基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略制造技术

基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略，将电热微网中分布式热泵群所配套的分布式蓄热水箱群划入电热微网的管理，通过测量微网中可在生能源与负荷功率，获取联络线原始功率PTL0，并分析功率控制目标PTar，针对获取的波动功率Pflu，根据可再生能源出力与用户负荷实时信息，结合蓄电池、蓄热水箱群蓄能状态信息，调节蓄电池与热泵群出力，从而实现电热微网联络线波动功率平抑。本发明专利技术以蓄电池和热泵群的协同控制为核心，充分利用了空气源热泵的配套储热资源，在完成联络线功率平滑的同时保证了各热泵对用户供热要求，并且通过热泵的功率调节有效地参与中频波动的平抑，降低了优化方案的实施成本。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略
本专利技术属于电力
，涉及电热联合微网，为一种基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略。
技术介绍
电热联合微网(combinedheatandpowermicrogrid)是以终端用户的电、热需求为基础，由分布式能源、储能设备、电热设备、控制单元组成的终端一体化集成供能设施。作为综合能源的典型应用，电热微网以微电网为基础，通过灵活控制分布式制热设备，与电设备相协调，实现对电、热两种形式能量的综合利用。电热微网可梯级利用电、热两种不同能量形式，提升区域终端供能的可靠性、经济性与环保性。电热微网的运行机理是电与热的耦合、转换与利用，其中电能响应速度快，供配技术成熟，但是不宜大规模存储；而热能惯性大，存储成本低，调控响应速度较慢。电热微网利用优化控制、能量管理等技术，发挥电、热能量的互补与转换优势，可提高微网运行的可靠性与经济性，促进分布式能源的消纳利用。随着分布式可再生能源大量接入微网，可再生能源发电的间隙性与波动性增加了消纳难度，给传统微电网的稳定运行带来挑战。电热微网利用电制热等关键电热转换技术，发挥电能快速响应与热能易于存储优点，在平抑微网功率波动、促进可再生能源消纳方面具有明显优势，成为学者们关注的重点。一方面在热储能的协调控制下，可优化电储能容量配置，降低微网运行成本。更重要的是从电、热两方面提供了平抑微网功率波动的手段，增强了微网运行控制的灵活性，提升了微网运行的可靠性。目前，有大量的研究提出以功率型与能量型电储能组成的混合储能平抑微网功率波动，文献《基于荷电状态分级优化的混合储能风电功率平抑方法》([J].电力系统自动化,2013,37(24):1-6.)提出了一种基于超级电容与储能电池的风电功率平抑策略，利用电储能快速充放电特性补偿风电出力波动，取得良好的平抑效果。但是电储能成本较高，随着分布式可再生能源规模不断扩大，利用电储能方式平抑联络线功率限制了传统微电网技术应用的经济性。文献《一种基于模型预测的城市园区分层分布式温控负荷需求响应控制策略》([J].中国电机工程学报,2016,36(8):2049-2056.)提出了一种基于模型预测的温控负荷响应控制策略，通过热泵模型预测最优设定温度，控制热泵群功率匹配可再生能源波动。上述文献以TCL设备的设定温度作为控制手段，简化了控制方式但是未考虑与电储能协调配合。同时在变温度控制策略中，TCL设备在暂时降低功率需求参与削峰后，容易出现负荷激增，对电热微网造成二次干扰。文献《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.)提出一种标识优先列表工具构建热泵模型，并通过可变滤波时间常数滤波器协调电池与热泵群出力。由于对热泵的控制方式较为单一，未能充分利用热泵元件的电热耦合与转换潜能。目前方法均考虑温控负荷与用户建筑室温结合的虚拟储能模型，然而实际中用户用热需求多样，需要蓄热装置作为缓冲。本专利技术考虑空气源热泵配套蓄热水箱，将这种分散的储热资源综合利用，能更灵活满足用户多样用热需求的同时使热泵供热无需跟踪用户热负荷，对于此类热泵群有效利用，充分发挥其储能特性与调节灵活性，能既保证对用户供能质量，同时更有效地抑制微网联络线的功率波动。