基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法及系统技术方案

一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法及系统，基于户用直流电热耦合系统基本架构提取出供热系统的类电池特征，建立考虑多能流动态特征的两阶段动态微分模型；基于两阶段动态微分模型，计算反映储热和温控负荷运行特征的液态、气态虚拟电池容量和荷电状态；基于热泵性能系数，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；设计模糊调控规则；利用最小隶属度原则，得到不同工作状态下的储能单元功率分配系数模糊判断结果；考虑储能单元容量差异的储能单元最终功率分配系数值；基于最终功率分配系数值和总调度功率，考虑储能功率约束，计算最终的功率分配策略，实现混合储能调度。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法及系统
本专利技术涉及的是一种电池管理领域的技术，具体是一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法及系统。
技术介绍
近年来，储能系统在电网运行与新能源消纳中得到广泛的应用。混合储能系统是目前研究的热点之一。基于虚拟模糊自适应调控算法的功率分配策略是混合储能管理技术中的关键。现有的混合储能功率调配算法主要不同单元运行特性的合理利用，但没有考虑能源品位、能效对调配结果的影响。为综合考虑能源品位、荷电状态、热泵性能系数和用户舒适度对调控策略的影响，提出适用于长时间尺度的虚拟模糊自适应调控算法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法及系统，能够满足不同调度需求的直流电热耦合系统动态调控策略，以提升户用直流电热耦合系统中高品位能源含量，降低储热单元的耗散能量，并显著提升用户舒适度。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法，具体步骤包括：1)基于户用直流电热耦合系统基本架构提取出供热系统的类电池特征，建立考虑多能流动态特征的两阶段动态微分模型；2)基于两阶段动态微分模型，计算反映储热和温控负荷运行特征的液态、气态虚拟电池容量和荷电状态；3)基于能源品位和用户舒适度，设计包含电池储能、液态虚拟储能和气态虚拟储能的储能单元运行优先度的模糊隶属度函数；4)基于储能单元的荷电状态，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；5)基于热泵性能系数，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；6)设计模糊调控规则；7)利用最小隶属度原则，得到不同工作状态下的储能单元功率分配系数模糊判断结果；8)考虑储能单元容量差异的储能单元最终功率分配系数值；9)基于最终功率分配系数值和总调度功率，考虑储能功率约束，计算最终的功率分配策略，实现混合储能调度。本专利技术涉及一种实现上述方法的基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度系统，包括：混合储能能量管理系统以及分别与之相连的锂电池能量监测与管理模块、储热水箱能量监测与管理模块以及室内温度能量监测与管理模块，其中：混合储能能量管理系统收集各储能单元的运行信息并通过虚拟模糊自适应调控算法进行混合储能的统一调度，锂电池能量监测与管理模块监测锂电池单元的运行状态并向混合储能管理系统发出锂电池的调控指令，储热水箱能量监测与管理模块监测储热水箱的运行状态并向混合储能管理系统发出储热水箱的调控指令，室内温度能量监测与管理模块监测室内温度变化并调节室内温度。技术效果与现有技术相比，本专利技术提出的虚拟自适应调控算法可提高户用储能系统中高品位电能的含量，降低户用储能系统中低品位热能的含量，提升户用直流电热耦合系统的能源品位，减小室内温度的波动幅度，提高用户的舒适度，减少储热水箱的能量耗散，提高户用直流电热耦合系统的综合能效。