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基于模型预测控制的逆变器空调有功/无功功率调节以改善配电网电压质量
Model Predictive Control-Based Active/Reactive Power Regulation of Inverter Air Conditioners for Improving Voltage Quality of Distribution Systems
| 作者 | Lunshu Chen · Hongxun Hui |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 分布式系统电压 需求响应 变频空调 两阶段控制方法 电压波动改善 |
语言:
中文摘要
由于可再生能源发电的间歇性和不确定性不断增加,配电系统的电压波动更为频繁。为应对大量突发的电压问题,需要建立更多的运行备用。与发电机等传统调节资源相比,通过调节需求侧资源用电量实现的需求响应正受到更多关注。在需求侧,变频空调(IAC)的耗电量占比较高,具有巨大的调节潜力。然而,对大规模变频空调进行控制仍是一项重大挑战。传统控制方法仅考虑有功功率,未考虑压缩机有功和无功功率相结合的复杂特性。为解决这一问题,本文提出一种考虑系统电压质量的两阶段方法。第一阶段利用光伏运行备用来将系统电压维持在安全范围内。第二阶段是在电压偏差较为严重的情况下,基于模型预测控制对变频空调的有功功率和无功功率进行调节。最后,进行了含实际变频空调的硬件在环实验,以验证所提方法的有效性。与传统方法相比,所提方法使电压波动改善了23.45%。实验结果表明,所提方法能够有效将配电系统电压维持在允许范围内。
English Abstract
The distribution system's voltage has more fluctuations due to the increasing intermittent and uncertain generation of renewable energy sources. To deal with massive and abrupt voltage issues, more operating reserves should be established. Compared with traditional regulation resources from generators, demand response by regulating the power consumption of demand-side resources is getting greater attention. On the demand-side, inverter air conditioners (IACs) account for a high power consumption percentage and have huge regulation potential. However, it remains a significant challenge to control large-scale IACs. Traditional control methods only consider active power and do not consider the compressor's complex characteristics combining active and reactive power. To address this issue, this article proposes a two-stage method considering system voltage quality. The first stage is using the photovoltaics' operating reserve for maintaining the system voltage in the safe range. The second stage is under more serious voltage deviations to regulate IACs' active power and reactive power based on model predictive control. Finally, hardware-in-the-loop experiments with realistic IAC are conducted to verify the proposed method. The proposed method improves the voltage fluctuation by 23.45% compared to the traditional method. The experimental results demonstrate that the proposed method can effectively maintain the distribution system's voltage within the allowable range.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于模型预测控制的有源/无源功率协同调节技术具有重要的战略价值。论文提出的两阶段电压调控方法与我司光伏逆变器和储能系统的核心功能高度契合,为构建更智能的配电网调控解决方案提供了新思路。
该技术的核心价值在于将光伏逆变器的备用容量与需求侧资源(变频空调)进行协同调控。第一阶段利用光伏系统的运行备用维持电压稳定,这与我司逆变器的动态无功支撑功能天然匹配。当电压偏差加剧时,第二阶段引入需求侧响应,这为我司拓展"光伏+储能+负荷聚合"的综合能源管理平台提供了技术路径。23.45%的电压波动改善效果证明了该方法的实用性,这对于高比例新能源接入场景下的电能质量保障具有显著意义。
从技术成熟度评估,该方法已通过硬件在环实验验证,但大规模商业化应用仍面临挑战:一是需要建立跨品牌、跨设备的通信协议和数据接口标准;二是模型预测控制算法的实时性和鲁棒性需在复杂配电网环境下进一步验证;三是需要明确的商业模式和激励机制来整合海量分散的需求侧资源。
对阳光电源而言,这是一个重要的业务拓展机遇。建议将该技术整合到我司智慧能源管理系统中,开发具备"源-网-荷-储"协同调控能力的新一代智能逆变器和能量管理平台。同时可与空调制造商、电网公司建立生态合作,在工业园区、商业综合体等场景开展示范应用,抢占虚拟电厂和需求响应市场先机。