基于时间触发机制的温控负荷集群综合惯性控制研究
周特1,2,3，周梦3，李继东4，周盛强5，李治1，韩杨3，张宁2*
（1. 天府永兴实验室新型电力系统研究中心；2．清华四川能源互联网研究院；3．电子科技大学机械与电气工程学院；4．国家电网有限公司；5．国网四川省电力公司广安供电公司）
本文发表在《全球能源互联网》2024年第3期上，欢迎点击品读。受天府永兴实验室有组织科研项目（2023CXXM13）和四川省重点研发计划项目（2021ZYCD007）资助。
文章导读
面对新型电力系统的低惯量趋势，规模庞大而位置分散的温控负荷在参与电力系统频率响应的同时，能够为电网提供虚拟惯量和一次调频支撑将是提升电网频率安全的新思路。为此，以集中-分布式调控框架下的温控负荷集群为研究对象，首先在详细分解控制层调控中心、协调层聚合商、响应层温控负荷终端三者在辅助调频过程中的采样、计算、控制、执行一系列实时任务的基础上，设计了事件触发与时间触发相结合的温控负荷集群终端异步响应机制，实现温控负荷集群功率遵从综合惯性控制律的效果。随后，对所提综合惯性控制下温控负荷集群参与调频的电力系统进行频率响应建模，并进一步利用改进劳斯近似实现系统降阶，从而获得系统频率响应关键特征的时域解析表达式。最后，通过仿真算例验证了所提基于时间触发机制的温控负荷集群综合惯性控制的有效性，并分析了采用改进劳斯近似对系统模型降阶的可行性。
文章亮点
01
本文针对集中-分布式控制架构下基于离散频率采样的传统附加频率控制，提出事件触发与时间触发结合的温控负荷集群综合惯性控制策略。
02
所提综合惯性控制策略能够近似实现温控负荷集群功率的连续调节，集群功率在离散采样控制时刻与采样控制周期内均遵从综合惯性控制律；并且能够采用传递函数描述温控负荷集群功率动态，便于融入传统电力系统频率响应模型。
主要内容
⬆ 图 1 集中-分布式调控架构下温控负荷集群附加频率响应控制示意
温控负荷集群附加频率响应控制为分层控制，顶层为集中调控中心，中间层为负荷聚合商，底层为温控负荷终端。底层温控负荷终端根据工作状态评估自身调节能力，并定期上传至中间层负荷聚合商；中间层负荷聚合商对所辖终端响应能力进行聚合获得集群调节能力，并定期上报至顶层集中调控中心；集中调控中心掌握负荷总调节能力，并依据远端实时电网频率信息做出负荷侧频率响应判断。
⬆ 图 2 温控负荷集群附加频率响应控制流程图
A）控制层：集群总功率响应指令计算与分解
A.1）电力系统遭受功率扰动后，远端测量装置处理得到扰动点频率信息，随即上传至控制层调控中心。
A.2）控制层调控中心经控制器计算获得本采样控制周期内的总功率调节指令。
A.3）调控中心基于各负荷聚合商调节能力按比例进行总功率调节指令的二次分配。
B）协调层：负荷终端功率指令计算
B.1）协调层根据接收到的功率调节指令计算对应终端数量。
B.2）协调层控制器根据所辖终端状态筛选出参与响应终端。
B.3）协调层控制器以广播方式向所筛选出的终端下达响应指令，并同步回传调控中心。
C）响应层：负荷终端执行功率响应
C.1）响应层经一定延时，接收到功率响应指令，随即负荷进入功率环控制实现指令响应。
本文引文信息
周特，周梦，李继东，等. 基于时间触发机制的温控负荷集群综合惯性控制研究[J]. 全球能源互联网，2024，7(3)：325-335.
ZHOU Te, ZHOU Meng, LI Jidong, et al. Synthetic inertia control strategy for thermostatically controlled load cluster integrating time-triggered mechanism [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2024, 7(3): 325-335(in Chinese).
作者简介
周 特
博士研究生，工程师
清华四川能源互联网研究院智慧城市能源系统实验室技术主管。入选天府英才计划，IEEE PES电力系统运行、规划与经济技术委员会（中国）PSOPE新兴技术分委会常务理事。主要从事低碳电力系统、需求侧主动频率响应等研究工作，E-mail：zhoute@tsinghua-eiri.org。
周 梦
博士研究生
研究方向为温控负荷附加频率响应控制，E-mail：zhoumengoctober@qq.com。
李 治
天府永兴实验室新型电力系统研究中心副主任、领军科学家，清华大学电气工程专业本/硕，美国华盛顿州立大学电气工程专业博士，IEEE高级会员。
2012年至2022年曾任美国橡树岭国家实验室博士后研究员、研究员。长期致力于输配电装备创新技术及智能化科研与成果转化。
韩 杨
电子科技大学机械与电气工程学院教授，博士生导师。
获四川省科技进步三等奖2项、国网四川省电力公司科技进步一等奖1项，2022年入选斯坦福大学“全球前2%顶尖科学家”终身科学影响力榜单。研究领域为新能源电力系统协调控制技术、智能电网分析与控制技术等，E-mail：hanyang@uestc.edu.cn。
张 宁
通信作者，清华大学电机系长聘副教授，博士生导师，清华四川能源互联网研究院智慧城市能源系统实验室主任。
入选教育部青年人才计划、中国科协青年托举计划、四川省青年人才计划。主要研究方向包括高比例可再生能源电力系统规划与运行、低碳电力技术、多能源系统等，E-mail：ningzhang@tsinghua.edu.cn。
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编辑：张宇
审核：周舟
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