附图说明图1为实施例涉及的一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度系统架构图；图2为状态自适应模糊调控算法流程图；图3为虚拟电池综合储能系统功率分配算法流程图；图4为充电状态下储能单元运行优先度模糊隶属函数示意图；图5为放电状态下储能单元运行优先度模糊隶属函数示意图；图6为储能单元荷电状态模糊隶属函数示意图；图7为热泵性能系数模糊隶属函数示意图；图8为储能单元功率分配系数模糊隶属函数示意图；图9为户用直流电热耦合系统基本架构示意图；图10为虚拟电池综合储能系统总功率指令示意图；图11为外界温度变化曲线示意图；图12为热泵性能系数曲线示意图；图13为电池储能调控结果示意图；图14为液态虚拟电池调度结果示意图；图15为气态储能调控结果示意图；图16为户用储能系统电能含量示意图；图17为储热水箱等效电功率损耗示意图。具体实施方式如图1所示，为本实施例涉及的一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度系统，包括：混合储能能量管理系统以及分别与之相连的锂电池能量监测与管理模块、储热水箱能量监测与管理模块以及室内温度能量监测与管理模块，其中：混合储能能量管理系统收集各储能单元的运行信息并通过虚拟模糊自适应调控算法进行混合储能的统一调度，锂电池能量监测与管理模块监测锂电池单元的运行状态并向混合储能管理系统发出锂电池的调控指令，储热水箱能量监测与管理模块监测储热水箱的运行状态并向混合储能管理系统发出储热水箱的调控指令，室内温度能量监测与管理模块监测室内温度变化并调节室内温度。如图2所示，为本实施例涉及的一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法，具体步骤包括：1)基于户用直流电热耦合系统基本架构提取出供热系统的类电池特征，建立考虑多能流动态特征的两阶段动态微分模型；2)基于两阶段动态微分模型，计算反映储热和温控负荷运行特征的液态、气态虚拟电池容量和荷电状态；3)基于能源品位和用户舒适度，设计包含电池储能、液态虚拟储能和气态虚拟储能的储能单元运行优先度的模糊隶属度函数；4)基于储能单元的荷电状态，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；5)基于热泵性能系数，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；6)设计模糊调控规则；7)利用最小隶属度原则，得到不同工作状态下的储能单元功率分配系数模糊判断结果；8)考虑储能单元容量差异的储能单元最终功率分配系数值；9)基于最终功率分配系数值和总调度功率，考虑储能功率约束，计算最终的功率分配策略，实现混合储能调度。所述的考虑多能流动态特征的两阶段动态微分模型为：其中：tz为调控时刻，tz+1为与之相邻的后一个调控时刻，Δt为tz到tz+1之间的时间间隔，Tt为储热箱内部液体的温度，Rt，Ct分别为储热箱内液体热量存储过程对应的等效电阻和电容，Tr为室内温度，R，Cr分别为室内温度变化对应的等效电阻和电容，Tout为外界温度，e为自然指数。基于虚拟电池两阶段动态微分模型，当用户房间设定温度为Tset，则供热系统的储热水箱的可调节热功率和不可调节功率、用户可控热功率为和不可控热功率分别为：式中，Htc为储热水箱的可调节热功率，tz为调控时刻，tz+1为与之相邻的后一个调控时刻，Δt为tz到tz+1之间的时间间隔，Tt为储热箱内部液体的温度，Rt，Ct分别为储热箱内液体热量存储过程对应的等效电阻和电容，Tr为室内温度，R，Cr分别为室内温度变化对应的等效电阻和电容，Tout为外界温度，e为自然指数。Tset为用户房间设定温度。基于供热系统的储热水箱的可调节热功率，所述的储热箱内液体对应的液态虚拟电池容量和荷电状态为：其中：ηcop为不同温度条件下热泵的性能系数，其值随着不同时刻外界温度的变化而变化。D0为调控指令的时间间隔。Ttmax为储热箱内液体可调节温度的最大值，Ttmin为储热箱内可调节液体的最小值。QEt为液态虚拟电池的容量，St为液态虚拟电池的荷电状态。基于用户可控热功率为和不可控热功率，所述的用户房间温度调节过程对应的气态虚拟电池容量和荷电状态为：其中：ΔTrmax为温度调节范围的上限，ΔTrmin为温度调节范围的下限。QEr为气态虚拟电池的容量，Sr为气态虚拟电池的荷电状态。