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是：随着分布式可再生能源大量接入电热联合微网，需要对平抑微网功率波动的方案进行研究，增强微网运行控制的灵活性以及微网运行的稳定性。本专利技术的技术方案为：基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略，将电热微网中分布式热泵群所配套的分布式蓄热水箱群划入电热微网的管理，通过测量微网中可再生能源与负荷功率，获取联络线原始功率PTL0，并分析功率控制目标PTar，由两者获取波动功率Pflu，根据可再生能源出力与用户负荷实时信息，结合蓄电池、蓄热水箱群蓄能状态信息，调节蓄电池与热泵群出力，从而实现电热微网联络线波动功率平抑，电热微网中蓄热水箱由热泵供能，热泵群通过启停与功率调节的控制，使热泵群负荷匹配联络线波动功率，从而使蓄热水箱群参与波动功率平抑，所述对蓄电池与热泵群出力的调节以蓄电池和热泵群的协同控制为核心设计控制策略，策略分为上层和下层：策略上层为波动功率优化分配层，考虑电储能与热储能群的储能状态，以及分析可再生能源与用户负荷的出力信息，制定联络线功率控制目标函数，并通过滤波将获取的波动功率分配至热泵群；策略下层为热泵群优化控制层，包括热泵群的启停控制与功率调节，分析热泵控制模型获取热泵群启停控制方案，通过模拟退火算法对启停控制方案进行优化，使热泵配套的蓄热水箱水温趋于一致，最大程度保证用户用热需求；在上下层的控制中，通过调节热泵群功率参与中频波动平抑，以降低对蓄电池的出力需求，并结合调节蓄电池平抑剩余波动完成联络线功率平滑，波动功率的平抑策略由热泵群偏移功率ΔPHP_f与蓄电池出力Pess共同平抑，用k表示离散时间，将一天分为TD个时间点，则k∈[0,TD]：Pflu[k]＝ΔPHP_f[k]-Pess[k](15)。所述控制策略在每个控制周期内，首先由平滑滤波得到联络线功率控制目标PTar[k]，结合联络线原始功率PTL0，得到联络线波动功率Pflu[k]，波动功率优化分配层根据波动功率与储能群蓄能状态信息，将波动功率在热泵热储群与蓄电池之间进行预分配，所述储能群蓄能状态信息包括蓄电池储能和热储蓄能，热泵群优化控制层接收到热泵群出力目标，结合储能群蓄能状态信息，对热泵启停状态进行优化控制，并对运行中热泵制定功率调节目标，蓄电池响应热泵群的偏移出力PHP_f[k]，针对微网联络线剩余的波动功率调整蓄电池出力Pess[k]，最终由分布式热泵群与蓄电池共同完成微网联络线功率平滑任务。本专利技术充分考虑电热微网中空气源热泵所配套的蓄热水箱装置，将这种分散的储热资源结合热泵统一纳入到微网优化运行管理中，设计电热微网联络线功率分层协同平滑策略。控制策略以蓄电池和热泵群的协同控制为核心，策略上层考虑电储能与热储能群的储能状态与分析可再生能源与用户负荷的出力信息，制定联络线功率控制目标算法；并通过分频滤波将获取的波动功率分配至热泵群。策略下层基于热泵群的启停控制与功率调节，分析热泵控制模型获取热泵群启停控制方案，通过模拟退火算法对启停控制方案进行优化，使热泵配套的蓄热水箱水温趋于一致，最大程度保证用户用热需求。同时调节热泵群功率参与中频波动平抑，降低对蓄电池的出力需求。最后调节蓄电池平抑剩余波动完成联络线功率平滑。该策略充分利用了空气源热泵的配套储热资源，在完成联络线功率平滑的同时保证了各热泵对用户供热要求，并且通过热泵的功率调节有效地参与中频波动的平抑，降低了优化方案的实施成本。附图说明图1为电热微网结构与电热能流的示意图。图2为含蓄热水箱的热泵系统结构示意图。图3为蓄热水箱温度变化曲线图。图4为本专利技术的基于分层控制的功率平抑策略结构示意图。图5为本专利技术中热泵群优先度序列确定规则示意图。图6为蓄电池过充过放约束函数。图7为本专利技术热泵群启停控制策略流程图。图8为电热微网方针拓扑结构。图9为可再生能源与微网负荷典型日逐出时出力曲线图。