基于虚拟储能的电热微网联络线功率波动平抑方法技术

一种基于虚拟储能的电热微网联络线功率波动平抑方法，首先通过基于电热微网用户侧建筑物的蓄热能力，构建融合热泵、燃气轮机、建筑物蓄能的虚拟储能系统模型；电热微网能量控制中心通过采集可再生能源以及用户负荷的实时功率，综合考虑超级电容荷电状态以及虚拟储能系统状态，进而确定联络线目标功率，以实现微网联络线功率平滑目标，最后通过计算可控设备预出力并修正后，给出设备最终出力；本发明专利技术能够满足室温约束的同时对虚拟储能系统进行出力调控，同时配合超级电容充放电，将电热微网联络线波动功率在虚拟储能(热泵、微燃气轮机)与超级电容间进行分配，在提升分布式电源的消纳能力的同时优化能源综合利用效率。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟储能的电热微网联络线功率波动平抑方法
本专利技术涉及的是一种多能源电网智能控制领域的技术，具体是一种基于虚拟储能的电热微网联络线功率波动平抑方法。
技术介绍
当前针对微网联络线功率平滑技术，主要通过控制蓄电池、超级电容等电储能设备充放电，对波动功率进行平抑。有技术方案提出基于蓄电池荷电状态，实时调整低通滤波时间常数，平滑目标功率波动并减少了系统储能容量；有文献提出采用混合储能将风电功率波动在蓄电池与超级电容间进行分配。这些技术通过电储能设备对目标功率进行平滑，但储能的高投资成本仍限制着其在微网中的普及应用。将热泵、微型燃气轮机等制热设备应用于电热微网，通过电热转换、热电联供技术对电能、热能进行协调控制，能够更为经济有效地平抑联络线功率波动，同时满足微网用户终端的用热需求。热泵开关的规律性切换，可实现微网联络线功率平滑，有效减少储能平抑波动的充放电容量与次数。目前，对电、热耦合及能量转换关系的分析不够深入，有方法基于电力市场背景，以降低联络线波动功率与微网运行成本为目标建立电热联合模型，并确定各设备功率出力，但未考虑设备制热量对用户侧用热造成的具体影响。这些技术基于热电联供系统，在功率平滑技术中取得了突破，但制热设备类型较为单一，且尚未实现电能与热能的深度耦合。为进一步利用热电联供系统的能量互补与协同控制优势，综合应用多种类型设备进行制热，并充分利用热能调节灵活性，配合电储能设备对联络线功率进行平滑，是电热微网联络线功率平抑的重要方向。在热电联供系统中，电热微网能量控制中心可通过提高或降低制热功率，以调控热泵用电功率与微燃气轮机发电出力，进而平抑联络线功率波动分量。由于建筑物墙体存在隔热效果，室内温度对于电气变化量的响应速度很慢，其蓄热特性可类比于电储能系统充放电。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于虚拟储能的电热微网联络线功率波动平抑方法，考虑热电联供系统的特点与建筑物蓄热特性，构建虚拟储能模型；结合虚拟储能与超级电容的状态，制定联络线功率控制目标；通过两个低通滤波器对联络线功率进行高中低分频，与电热泵出力控制模块相连并传输低频波动功率信号，与微燃机出力控制模块相连并传输中频波动功率信号，在满足室温约束的同时对虚拟储能系统进行出力调控，同时配合超级电容充放电，将电热微网联络线波动功率在虚拟储能(热泵、微燃气轮机)与超级电容间进行分配，在提升分布式电源消纳能力的同时优化能源综合利用效率。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储能的电热微网联络线功率波动平抑方法，首先通过基于电热微网用户侧建筑物的蓄热能力，构建融合热泵、燃气轮机、建筑物蓄能的虚拟储能系统模型；电热微网能量控制中心通过采集可再生能源以及用户负荷的实时功率，综合考虑超级电容荷电状态以及虚拟储能系统状态，进而确定联络线目标功率，以实现微网联络线功率平滑目标，最后通过计算可控设备预出力并修正后，给出设备最终出力。