Distributed Control Method for Air-conditioning Load Participating in Voltage Management of Distribution Network

Runji WU; Dongxiao WANG; Changhong XIE; C S LAI; Jiachang HUANG; L L LAI

doi:10.7500/AEPS20200512006

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Distributed Control Method for Air-conditioning Load Participating in Voltage Management of Distribution Network

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Distributed Control Method for Air-conditioning Load Participating in Voltage Management of Distribution Network
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 6, Pages: 215-222(2021)
- 作者机构：
  
  1.广东工业大学自动化学院，广东省广州市 510006
  2.澳大利亚市场监管运营商，墨尔本 3000，澳大利亚
  3.布鲁内尔大学电子与计算机工程系，伦敦 UB8 3PH，英国
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20200512006
  CLC：
- Received：12 May 2020，
  
  Revised：2020-08-21，
  
  Published Online：14 October 2020，
  
  Published：25 March 2021
- 稿件说明：
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吴润基,王冬骁,谢昌鸿等.空调负荷参与配电网电压管理的分布式控制方法[J].电力系统自动化,2021,45(6):215-222.

WU Runji,WANG Dongxiao,XIE Changhong,et al.Distributed Control Method for Air-conditioning Load Participating in Voltage Management of Distribution Network[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(6):215-222.
吴润基,王冬骁,谢昌鸿等.空调负荷参与配电网电压管理的分布式控制方法[J].电力系统自动化,2021,45(6):215-222. DOI： 10.7500/AEPS20200512006.

WU Runji,WANG Dongxiao,XIE Changhong,et al.Distributed Control Method for Air-conditioning Load Participating in Voltage Management of Distribution Network[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(6):215-222. DOI： 10.7500/AEPS20200512006.

摘要

配电网中空调负荷的规模随着生活水平的提高在快速增长，而带有空调的建筑具有热缓冲能力，使其具备了参与需求侧响应的价值。与此同时，分布式光伏发电在配电网中的渗透率也在逐步提高。光伏发电的波动对配电网电压稳定性造成了消极的影响。文中提出一种基于分布式趋同控制的方法，通过聚合商之间建立的有限通信链路对聚合空调负荷进行调度，以参与到配电网的电压管理中。其中，采用二维热工参数模形，从而更准确地计算带有空调的建筑热交换，使得用户的热舒适性需求得到保障。最后，基于改进的IEEE 15节点配电网算例分析验证所提控制策略的有效性和鲁棒性。

Abstract

The scale of air-conditioning load in the distribution network is rapidly increasing with the improvement of living level. Furthermore

the buildings equipped with air conditioners have the capability of thermal buffer

which makes it valuable for participating in demand-side response. In the meanwhile

the penetration rate of distributed photovoltaic (PV) power generation in the distribution network is gradually increasing. The fluctuations of PV power generation have a negative impact on the voltage stability of the distribution network. This paper proposes a distributed consensus-driven control method. The aggregated air-conditioning load is scheduled to participate in the voltage management of the distribution network through the limited communication links established between the aggregators. A two-dimensional thermal parameter model is adopted to calculate the thermal exchange of the buildings equipped with air conditioners more accurately to guarantee the thermal comfort requirement of users. Finally

the case studies are performed on a modified IEEE 15-bus distribution network to verify the effectiveness and robustness of the proposed control strategy.

关键词

Keywords

references

杨济如，石坤，崔秀清，等 . 需求响应下的变频空调群组削峰方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 24 ）： 44 - 56 .

YANG Jiru ， SHI Kun ， CUI Xiuqing ， et al . Peak load reduction method of inverter air-conditioning group under demand response ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 24 ）： 44 - 56 .

MALIK A ， HAGHDADI N ， MACGILL I ， et al . Appliance level data analysis of summer demand reduction potential from residential air conditioner control ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 235 ： 776 - 785 .

YI H ， HAJIESMAILI M H ， ZHANG Y ， et al . Impact of the uncertainty of distributed renewable generation on deregulated electricity supply chain ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2017 ， 9 （ 6 ）： 6183 - 6193 .

蔡永翔，唐巍，徐鸥洋，等 . 含高比例户用光伏的低压配电网电压控制研究综述［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 1 ）： 220 - 229 .

CAI Yongxiang ， TANG Wei ， XU Ouyang ， et al . Review of voltage control research in LV distribution network with high proportion of residential PVs ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 1 ）： 220 - 229 .

刘洪，徐正阳，葛少云，等 . 考虑储能调节的主动配电网有功—无功协调运行与电压控制［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 11 ）： 51 - 62 .

LIU Hong ， XU Zhengyang ， GE Shaoyun ， et al . Coordinated operation of active-reactive power and voltage control for active distribution network considering regulation of energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 11 ）： 51 - 62 .

乐健，周谦，王曹，等 . 基于分布式协同的配电网电压和功率优化控制方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 4 ）： 1249 - 1257 .

LE Jian ， ZHOU Qian ， WANG Cao ， et al . Research on voltage and power optimal control strategy of distribution network based on distributed collaborative principle ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 4 ）： 1249 - 1257 .

OTHMAN M M ， AHMED M H ， SALAMA M M A . A coordinated real-time voltage control approach for increasing the penetration of distributed generation ［J］. IEEE Systems Journal ， 2020 ， 14 （ 1 ）： 699 - 707 .

LAI C S ， MCCULLOCH M D . Levelized cost of electricity for solar photovoltaic and electrical energy storage ［J］. Applied Energy ， 2017 ， 190 ： 191 - 203 .

XU X ， LI J ， XU Z ， et al . Enhancing photovoltaic hosting capacity—a stochastic approach to optimal planning of static var compensator devices in distribution networks ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 238 ： 952 - 962 .

