng)層面達(dá)到最佳控制效果。同時(shí)考慮實(shí)現(xiàn)可控負(fù)荷的高精度分散式控制所需成本較高，目前對(duì)分散控制算法的應(yīng)用仍主要集中在研究領(lǐng)域。與分散式控制策略相比，集中式控制下的可控負(fù)荷集群往往通過一個(gè)頻率控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)所有可控負(fù)荷的信息采集，并統(tǒng)一下發(fā)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)特定符號(hào)功率狀態(tài)的精準(zhǔn)調(diào)整，控制過程能夠根據(jù)用戶需求偏好等因素調(diào)整決策。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)不同可控負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制更適合采用集中式控制方法。為此，本文研究了基于暖通負(fù)荷集群的頻率響應(yīng)控制，采用能為建筑提供采暖所需熱水的熱泵作為可控負(fù)荷參與需求側(cè)響應(yīng)，為系統(tǒng)提供頻率調(diào)節(jié)服務(wù)。主要內(nèi)容包括：通過等值熱力學(xué)參數(shù)模型來描述熱泵的控制溫度動(dòng)態(tài)過程，根據(jù)用戶的舒適溫度范圍確定單體熱泵的可控域，用于判斷熱泵是否能參與調(diào)頻，同時(shí)保證熱泵工作過程中的控制溫度滿足用戶需求，在此基礎(chǔ)上形成了暖通負(fù)荷集群的頻率調(diào)節(jié)架構(gòu)，對(duì)集群頻率調(diào)節(jié)能力進(jìn)行量化；然后通過定義熱泵的溫度狀態(tài)SOT（state of temperature）參數(shù)與響應(yīng)時(shí)間裕度作為頻率控制參數(shù)，確定熱泵的狀態(tài)切換順序列表，進(jìn)而提出基于暖通負(fù)荷狀態(tài)切換順序的系統(tǒng)頻率控制策略。

1 暖通負(fù)荷等值熱力學(xué)模型

電采暖熱泵通過驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)為建筑屋供熱，當(dāng)采暖熱泵打開時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，使得室內(nèi)溫度上升；當(dāng)熱泵被關(guān)閉時(shí)，熱泵停止供熱，不消耗電能，建筑物內(nèi)儲(chǔ)存熱量慢慢流失，導(dǎo)致室內(nèi)溫度下降。

單個(gè)熱泵熱力學(xué)模型如圖1所示，使用等值熱力學(xué)參數(shù)（ETP）模型來描述熱泵的動(dòng)態(tài)熱力學(xué)過程[29]。

圖1 單個(gè)熱泵熱力學(xué)模型Fig.1 Thermal model of single heat pump

流入建筑物的熱量通過與ETP模型耦合的恒溫控制熱泵裝置提供，由此可得ETP模型的二階微分方程為

式中：Tin為室內(nèi)空氣溫度；Tm為室內(nèi)物質(zhì)溫度；T0為室外環(huán)境溫度；Q為熱泵的熱比率；R2為室內(nèi)物質(zhì)熱阻；R1為室內(nèi)空氣熱阻；Ca為室內(nèi)空氣熱容；Cm為室內(nèi)物質(zhì)熱容；u為T0和Q組成的向量。

工程中，為了便于仿真分析，可對(duì)式（1）中ETP模型進(jìn)一步簡化，所得式（2）、（3）分別反映了熱泵關(guān)閉和開啟時(shí)的熱泵回水溫度的變化。利用簡化的ETP模型描述的熱泵溫度變化過程如圖2所示，為用戶設(shè)定的目標(biāo)溫度，即最舒適溫度；與分別為用戶舒適溫度范圍的最大值與最小值。

圖2 單體熱泵動(dòng)態(tài)過程Fig.2 Dynamic process of single heat pump

2 暖通負(fù)荷集群頻率調(diào)節(jié)架構(gòu)及調(diào)節(jié)能力量化

2.1 暖通負(fù)荷集群頻率調(diào)節(jié)架構(gòu)

如圖3所示，暖通負(fù)荷集群的頻率調(diào)節(jié)架構(gòu)主要由集群響應(yīng)控制中心與熱泵負(fù)荷兩部分構(gòu)成。可通過光纖等通信設(shè)備將熱泵與集群響應(yīng)控制中心連接，實(shí)現(xiàn)信息的雙向?qū)崟r(shí)傳遞。

圖3 暖通空調(diào)負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)架構(gòu)Fig.3 Frequency regulation architecture of HVAC load