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略，其特征是将电热微网中分布式热泵群所配套的分布式蓄热水箱群划入电热微网的管理，通过测量微网中可再生能源与负荷功率，获取联络线原始功率PTL0，并分析功率控制目标PTar，由两者获取波动功率Pflu，根据可再生能源出力与用户负荷实时信息，结合蓄电池、蓄热水箱群蓄能状态信息，调节蓄电池与热泵群出力，从而实现电热微网联络线波动功率平抑，电热微网中蓄热水箱由热泵供能，热泵群通过启停与功率调节的控制，使热泵群负荷匹配联络线波动功率，从而使蓄热水箱群参与波动功率平抑，所述对蓄电池与热泵群出力的调节以蓄电池和热泵群的协同控制为核心设计控制策略，策略分为上层和下层：策略上层为波动功率优化分配层，考虑电储能与热储能群的储能状态，以及分析可再生能源与用户负荷的出力信息，制定联络线功率控制目标函数，并通过滤波将获取的波动功率分配至热泵群；策略下层为热泵群优化控制层，包括热泵群的启停控制与功率调节，分析热泵控制模型获取热泵群启停控制方案，通过模拟退火算法对启停控制方案进行优化，使热泵配套的蓄热水箱水温趋于一致，最大程度保证用户用热需求；在上下层的控制中，通过调节热泵群功率参与中频波动平抑，以降低对蓄电池的出力需求，并结合调节蓄电池平抑剩余波动完成联络线功率平滑，波动功率的平抑策略由热泵群偏移功率ΔPHP_f与蓄电池出力Pess共同平抑，用k表示离散时间，将一天分为TD个时间点，则k∈[0,TD]：Pflu[k]＝ΔPHP_f[k]‑Pess[k]                (15)。...

【技术特征摘要】
1.基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略，其特征是将电热微网中分布式热泵群所配套的分布式蓄热水箱群划入电热微网的管理，通过测量微网中可再生能源与负荷功率，获取联络线原始功率PTL0，并分析功率控制目标PTar，由两者获取波动功率Pflu，根据可再生能源出力与用户负荷实时信息，结合蓄电池、蓄热水箱群蓄能状态信息，调节蓄电池与热泵群出力，从而实现电热微网联络线波动功率平抑，电热微网中蓄热水箱由热泵供能，热泵群通过启停与功率调节的控制，使热泵群负荷匹配联络线波动功率，从而使蓄热水箱群参与波动功率平抑，所述对蓄电池与热泵群出力的调节以蓄电池和热泵群的协同控制为核心设计控制策略，策略分为上层和下层：策略上层为波动功率优化分配层，考虑电储能与热储能群的储能状态，以及分析可再生能源与用户负荷的出力信息，制定联络线功率控制目标函数，并通过滤波将获取的波动功率分配至热泵群；策略下层为热泵群优化控制层，包括热泵群的启停控制与功率调节，分析热泵控制模型获取热泵群启停控制方案，通过模拟退火算法对启停控制方案进行优化，使热泵配套的蓄热水箱水温趋于一致，最大程度保证用户用热需求；在上下层的控制中，通过调节热泵群功率参与中频波动平抑，以降低对蓄电池的出力需求，并结合调节蓄电池平抑剩余波动完成联络线功率平滑，波动功率的平抑策略由热泵群偏移功率ΔPHP_f与蓄电池出力Pess共同平抑，用k表示离散时间，将一天分为TD个时间点，则k∈[0,TD]：Pflu[k]＝ΔPHP_f[k]-Pess[k](15)。2.根据权利要求1所述的基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略，其特征是所述控制策略在每个控制周期内，首先由平滑滤波得到联络线功率控制目标PTar[k]，结合联络线原始功率PTL0[k]，得到联络线波动功率Pflu[k]，波动功率优化分配层根据波动功率与储能群蓄能状态信息，将波动功率在热泵热储群与蓄电池之间进行预分配，所述储能群蓄能状态信息包括蓄电池储能和热储蓄能，热泵群优化控制层接收到热泵群出力目标，结合储能群蓄能状态信息，对热泵启停状态进行优化控制，并对运行中热泵制定功率调节目标，蓄电池响应热泵群的偏移出力PHP_f[k]，针对微网联络线剩余的波动功率调整蓄电池出力Pess[k]，最终由分布式热泵群与蓄电池共同完成微网联络线功率平滑任务。3.