本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：联络线功率平滑控制模块、联络线功率平抑分配总模块、电热泵出力控制模块、微燃机出力控制模块和超级电容出力控制模块，其中：联络线功率平滑控制模块通过实时采集可再生能源出力与微网负荷功率信息，通过可变项数平滑滤波算法实时调整联络线功率控制目标，联络线功率平抑分频总模块基于联络线功率控制目标，通过两个低通滤波器对波动功率进行中高低频分频，滤波常数根据电热泵、微燃机与超级电容的电气响应特性选取，使各设备分别针对适当频率的波动进行平抑，联络线功率平抑分配总模块分别与电热泵出力控制模块、微燃机出力控制模块和超级电容出力控制模块相连并传输分频得到的低频波动功率信号、中频波动功率信号和高频波动功率信号，电热泵出力控制模块、微燃机出力控制模块和超级电容出力控制模块为确保各设备工作在正常状态，根据设备当前轻重载情况与荷电状态，各自通过模糊控制输出修正后的电热泵出力、微燃机出力和超级电容出力信号，分别控制相应设备出力并将信号汇集反馈回联络线功率平滑控制模块。技术效果与现有技术相比，本专利技术不再局限于单一的制热设备，充分考虑热泵与微燃机的控制响应特性，协调控制二者出力，在平抑功率波动的同时能够更为有效地保证用户侧室温处于合理或者预设的区间。考虑热泵与微燃气轮机出力状态、超级电容荷电状态以及虚拟储能状态约束，基于设备状态映射表，引入设备修正系数对设备预出力进行实时修正，并确定其最终出力，配合超级电容充放电，实现电能与热能的深度耦合，并降低电储能设备的容量与充放电次数。热泵、微燃机以及超级电容的协同配合显著提高了电热微网联络线功率控制的灵活性，提高了电、热等多种能量的综合利用效率。此外本方法所提状态映射表将运行中采集的反馈状态信息以一定运算方式转化为复合变量，依据多个复合变量输入对设备出力进行修正。所提状态映射表充分计及多种影响因素，保证了修正结果的有效性。附图说明图1为实施例电热微网中热电联供系统能量流向示意图；图2为本专利技术联络线功率平抑控制整体示意图；图3为实施例中t时刻微网联络线目标平滑功率确定流程图；图4为实施例中微网联络线功率波动平滑控制策略图；图5为实施例电热微网结构图；图6为实施例用户室温变化示意图；图7为实施例联络线功率平滑效果示意图。具体实施方式如图1所示，为本实施例涉及的一种电热微网系统结构，其中包含：微电力网与微热力网，通过风机、光伏等分布式电源发电并将电能输入微电力网，超级电容充放电以实现微网功率平衡以及波动平滑。微型燃气轮机通过燃烧天然气，向微电力网输入电能，并通过吸收式制热机对余热进行回收利用，产出热量并输入至微热力网，以实现热电联供。热泵基于电热转换技术，通过消耗部分电能，经热交换器与压缩机将环境中低品质热能转化为高品质热能，产出热量并输出至微热力网。电能与热能最终传输至电热微网用户终端，分别满足用户侧的电能与热能需求。电热微网用户热需求主要为供暖，以维持室温处于理想区间。微网制热设备参与联络线功率平滑必然引起产热量的实时变化，进而造成用户侧室温波动。由于热泵、微燃气轮机分别通过耗电/制电的方式对其用电/发电功率进行实时调节，制热功率的变化会将引起用户侧室温波动，这与电储能设备通过充放电改变荷电状态的特性类似，因此，通过热泵、微燃气轮机联合制热以构建电热微网虚拟储能系统，并基于虚拟储能状态指标对热泵、微燃气轮机出力进行调控，确定热泵与燃气轮机工作状态映射表，在实现联络线功率平滑的同时保证用户侧室温处于合理区间。如图2所示，为本实施例电热微网联络线功率平抑整体控制流程：首先通过基于电热微网用户侧建筑物的蓄热能力，构建融合热泵、燃气轮机、建筑物蓄能的虚拟储能系统模型；电热微网能量控制中心通过采集可再生能源以及用户负荷的实时功率，综合考虑超级电容荷电状态以及虚拟储能系统状态，进而确定联络线目标功率，以实现微网联络线功率平滑目标，最后通过计算可控设备预出力并修正后，给出设备最终出力。所述的虚拟储能系统模型是指：基于热力学定律，t时刻虚拟储能系统的热平衡方程，具体为：其中：Q为室内热量，dQ/dt即为t时刻室内热量变化率，ρ为空气密度，C为空气比热容，V为室内空气容量，Tinside为室内温度。热泵、微燃气轮机向用户供热，同时室内热量还与室内外温差引起的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟储能的电热微网联络线功率波动平抑方法，其特征在于，首先通过基于电热微网用户侧建筑物的蓄热能力，构建融合热泵、燃气轮机、建筑物蓄能的虚拟储能系统模型；电热微网能量控制中心通过采集可再生能源以及用户负荷的实时功率，综合考虑超级电容荷电状态以及虚拟储能系统状态，进而确定联络线目标功率，以实现微网联络线功率平滑目标，最后通过计算可控设备预出力并修正后，给出设备最终出力。