單體熱泵的動(dòng)態(tài)熱力學(xué)過程可應(yīng)用ETP模型來描述，該模型考慮了熱泵用戶的舒適溫度范圍需求。通過ETP模型可以構(gòu)建單體熱泵的可控域，用于判斷熱泵是否能參與頻率調(diào)節(jié)。當(dāng)暖通負(fù)荷集群接收到調(diào)頻響應(yīng)需求DP后，暖通負(fù)荷集群響應(yīng)控制中心根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的熱泵工作狀態(tài)，得到熱泵的溫度狀態(tài)參數(shù)與響應(yīng)時(shí)間裕度，進(jìn)而確定熱泵集群的狀態(tài)切換順序。在頻率控制策略的指導(dǎo)下，集群響應(yīng)控制中心根據(jù)狀態(tài)切換順序改變特定熱泵的運(yùn)行狀態(tài)，使得暖通負(fù)荷集群的總功率變化量(DPHP-all)等于DP，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)頻率的有效控制。

2.2 暖通負(fù)荷集群響應(yīng)邊界與頻率調(diào)節(jié)能力量化

利用暖通負(fù)荷實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)本質(zhì)上是通過切換熱泵的運(yùn)行狀態(tài)來改變負(fù)荷集群總功率，從而平衡系統(tǒng)的發(fā)電量與用電量，因此使用功率調(diào)節(jié)裕度來描述暖通負(fù)荷集群的頻率調(diào)節(jié)能力。

3 基于暖通負(fù)荷集群的系統(tǒng)頻率控制策略

3.1 暖通負(fù)荷頻率控制參數(shù)定義

2）響應(yīng)時(shí)間裕度

因熱泵在不受控情況下通常1 h內(nèi)可完成至少一次開關(guān)狀態(tài)循環(huán)，不考慮極端地理氣候條件，我國北方冬季一日24 h內(nèi)最大溫差通常在10℃以內(nèi)，因此在計(jì)算熱泵的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間過程中，考慮熱泵的分鐘級(jí)響應(yīng)尺度，可認(rèn)為外界環(huán)境溫度保持不變或變化程度對(duì)溫度改變速度影響不大。因此對(duì)于t時(shí)刻的熱泵回水溫度，如果熱泵一直保持制熱狀態(tài)，則熱泵從此時(shí)開始到觸碰溫度上邊界所需的時(shí)間為

3）狀態(tài)切換順序

頻率控制策略根據(jù)狀態(tài)切換順序決定需要調(diào)頻時(shí)控制具體哪些熱泵?？紤]熱泵用戶的舒適度由溫度決定，因此熱泵的狀態(tài)切換順序主要根據(jù)熱泵SOT的值大小決定；遇到SOT值相同的熱泵時(shí)，響應(yīng)時(shí)間裕度用于輔助決定狀態(tài)切換順序，在該過程中需考慮熱泵SOT與其目標(biāo)值的關(guān)系、熱泵自身運(yùn)行狀態(tài)。

將所有開啟的可控?zé)岜玫陌碨OT的值降序排列，排序過程中，當(dāng)遇到SOT值相同的熱泵時(shí)，如果SOT值小于它們的目標(biāo)值，則按照的值降序排列；如果SOT值大于它們的目標(biāo)值，則按照的值升序排列，最終得到開啟熱泵的狀態(tài)切換順序To。將所有關(guān)閉的可控?zé)岜冒碨OT值升序排列排序過程中，當(dāng)遇到SOT值相同的熱泵時(shí)，如果SOT值小于它們的目標(biāo)值，則按照的值升序排列；如果SOT值大于它們的目標(biāo)值，則按照的值降序排列，最終得到關(guān)閉熱泵的狀態(tài)切換順序Tf。所得到狀態(tài)切換順序?yàn)?/p>

式中：NHP1是開啟的可控?zé)岜脭?shù)量；om是列表To中第m個(gè)熱泵編號(hào)；NHP2是關(guān)閉的可控?zé)岜脭?shù)量；fn是列表Tf中第n個(gè)熱泵編號(hào)。To與Tf滿足以下約束：

3.2 基于狀態(tài)切換順序的頻率控制策略

當(dāng)暖通負(fù)荷集群接收到調(diào)頻響應(yīng)需求DP后，控制中心根據(jù)狀態(tài)切換順序改變特定熱泵的開關(guān)狀態(tài)，使得跟蹤DP?；跔顟B(tài)切換順序的系統(tǒng)頻率控制策略考慮了單體熱泵的響應(yīng)容量，盡量避免控制溫度觸及可控域的上下邊界；采用集中式控制模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱泵的精確控制；當(dāng)響應(yīng)需求不超出熱泵集群的頻率調(diào)節(jié)能力時(shí)，只控制部分熱泵切換開關(guān)狀態(tài)，不需要改變所有熱泵的功率，對(duì)負(fù)荷多樣性影響最小。