根据权利要求1或2所述的基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略，其特征是波动功率优化分配层中，将波动功率在蓄电池与热泵群之间进行分配，输出热泵群启停控制出力目标与功率调节出力目标，具体为基于各平抑分量响应速度，通过不同滤波常数对波动功率进行分频，高中低频波动分量如式(6)所示，其中，λa与λb为滤波时间常数，λa>λb，高频波动分量PHF[k]由蓄电池储能平抑，中频波动分量PMF[k]与低频波动分量PLF[k]由蓄电池储能与热泵群共同平抑，将中频波动PMF[k]与低频波动PLF[k]作为输入，以蓄电池储能与蓄热水箱的蓄能状态SOC作为权重，分配部分中频波动作为热泵功率调节出力目标PHPref_L[k]，分配部分低频波动作为热泵启停控制出力目标PHPref_M[k]，在分配中热泵群作为整体看待，因此统计全部N台热泵的状态数据，如式(7)与(8)所示，针对分布式热泵群应用场景，热泵、水箱和用户一一对应，对应于相同编号i，即热泵i配套水箱i，并对用户i进行供热，θ为电池储能与蓄热水箱容量之比，如式(9)所示，Eess为电池储能容量，Ewater为蓄热水箱储能容量，θ＝Eess/(Ewater/COPHP)(9)。4.根据权利要求3所述的基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略，其特征是对于热泵群优化控制层，分为热泵群开关控制层与热泵群功率调节层，热泵群开关控制层根据热泵功率调节出力目标PHPref_L选取热泵进行启停控制，使热泵群出力与用户热负荷不匹配，这部分功率差值作为热泵群启停控制出力ΔPHP_switch输出；热泵群功率调节层根据热泵启停控制出力目标PHPref_M与热泵群启停控制的开关状态，针对当前时刻可响应功率调节的热泵制定响应目标，综合热泵群功率调节响应作为热泵群功率调节出力ΔPHP_adjust输出；根据热泵群优化控制层的两个出力信息调节热泵群启停和功率，并利用蓄电池出力调节Pess平抑剩余波动功率。5.根据权利要求1或2所述的基于分布式热泵群控制的电热微网联络线功率分层协同平抑策略，其特征是电热微网联络线功率控制目标的计算为：用PTL0(t)表示微网联络线功率，定义流出微网功率为正，则在t时刻，微网联络线功率为如式(10)所示：PTL0(t)＝-PRES(t)+Pess(t)+PL(t)+PHP(t)(10)其中，PRES(t)表示可再生能源总出力，Pess(t)表示蓄电池充放电功率，充电时为正，反之为负，PL(t)表示电负荷，PHP(t)表示热泵群负荷；基于储能的蓄能状态与微网负荷峰谷信息，实时评估储能的平滑控制能力，制定合适的联络线功率控制目标，联络线功率控制目标递推形式如式(11)所示，PTar[k]＝(1-m+n)PTar[k-1]+m·PTL0[k](11)式中，PTar[k]为控制目标，PTar[k-1]为上一时刻控制目标，PTL0[k]为当前时刻联络线原始功率，m为指数平滑常数，n为预测调整参数，参数n的表达式如式(12)所示，参数计算基于储能的蓄能状态，用水箱的参考温度定义蓄热水箱的蓄能状态SOC，如式(13)所示，SOChpi表示第i个用户的热储蓄能状态，SOCess表示蓄电池荷电状态，表示储能群平均蓄能状态：式(12)中，αn1,αn2为比例常数，SOCcri为储能群荷电状态参考值，取值范围为[0,1]，SOCcri取值与控制过程中储能群蓄能水平成正比，在每个时间点，将联络线功率与平滑目标功率的差值作为波动功率，则k时间点波动功率为：Pflu[k]＝PTL0[k]-PTar[k](14)。6.根据权利要求5所述的基于分布式热泵群控制的电热微网联络...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，王勇，马洲俊，黄文焘，戴世刚，王春宁，许洪华，邰能灵，王立伟，嵇文路，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，上海交通大学，河海大学，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32