蔡永翔，唐巍，张璐，等 . 基于光伏逆变器无功调节的低压配电网多模式电压控制［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 13 ）： 133 - 141 .

CAI Yongxiang ， TANG Wei ， ZHANG Lu ， et al . Multi-mode voltage control in low distribution networks based on reactive power regulation of photovoltaic inverters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 13 ）： 133 - 141 .

SONG M ， GAO C ， YAN H ， et al . Thermal battery modeling of inverter air conditioning for demand response ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2017 ， 9 （ 6 ）： 5522 - 5534 .

ALHAIDER M ， FAN L . Planning energy storage and photovoltaic panels for demand response with heating ventilation and air conditioning systems ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2018 ， 14 （ 11 ）： 5029 - 5037 .

LUO F ， ZHAO J ， DONG Z Y ， et al . Optimal dispatch of air conditioner loads in southern China region by direct load control ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 7 （ 1 ）： 439 - 450 .

王怡岚，童亦斌，黄梅，等 . 基于需求侧响应的空调负荷虚拟储能模型研究［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 2 ）： 394 - 401 .

WANG Yilan ， TONG Yibin ， HUANG Mei ， et al . Research on virtual energy storage model of air conditioning loads based on demand response ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 2 ）： 394 - 401 .

郝金宝，张勇军，刘泽槐，等 . 基于空调负荷温差-功率特性的博弈分层优化调度［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 7 ）： 70 - 82 .

HAO Jinbao ， ZHANG Yongjun ， LIU Zehuai ， et al . Hierarchical game optimization scheduling based on temperature difference and power characteristics of air-conditioning load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 70 - 82 .

徐青山，杨辰星，颜庆国 . 计及规模化空调热平衡惯性的电力负荷日前削峰策略［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 1 ）： 156 - 163 .

XU Qingshan ， YANG Chenxing ， YAN Qingguo . Strategy of day-ahead power peak load shedding considering thermal equilibrium inertia of large-scale air conditioning loads ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 156 - 163 .

WU X ， WU R ， WANG D ， et al . Coordinated air conditioning resources scheduling with high photovoltaic penetrations ［C］// IEEE International Conference on Power System Technology （POWERCON）， November 6 - 8 ， 2018 ， Guangzhou， China： 2242 - 2248 .

WANG D ， WU R ， LI X ， et al . Two-stage optimal scheduling of air conditioning resources with high photovoltaic penetrations ［J］. Journal of Cleaner Production ， 2019 ， 241 ： 1 - 14 .

STASZCZUK A ， KUCZYNSKI T . The impact of floor thermal capacity on air temperature and energy consumption in buildings in temperate climate ［J］. Energy ， 2019 ， 181 ： 908 - 915 .

GAO X ， MENG K ， WANG D ， et al . Optimal wind turbine and air conditioner loads control in distribution networks through MILP approach ［C］// IEEE PES General Meeting ， July 17 - 21 ， 2016 ， Boston， USA： 1 - 5 .

WANG D ， MENG K ， GAO X ， et al . Optimal air-conditioning load control in distribution network with intermittent renewables ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2017 ， 5 （ 1 ）： 55 - 65 .

BALAN R ， COOPER J ， CHAO K ， et al . Parameter identification and model based predictive control of temperature inside a house ［J］. Energy and Buildings ， 2011 ， 43 （ 2 ）： 748 - 758 .

CHEN S ， CHEN Q ， XU Y ， et al . Strategic bidding and compensation mechanism for a load aggregator with direct thermostat control capabilities ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 3 ）： 2327 - 2336 .

IKEDA S ， OOKA R . Application of differential evolution-based constrained optimization methods to district energy optimization and comparison with dynamic programming ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 254 ： 1 - 8 .

倪伟，赵平 . 基于平均理论的高阶线性多智能体系统在切换拓扑下的趋同控制问题综述［J］. 系统科学与数学， 2015 ， 35 （ 10 ）： 1146 - 1160 .

NI Wei ， ZHAO Ping . Review on averaging-based consensus of high-order multi-agent linear systems ［J］. Journal of Systems Science and Mathematical Sciences ， 2015 ， 35 （ 10 ）： 1146 - 1160 .

ZHANG Z ， OCHOA L F ， VALVERDE G . A novel voltage sensitivity approach for the decentralized control of DG plants ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 1566 - 1576 .

李振坤，陈思宇，符杨，等 . 基于时序电压灵敏度的有源配电网储能优化配置［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 16 ）： 4630 - 4640 .

LI Zhenkun ， CHEN Siyu ， FU Yang ， et al . Optimal allocation of ESS in distribution network containing DG base on timing-voltage-sensitivity analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 16 ）： 4630 - 4640 .

ZHENG Y ， HILL D J ， SONG Y ， et al . Optimal electric spring allocation for risk-limiting voltage regulation in distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 273 - 283 .

国家气象信息中心 . 广东省广州市历史气象数据 2019 . 7 . 1 — 2019 . 8 . 1 ［EB/OL］.［ 2020-04-20 ］. http：//data.cma.cn/ http://data.cma.cn/ .

National Meteorological Information Center . Historical weather data of Guangzhou ， Guangdong Province 2019 . 7 . 1 — 2019 . 8 . 1 ［EB/OL］. ［ 2020-04-20 ］. http：//data.cma.cn/ http://data.cma.cn/ .

VIANA M S ， GIOVANNI M ， UDAETA M E M ， et al . Analysis of demand response and photovoltaic distributed generation as resources for power utility planning ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 217 ： 456 - 466 .

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