Dynamic Evaluation of Response Potential of Thermostatically Controlled Load Based on Parameter Identification and State Estimation

Yifeng CUI; Zhenguo LI; Qingquan JIA; Mengmeng REN; Jinqing YANG

doi:10.7500/AEPS20200629009

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Dynamic Evaluation of Response Potential of Thermostatically Controlled Load Based on Parameter Identification and State Estimation

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Dynamic Evaluation of Response Potential of Thermostatically Controlled Load Based on Parameter Identification and State Estimation
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 1, Pages: 150-158(2021)
- 作者机构：
  
  电力电子节能与传动控制河北省重点实验室（燕山大学），河北省秦皇岛市 066004
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China;Hebei Provincial Natural Science Foundation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200629009
  CLC：
- Received：29 June 2020，
  
  Revised：2020-09-14，
  
  Published Online：11 November 2020，
  
  Published：10 January 2021
- 稿件说明：
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崔屹峰,李珍国,贾清泉等.基于参数辨识与状态估计的温控负荷响应能力动态评估[J].电力系统自动化,2021,45(1):150-158.

CUI Yifeng,LI Zhenguo,JIA Qingquan,et al.Dynamic Evaluation of Response Potential of Thermostatically Controlled Load Based on Parameter Identification and State Estimation[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(1):150-158.
崔屹峰,李珍国,贾清泉等.基于参数辨识与状态估计的温控负荷响应能力动态评估[J].电力系统自动化,2021,45(1):150-158. DOI： 10.7500/AEPS20200629009.

CUI Yifeng,LI Zhenguo,JIA Qingquan,et al.Dynamic Evaluation of Response Potential of Thermostatically Controlled Load Based on Parameter Identification and State Estimation[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(1):150-158. DOI： 10.7500/AEPS20200629009.

摘要

温控负荷在通过需求响应提供电网辅助服务方面蕴含着巨大潜力，但负荷单元数量多、位置分散、状态变化快等特点为温控负荷的管理与开发增加了难度。为便于负荷管理中心掌握温控负荷的响应能力，进行实时的响应控制和调度优化，提出一种温控负荷响应能力动态评估方法。针对大量温控负荷响应能力相关信息获取困难的问题，提出了模型参数辨识方法和运行状态估计算法；为有效评估负荷集群响应能力，提出了考虑响应功率和响应时长2个能力指标的集群响应能力聚合算法；设计了温控负荷响应能力动态评估流程，分别在用户本地端和负荷管理中心实现响应能力的精确计算和简化估计，并通过周期性同步消除累积误差。仿真分析表明，所提方法的评估结果能够表征温控负荷的需求响应能力。

Abstract

Thermostatically controlled load (TCL) has great potential in providing ancillary service of power grids through demand response. However

the characteristics of large number of load units

scattered locations and fast state changes make the management and development of TCL more difficult. In order to facilitate the load management center to obtain the TCL response potential and optimize the response control and scheduling in real time

a dynamic evaluation method of TCL response potential is proposed. In this paper

a model parameter identification method and operation state estimation algorithm are proposed to settle the difficulty in obtaining information related to response potential of a large amount of TCL. In order to effectively evaluate the response potential of TCL population

a response potential aggregate algorithm is proposed considering the response power and the duration. A dynamic evaluation process of TCL response potential is designed to achieve accurate calculation at the users' end and simplified estimation at the load management center

and to eliminate the cumulative error through periodic synchronization. The simulation results show that the evaluation results of the proposed method can characterize the demand response potential of TCL.

关键词

Keywords

references

吴界辰，艾欣，胡俊杰，等 . 计及不确定因素的需求侧灵活性资源优化调度［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 14 ）： 73 - 84 .

WU Jiechen ， AI Xin ， HU Junjie ， et al . Optimal dispatch of flexible resource on demand side considering uncertainties ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 14 ）： 73 - 84 .

范帅，郏琨琪，王芬，等 . 基于负荷准线的大规模需求响应［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 15 ）： 19 - 28 .

FAN Shuai ， JIA Kunqi ， WANG Fen ， et al . Large-scale demand response based on customer directrix load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 15 ）： 19 - 28 .

SHI Q ， CHEN C ， MAMMOLI A ， et al . Estimating the profile of incentive-based demand response （IBDR） by integrating technical models and social-behavioral factors ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 1 ）： 171 - 183 .

宋梦，高赐威，苏卫华 . 面向需求响应应用的空调负荷建模及控制［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 14 ）： 158 - 167 .

SONG Meng ， GAO Ciwei ， SU Weihua . Modeling and controlling of air-conditioning load for demand response applications ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 14 ）： 158 - 167 .

王成山，刘梦璇，陆宁 . 采用居民温控负荷控制的微网联络线功率波动平滑方法［J］. 中国电机工程学报， 2012 ， 32 （ 25 ）： 36 - 43 .

WANG Chengshan ， LIU Mengxuan ， LU Ning . A tie-line power smoothing method for microgrid using residential thermostatically-controlled loads ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2012 ， 32 （ 25 ）： 36 - 43 .

姚垚，张沛超，王永权 . 温控负荷参与快速频率调整的双层控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 17 ）： 4987 - 4998 .

YAO Yao ， ZHANG Peichao ， WANG Yongquan . A two-layer control method for thermostatically controlled loads to provide fast frequency regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 17 ）： 4987 - 4998 .