通過狀態(tài)切換順序，將開啟與關(guān)閉的熱泵分成了兩組。當(dāng)需要關(guān)閉熱泵時(shí)，處于To越靠前的熱泵越優(yōu)先被關(guān)閉；同理，當(dāng)需要打開一些熱泵增加負(fù)荷功率消耗時(shí)，在Tf中位置越靠前的熱泵越優(yōu)先開啟。如圖4所示，當(dāng)DP小于0時(shí)，熱泵的總功率需下降，此時(shí)如果，即響應(yīng)需求未超出暖通負(fù)荷集群的頻率調(diào)節(jié)能力，則將開啟的可控?zé)岜冒凑誘o中的順序依次關(guān)閉，關(guān)閉的可控?zé)岜脭?shù)量(Non,off)應(yīng)滿足

圖4 熱泵的狀態(tài)序列模型Fig.4 State queueing model of heat pump

4 算例分析

4.1 仿真模型

為了驗(yàn)證基于暖通負(fù)荷狀態(tài)切換順序的系統(tǒng)頻率控制策略的有效性，應(yīng)用含大規(guī)模風(fēng)電接入的簡化電力系統(tǒng)模型進(jìn)行算例仿真。系統(tǒng)模型如圖5所示，對(duì)應(yīng)參數(shù)如表1所示。其中：Δf為相比基準(zhǔn)頻率(本文取50 Hz)標(biāo)準(zhǔn)值的偏差量；Req為發(fā)電機(jī)調(diào)速器的下降率；Heq為系統(tǒng)總慣性常數(shù)；D為系統(tǒng)總載阻尼系數(shù)；TG為調(diào)速器的時(shí)間常數(shù)；T1、T2為調(diào)速器與渦輪機(jī)之間傳遞函數(shù)時(shí)間常數(shù)；TT為渦輪機(jī)時(shí)間常數(shù)；THP為暖通負(fù)荷集群的響應(yīng)時(shí)間常數(shù)；ΔPwind為風(fēng)電廠出力變化量；ΔPm為傳統(tǒng)發(fā)電廠出力變化量。風(fēng)力發(fā)電廠出力曲線如圖6所示。模型中一共包含2.2×105個(gè)電熱泵設(shè)備，熱泵的負(fù)荷參數(shù)如表2所示。

圖5 含大規(guī)模熱泵接入的簡化電力系統(tǒng)模型Fig.5 Simplified power system model connected with large-scale heat pump

圖6 風(fēng)電出力Fig.6 Wind power output

表1 簡化電力系統(tǒng)模型參數(shù)Tab.1 Parameters of simplified power system model

表2 熱泵負(fù)荷參數(shù)Tab.2 Parameters of heat pump load

本節(jié)采用蒙特卡洛抽樣法確定了熱泵集群的初始溫度狀態(tài)。為了對(duì)比熱泵是否參與需求側(cè)響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)頻率的影響，仿真一共進(jìn)行了兩次，兩組場景應(yīng)用了相同的ETP模型對(duì)熱泵進(jìn)行仿真，除了是否對(duì)暖通負(fù)荷集群應(yīng)用集中式控制策略外，其他仿真條件完全一致。

場景1：熱泵在所提出控制策略的指導(dǎo)下參與需求側(cè)響應(yīng)，使得熱泵總功率隨DP的波動(dòng)而變化。

場景2：熱泵不受控制策略約束，不參與需求側(cè)響應(yīng)，處于普通工作模式，每次熱泵開啟后直到溫度上升到舒適溫度范圍的上邊界才關(guān)閉，關(guān)閉后直到溫度下降到舒適溫度的下邊界再開啟。

4.2 仿真結(jié)果及分析

兩組場景下的系統(tǒng)頻率與熱泵總功率變化情況如圖7與圖8所示。

圖7 系統(tǒng)頻率變化情況Fig.7 Variations in system frequency

圖8 熱泵集群總功率Fig.8 Total power of heat pump cluster

由圖8可知，場景1中的熱泵在系統(tǒng)頻率控制策略的指導(dǎo)下，其總功率能隨著DP的波動(dòng)而實(shí)時(shí)變化，從而有效消納了系統(tǒng)有功失衡，維護(hù)了系統(tǒng)頻率穩(wěn)定；而場景2中的熱泵由于都處于普通工作模式，對(duì)于系統(tǒng)頻率變化呈不響應(yīng)狀態(tài)，熱泵總功率不隨風(fēng)電出力而變化，導(dǎo)致圖7中場景2中情景下的系統(tǒng)頻率有明顯的波動(dòng)，系統(tǒng)頻率超出規(guī)定的穩(wěn)定范圍。

