[發明專利]一種用于集群溫控負荷聚合商功率調控的聚合體功率分配模型及分布式一致性控制方法

有效

• 申請號: 202010008134.3
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN113078629B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 余洋;謝仁杰;從樂瑤;盧健斌;田夏
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/24;H02J3/38
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1.一種用于集群溫控負荷聚合商功率調控的聚合體功率分配模型及分布式一致性控制方法，首先建立計及用戶舒適性與公平性的溫控負荷(Thermostatically ControlledLoad，TCL)聚合體功率分配模型；假定每個用戶的舒適性標準是一致的，建立標準人體舒適度指數模型：

式中：C為人體舒適度指數，T_∞為當前室外溫度，T_C為當前室內溫度(TCL設定溫度)，R_H為相對濕度，V為風速(室內風速可忽略)，T_N為基準溫度，其隨地域不同略有變化；室內相對濕度受多種因素影響，在討論制冷型TCL工作過程中，相對濕度為定值，當室內溫度T_C為舒適溫度時取得最佳舒適度C_m；為了直觀表達群體用戶體驗，定義集群用戶平均舒適差數學模型：

式中：F為集群用戶平均舒適差，C_i為聚合集群用戶i當前的舒適度，N為集群溫控負荷數量；

為了衡量集群溫控負荷參加響應的公平性，在功率分配環節定義聚合體響應次數約束，n_i為第i個聚合體當日已參與調控的次數；設J為聚合體調控的用戶補貼價格，J_i為各聚合體調控的用戶補貼價格，聚合商可通過限制正常情況下每日聚合集群參與的調控總次數n_imax，確保聚合集群參與調控的公平性，當聚合集群當日參與調控次數達到上限，則退出當日的調控隊列，聚合商在匯集各聚合體的報價信息及各聚合體的調控功率P_i后，按最小調控成本原則分配調控功率，由此可以建立聚合體功率分配模型：

式中：m為聚合體集群參與調控的負荷總數；

然后，建立分布式一致性控制架構；根據分布式控制理論，設計分布式一致性控制架構，選擇各聚合體的功率輸出比例ξ作為一致性變量，即：

式中：P_n表示第n個聚合體的聚合輸出功率，P_MAXn表示第n個聚合體的聚合的最大功率；

為了加快聚合體狀態的收斂速度，在通信系統中加入一定數量的一致性跟蹤器，則改進的分布式一致性控制結構如下：

式中：β為收斂系數，z_i(t)為聚合體在t時刻的狀態，r_ij為網絡拓撲的鄰接矩陣R中的元素，G為跟蹤器通信矩陣，g_i為跟蹤器通信矩陣G中的元素，v為跟蹤器的狀態值；

最后，設計基于誤差補償的集群溫控負荷聚合體聚合功率的控制方法；建立溫集群控負荷的聚合模型，如下：

式中：X為狀態變量，代表的是處于每一個溫度區間中“開”或“關”狀態負荷的總數，Y(t)代表的是聚合體的總輸出功率，即所有處于開狀態負荷的功率之和，H為輸出矩陣；

狀態變量X可以描述為：

X(t)＝[x₁(t)，x₂(t)，…，x_q(t)]^T

狀態矩陣A可以描述為：

輸入矩陣B可以描述為：

輸出矩陣H為q維的向量，可以描述為：

H＝[0，…，0]_M，P/η…，P/η]_1×q

式中：η代表TCL的能量轉換效率，P代表TCL的等效功率，M代表溫度區間個數，q代表集群中TCL個數；

基于集群溫控負荷的聚合模型，結合改進分布式一致性控制架構，根據給定跟蹤目標功率P_i，推導出聚合體的控制量U(t)，即聚合體的聚合功率控制器：

式中：k_p為控制增益，e_p為功率跟蹤誤差，P_MAXi表示表示第i個聚合體的最大功率，為總不確定性的估計值；β_p和ε_p為常量，s_p為滑模面，sat為飽和函數。