所述的步骤3)，具体包括：1)以高品质电能为主要供用能形式的电池储能优先充电，充电模糊函数值为PB，放电模糊函数值为NB；2)以低品质热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法，其特征在于，具体步骤包括：1)基于户用直流电热耦合系统基本架构提取出供热系统的类电池特征，建立考虑多能流动态特征的两阶段动态微分模型；2)基于两阶段动态微分模型，计算反映储热和温控负荷运行特征的液态、气态虚拟电池容量和荷电状态；3)基于能源品位和用户舒适度，设计包含电池储能、液态虚拟储能和气态虚拟储能的储能单元运行优先度的模糊隶属度函数；4)基于储能单元的荷电状态，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；5)基于热泵性能系数，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；6)设计模糊调控规则；7)利用最小隶属度原则，得到不同工作状态下的储能单元功率分配系数模糊判断结果；8)考虑储能单元容量差异的储能单元最终功率分配系数值；9)基于最终功率分配系数值和总调度功率，考虑储能功率约束，计算最终的功率分配策略，实现混合储能调度。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟模糊自适应调控算法的混合储能调度方法，其特征在于，具体步骤包括：1)基于户用直流电热耦合系统基本架构提取出供热系统的类电池特征，建立考虑多能流动态特征的两阶段动态微分模型；2)基于两阶段动态微分模型，计算反映储热和温控负荷运行特征的液态、气态虚拟电池容量和荷电状态；3)基于能源品位和用户舒适度，设计包含电池储能、液态虚拟储能和气态虚拟储能的储能单元运行优先度的模糊隶属度函数；4)基于储能单元的荷电状态，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；5)基于热泵性能系数，设计储能单元运行优先度模糊隶属度函数；6)设计模糊调控规则；7)利用最小隶属度原则，得到不同工作状态下的储能单元功率分配系数模糊判断结果；8)考虑储能单元容量差异的储能单元最终功率分配系数值；9)基于最终功率分配系数值和总调度功率，考虑储能功率约束，计算最终的功率分配策略，实现混合储能调度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的考虑多能流动态特征的两阶段动态微分模型为：其中：tz为调控时刻，tz+1为与之相邻的后一个调控时刻，Δt为tz到tz+1之间的时间间隔，Tt为储热箱内部液体的温度，Rt，Ct分别为储热箱内液体热量存储过程对应的等效电阻和电容，Tr为室内温度，R，Cr分别为室内温度变化对应的等效电阻和电容，Tout为外界温度，e为自然指数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，基于虚拟电池两阶段动态微分模型，当用户房间设定温度为Tset，则供热系统的储热水箱的可调节热功率和不可调节功率、用户可控热功率为和不可控热功率分别为：式中，Htc为储热水箱的可调节热功率，tz为调控时刻，tz+1为与之相邻的后一个调控时刻，Δt为tz到tz+1之间的时间间隔，Tt为储热箱内部液体的温度，Rt，Ct分别为储热箱内液体热量存储过程对应的等效电阻和电容，Tr为室内温度，R，Cr分别为室内温度变化对应的等效电阻和电容，Tout为外界温度，e为自然指数，Tset为用户房间设定温度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，基于供热系统的储热水箱的可调节热功率，所述的储热箱内液体对应的液态虚拟电池容量和荷电状态为：其中：ηcop为不同温度条件下热泵的性能系数，其值随着不同时刻外界温度的变化而变化，D0为调控指令的时间间隔，Ttmax为储热箱内液体可调节温度的最大值，Ttmin为储热箱内可调节液体的最小值，QEt为液态虚拟电池的容量，St为液态虚拟电池的荷电状态。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，基于用户可控热功率为和不可控热功率，所述的用户房间温度调节过程对应的气态虚拟电池容量和荷电状态为：其中：ΔTrmax为温度调节范围的上限，ΔTrmin为温度调节范围的下限，QEr为气态虚拟电池的容量，Sr为气态虚拟电池的荷电状态。6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的步骤3)，具体包括：1)以高品质电能为主要供用能形式的电池储能优先充电，充电模糊函数值为PB，放电模糊函数值为NB；2)以低品质热能为主要供用能形式的虚拟电池储能优先放电；3)液态虚拟电池充放电优先度均高于气态虚拟电池，其中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊飞龙，黄文焘，邰能灵，郑晓冬，赵逸，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31