本發明公開了一種用于直接負荷控制的電解鋁負荷電熱特性建模方法，包括以下步驟：搭建電解鋁生產系列；采用冰晶石?氧化鋁融鹽電解法獲取電解鋁負荷；建立電解鋁散熱量模型；建立電解鋁電熱交換模型；確定電解鋁負荷控制約束。

技術領域

本發明涉及一種用于直接負荷控制的電解鋁負荷電熱特性建模方法，屬于網源協調控制技術領域。

背景技術

近些年國內電網呈現出高壓、大容量、遠距離輸電以及交直流混聯等新形態，當出現直流閉鎖等大規模功率缺失時，電網的安全和穩定運行將面臨嚴峻挑戰。與此同時，風能、太陽能等間歇式可再生能源發電發展迅猛，電網面臨調節容量資源匱乏的局面，尤其在負荷高峰時段，電網調峰能力不足的問題將進一步突出。電力系統中存在大量儲能類型負荷，可以起到與儲能類似的作用，能夠有效提高電網靈活調節能力，在調峰、調頻、調壓、應急響應等方面具有巨大的應用潛力。

空調、電動汽車、熱水器等儲能型負荷是當前研究的熱點，此類型負荷大多是居民和商業負荷，具有單個個體功率小、數量眾多、地理位置分散、隨機性強等特點，如何將其聚合起來納入到電力系統調度與控制構架是個難題。與上述小型儲能型負荷不同，電解鋁是典型高耗能大型儲能型工業負荷，單個電解鋁廠的負荷甚至能達上百萬千瓦。電解鋁利用直流電將高溫熔融態的鋁化合物轉化為鋁單質，由于電解槽保溫性好、熱慣性時間常數大，電解槽短時間斷電后電解質溫度不會變化太大，不會對電解過程造成不良影響[13]。雖然近些年我國電解鋁產能超過需求，導致其去產能加速，但電解鋁在社會用電量中占比仍然很高。電解鋁企業一般配備自備電廠，有些自備電廠是與電網連接的，降低電解鋁負荷后，自備電廠可向電網輸入大量電能。因此，充分挖掘電解鋁負荷的調節潛能，與發電側資源協同經濟調度、應對受端電網直流閉鎖故障或者調峰，具有重要意義。

負荷模型是研究電解鋁參與電力系統調度與控制的基礎，但當前關于電解鋁用電特性的建模研究相對較少。一些文獻中提出的電解鋁靜態和動態模型，大多描述的是電解鋁負荷的外特性，有些在分析電解鋁內部電氣拓撲及特性的基礎上，提出了適用于系統分析和控制的電解鋁負荷靜態和動態模型及參數辨識方法。但是如果不對電解鋁電熱特性建模，難以定量分析負荷控制對電解鋁的負面影響。電解鋁重載孤網緊急控制優化方法(王玉,許和平,王懷明等.電力系統自動化,2014,38(21):121-126,135)提出一種電解鋁重載孤網緊急控制優化方法，根據電解鋁自備電網的運行方式、模型及參數以及電解鋁負荷特點，得到控制代價較小的緊急控制方案。工業負荷提供輔助服務的多智能體響應模擬(姚明濤,胡兆光,張寧,等.中國電機工程學報,2014,34(25):4219-4226)在分析電解鋁等負荷可控性的基礎上，構建了多類工業負荷的多智能體系統，闡述各類智能體的目標、結構以及行為策略。以上關于電解鋁控制的文獻均未考慮電解鋁的用電特性模型，因此無法定量分析對負荷控制后對電解鋁生產的影響。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種用于直接負荷控制的電解鋁負荷電熱特性建模方法，建立的電解鋁負荷的電熱模型能夠在分析用電約束的基礎上提出了電解鋁的直接控制策略。

本發明解決其技術問題采取的技術方案是：

本發明實施例提供的一種用于直接負荷控制的電解鋁負荷電熱特性建模方法，包括以下步驟：

搭建電解鋁生產系列；

采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法獲取電解鋁負荷；

建立電解鋁散熱量模型；

建立電解鋁電熱交換模型；

確定電解鋁負荷控制約束。

作為本實施例一種可能的實現方式，所述直接負荷控制包括：

電解鋁的直接控制策略：通過切除電解鋁的總降開關進行電解鋁生產系列的功率切除；