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟储能的电热微网联络线功率波动平抑方法，其特征在于，首先通过基于电热微网用户侧建筑物的蓄热能力，构建融合热泵、燃气轮机、建筑物蓄能的虚拟储能系统模型；电热微网能量控制中心通过采集可再生能源以及用户负荷的实时功率，综合考虑超级电容荷电状态以及虚拟储能系统状态，进而确定联络线目标功率，以实现微网联络线功率平滑目标，最后通过计算可控设备预出力并修正后，给出设备最终出力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的虚拟储能系统模型是指：基于热力学定律，t时刻虚拟储能系统的热平衡方程，具体为：其中：Q为室内热量，dQ/dt即为t时刻室内热量变化率，ρ为空气密度，C为空气比热容，V为室内空气容量，Tinside为室内温度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的虚拟储能系统模型为：其中：QHP为热泵制热功率，QMT为微型燃气轮机制热功率，kwall、kwindow分别为墙体、窗体的传热系数；Swall、Swindow分别为墙体、窗体的面积；I(t)表示t时刻太阳辐射功率，kS为辐射系数，其取值与玻璃材质有关；微型燃气轮机制热功率QMT(t)＝γMT×ηheat×PMT(t)×COPMT，其中：γMT为微燃机热电比，ηheat为微燃机换热效率，COPMT为微燃机制热能效系数，微型燃气轮机制电功率PMT(t)＝Pgas(t)×ηMT，其中：Pgas(t)为t时刻注入微型燃气轮机的天然气功率，ηMT为微型燃气轮机发电效率；热泵制热功率QHP(t)＝CHP×ρHP×v(t)×ΔTHP，CHP为热泵工质比热，v(t)为t时段热泵工质流量，ρHP为工质密度，ΔTHP为热泵工质历经一个循环周期的前后温差。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的微网联络线功率平滑目标是指：t时刻下实时电热微网联络线电功率Ptie-line与目标功率Ptie-line0的差值，即联络线功率波动，通过热泵、微型燃气轮机与超级电容共同平抑，具体为：Ptie-line(t)-Ptie-line0(t)＝PSC(t)+PHP(t)-PHP,N(t)-PMT(t)+PMT,N(t)＝PSC(t)+ΔPHP(t)-ΔPMT(t)，其中：ΔPHP为热泵参与平抑联络线波动的功率分量，PHP,N为热泵额定运行功率，ΔPMT为微型燃气轮机参与平抑联络线波动的功率分量，PMT,,N为微燃气轮机额定发电功率，t时刻下电热微网联络线电功率Ptie-line(t)＝PEL(t)+PHP(t)+PSC(t)-Pwind(t)-PPV(t)-PMT(t)，其中：Ptie-line为微网联络线功率且功率流入微网时数值为正，反之为负；PSC为超级电容充放电功率，充电为正，放电为负，Pwind为风力发电功率，PPV为光伏发电功率，PMT为微型燃气轮机制电功率，PHP为热泵用电功率，PEL为社区微网负荷用电功率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的t时刻下实时电热微网联络线电功率Ptie-line与目标功率Ptie-line0的差值，通过采用加权滑动平均滤波算法对联络线功率Ptie-line进行平滑，进而确定联络线目标功率Ptie-line0从而得到所述差值。6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的加权滑动平均滤波算法具体为：当虚拟储能状态指标或超级电容储能指标较优时，其能量充放能力很强，相应增加滤波项数，提升功率波动平滑效果；当虚拟储能状态指标或超级电容储能指标较差时，相应减少滤波项数，降低波动平滑效果，以保证虚拟储能与超级电容处于合理状态，其中：t时刻滑动平均滤波项数N(t)＝(2-|SSC(t-1)×ST(t-1)|)...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文焘，邰能灵，戴世刚，张尔佳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31