熱泵集群在場景1中的總功率調(diào)節(jié)裕度如圖9所示。由于熱泵的負(fù)荷總功率上調(diào)裕度與下調(diào)裕度的數(shù)值始終不為0，集群能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供調(diào)頻所需的旋轉(zhuǎn)備容量，可隨時(shí)根據(jù)風(fēng)電出力變化情況調(diào)整負(fù)荷總功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)頻率的有效調(diào)節(jié)。

圖9 場景1中熱泵集群的負(fù)荷總功率調(diào)節(jié)裕度Fig.9 Total power regulation margin of heat pump cluster load in Scenario 1

場景1與場景2中的熱泵控制溫度變化情況如圖10所示，兩組場景中熱泵控制溫度隨時(shí)間不斷變化。由圖10（a）可知，場景1中的熱泵由于受集群響應(yīng)中心的集中式控制，在運(yùn)行過程中部分溫度曲線的變化趨勢逐漸一致，出現(xiàn)趨同效應(yīng)；而圖10（b）中場景2中的熱泵不參與調(diào)頻響應(yīng)，其狀態(tài)切換只取決于是否觸碰可控域邊界，缺乏統(tǒng)一的規(guī)律，溫度曲線相比場景1中的更為發(fā)散；此外由于可控域的約束，無論熱泵是否參與頻率調(diào)節(jié)其溫度都沒有超出舒適溫度范圍，滿足了用戶的需求。

值得注意的是，從圖10可看到相比不參與調(diào)頻的熱泵設(shè)備，場景1中的熱泵設(shè)備溫度曲線整體更靠近可控域的上邊界，因此趨同效應(yīng)的可能使大量熱泵設(shè)備的控制溫度同時(shí)觸碰可控域的上邊界或下邊界，使得這些設(shè)備同時(shí)被強(qiáng)制切換工作狀態(tài)，改變負(fù)荷總功率，對(duì)系統(tǒng)頻率造成二次的沖擊。因此需考慮應(yīng)用電動(dòng)汽車與暖通負(fù)荷的頻率協(xié)調(diào)控制策略，使得兩種可控負(fù)荷能同時(shí)參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，減輕只有一種可控負(fù)荷參與響應(yīng)時(shí)的頻率調(diào)節(jié)壓力，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力，維護(hù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖10 熱泵溫度Fig.10 Temperature of heat pump

5 結(jié)論

本文提出了基于暖通負(fù)荷狀態(tài)切換的系統(tǒng)頻率控制策略。利用ETP模型描述熱泵溫度變化過程，考慮用戶溫度需求，構(gòu)建了熱泵調(diào)頻可控域，形成了暖通集群負(fù)荷的調(diào)頻架構(gòu)，并對(duì)集群負(fù)荷調(diào)頻能力進(jìn)行了量化；進(jìn)而，利用SOT來描述熱泵控制溫度在可控域內(nèi)的相對(duì)位置，基于SOT與響應(yīng)時(shí)間裕度來綜合確定熱泵最優(yōu)狀態(tài)切換順序。案例仿真得到如下結(jié)論。

（1）通過本文頻率控制策略，集群的響應(yīng)控制中心能控制熱泵改變運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)頻率的有效控制。所提出的頻率控制策略考慮了暖通負(fù)荷數(shù)量與調(diào)頻能力的實(shí)時(shí)變化，避免了熱泵觸碰可控域的邊界，同時(shí)保證了控制溫度始終在舒適溫度范圍內(nèi)，滿足了用戶需求。

（2）值得注意的是，當(dāng)熱泵集群中各可控負(fù)荷的響應(yīng)特性較為接近時(shí)，相比較不參與需求側(cè)響應(yīng)的熱泵，受控于頻率控制策略的熱泵集群其內(nèi)部各負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)趨同效應(yīng)，可能造成大量熱泵同時(shí)觸碰可控域的邊界而強(qiáng)制改變運(yùn)行狀態(tài)，造成對(duì)系統(tǒng)頻率的二次擾動(dòng)。

為此未來研究應(yīng)考慮引入基于多種可控負(fù)荷的系統(tǒng)頻率協(xié)調(diào)控制，提升需求側(cè)可控負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)能力，共同維護(hù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。