王蓓蓓，胡晓青，顾伟扬，等 . 分层控制架构下大规模空调负荷参与调峰的分散式协同控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 12 ）： 3514 - 3528 .

WANG Beibei ， HU Xiaoqing ， GU Weiyang ， et al . Hierarchical control architecture and decentralized cooperative control strategy for large scale air conditioning load participating in peak load regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 12 ）： 3514 - 3528 .

姜海洋，杜尔顺，朱桂萍，等 . 面向高比例可再生能源电力系统的季节性储能综述与展望［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 19 ）： 194 - 207 .

JIANG Haiyang ， DU Ershun ， ZHU Guiping ， et al . Review and prospect of seasonal energy storage towards power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 19 ）： 194 - 207 .

中国国家可再生能源中心 . 中国可再生能源展望2018 ［R/OL］.［ 2018-10-23 ］. https：//www.sohu.com/a/270871707_99945497 https://www.sohu.com/a/270871707_99945497 .

CNREC . China renewable energy outlook in 2018 ［R/OL］. ［ 2018-10-23 ］. https：//www.sohu.com/a/270871707_99945497 https://www.sohu.com/a/270871707_99945497 .

李亚平，姚建国，雍太有，等 . 居民温控负荷聚合功率及响应潜力评估方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 19 ）： 5519 - 5528 .

LI Yaping ， YAO Jianguo ， YONG Taiyou ， et al . Estimation approach to aggregated power and response potential of residential thermostatically controlled load ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 19 ）： 5519 - 5528 .

KONDOH J ， LU N ， HAMMERSTROM D . An evaluation of the water heater load potential for providing regulation service ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2011 ， 26 （ 3 ）： 1309 - 1316 .

LU N . An evaluation of the HVAC load potential for providing load balancing service ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2012 ， 3 （ 3 ）： 1263 - 1270 .

王蓓蓓，朱峰，嵇文路，等 . 中央空调降负荷潜力建模及影响因素分析［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 19 ）： 44 - 52 .

WANG Beibei ， ZHU Feng ， JI Wenlu ， et al . Load cutting potential modeling of central air-conditioning and analysis on influencing factors ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 19 ）： 44 - 52 .

黄亚峰，朱玉杰，穆钢，等 . 基于温度预报的户用电采暖负荷可调节能力评估［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2487 - 2493 .

HUANG Yafeng ， ZHU Yujie ， MU Gang ， et al . Evaluation of adjustable capacity of household electrical heating load based on temperature forecast ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2487 - 2493 .

RADAIDEH A ， VAIDYA U ， AJJARAPU V . Sequential set-point control for heterogeneous thermostatically controlled loads through an extended Markov chain abstraction ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 116 - 127 .

ZHANG W ， LIAN J ， CHANG C ， et al . Aggregated modeling and control of air conditioning loads for demand response ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 4655 - 4664 .

戚野白，王丹，贾宏杰，等 . 基于需求响应的集群温控负荷建模及参与低频减载策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 3 ）： 751 - 760 .

QI Yebai ， WANG Dan ， JIA Hongjie ， et al . Research on under frequency load shedding strategy using aggregated thermostatically controlled loads based on demand response ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 3 ）： 751 - 760 .

王冉，王丹，贾宏杰，等 . 一种平抑微网联络线功率波动的电池及虚拟储能协调控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 20 ）： 5124 - 5134 .

WANG Ran ， WANG Dan ， JIA Hongjie ， et al . A coordination control strategy of battery and virtual energy storage to smooth the micro-grid tie-line power fluctuations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 20 ）： 5124 - 5134 .

BASHASH S ， FATHY H . Modeling and control of aggregate air conditioning loads for robust renewable power management ［J］. IEEE Transactions on Control Systems Technology ， 2013 ， 21 （ 4 ）： 1318 - 1327 .

LIU M ， SHI Y . Model predictive control of aggregated heterogeneous second-order thermostatically controlled loads for ancillary services ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 3 ）： 1963 - 1971 .

姚垚，张沛超 . 大规模变频空调参与电力系统辅助服务的协调控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 22 ）： 127 - 134 .

YAO Yao ， ZHANG Peichao . Coordinated control method for ancillary services of power system with participation of large-scale inverter air-conditioner ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 22 ）： 127 - 134 .

SONG M ， GAO C ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Impact of uncertain parameters on TCL power capacity calculation via HDMR for generating power pulses ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 3112 - 3124 .

WAI C ， BEAUDIN M ， ZAREIPOUR H ， et al . Cooling devices in demand response： a comparison of control methods ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 6 （ 1 ）： 249 - 260 .

徐青山，吴枭，杨斌 . 考虑状态差异性聚类的空调负荷直接负荷控制动态优化方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 14 ）： 33 - 42 .

XU Qingshan ， WU Xiao ， YANG Bin . Dynamic optimization method of direct load control for air-conditioning load considering status diversity clustering ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 14 ）： 33 - 42 .

辛洁晴，吴亮 . 商务楼中央空调周期性暂停分档控制策略［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 5 ）： 49 - 54 .

XIN Jieqing ， WU Liang . Hierarchical strategies for duty cycling control of air conditioners in business buildings ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 5 ）： 49 - 54 .

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