一种基于状态机的综合能源系统控制方法技术方案

本发明专利技术涉及综合能源系统能量管理技术领域，涉及一种基于状态机的综合能源系统控制方法，一方面提供一种综合能源系统，包括光伏发电模块、蓄电池、电力枢纽、电解制氢储氢模块、储氢罐、燃料电池发电模块、余热回收模块、电网、热电用户和能量管理控制器诸多系统部件；另一方面提供一种基于状态机的综合能源系统能量管理控制方法，包括综合能源系统中的各个模块运行负荷信息，以及根据不同场景工况下的基于状态机的综合能源系统运行的状态信息，本发明专利技术综合考虑多方面因素，根据实际各个模块运行负荷信息，利用状态机的方法对综合能源系统进行优化，建立综合能源系统运行优化模型，实现电、氢、热等能源之间的有效转换，提高综合能源利用率。源利用率。源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于状态机的综合能源系统控制方法


[0001]本专利技术属于综合能源系统能量控制
，具体涉及一种基于状态机的综合能源系统控制方法。

技术介绍

[0002]综合能源系统近十年来发展迅猛，但由于缺乏协同性，普遍存在“综合有余、智慧不足”的问题。为支撑综合能源系统的变革，亟需将能量管理系统能量协同控制作为研究对象，发展综合能源系统能量管理控制方法。
[0003]基于状态机的综合能源系统能量管理控制方法分为综合能源系统设计和基于状态机能量管理控制策略两部分，综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内可再生能源、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统。基于状态机能量管理控制策略以综合能源系统为控制层面，以状态机为控制基础，在不同的储能工作区间，结合负荷侧的用电和用热需求变化范围，确定综合能源系统各部件的输入、输出状态，规划出系统的不用运行状态，并与实际运行工况下的储能工作状态和负载需求相比较，最后按照所设计的状态规则对系统的各部件工况进行调节。然而现有的研究大多数仅是基于综合能源系统的设计，基于状态机的综合能源系统能量控制方法的研究十分有限，且目前的能量管理策略效率较为低下。
[0004]因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于状态机的综合能源系统能量管理控制方法，以实现对综合能源系统中可再生能源、电能、热能的有效利用，提高综合能源系统的能源利用效率，完善可再生能源、储能、电能、热能等多种能量形式的耦合方法，助力实现我国能源革命战略和目标，解决普遍存在的“综合有余、智慧不足”的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种基于状态机的综合能源系统能量管理控制方法，充分考虑了综合能源系统在实际运行的各种状态，高效清晰地辨别各类别状态的工作状态区间。同时可以结合负荷侧的各类能源需求，按照所设计的状态规则对系统的工况进行准确快速调节。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于状态机的综合能源系统控制方法，所述综合能源系统包括光伏发电模块、蓄电池、电力枢纽、电解制氢储氢模块、储氢罐、燃料电池发电模块、余热回收模块、电网、热电用户和能量管理控制器；光伏发电模块、蓄电池、燃料电池发电模块的输出端均连接电力枢纽，电网和电力枢纽双向连接，电力枢纽的输出端与电解制氢储氢模块输入端相连接，电解制氢储氢模块、储氢罐以及燃料电池发电模块依次连接，燃料电池发电模块与余热回收模块相连接，热电用户分别与电力枢纽和余热回收模块相连接，能量管理控制器分别与电力枢纽、储氢罐、余热回收模块和热电
用户相连接，优先使用氢能；
[0007]能量管理控制器根据光伏发电模块光伏发电量PV、燃料电池模块发电量FC、电解水制氢模块耗电量EL和储氢模块储氢量HS、余热利用模块回收热量HT、蓄电池电量BT、蓄电池当前荷电率SOC、并网电量Grid、多余电力EE以及用户侧用电需求Load，对所述综合能源系统各个模块进行基于状态机的能量管理控制；按照光伏发电模块发电量PV大于用户侧用电需求量Load时和光伏发电模块发电量PV小于所述用户侧用电需求量Load时的工况，分为储能模式和耗能模式。
[0008]光伏发电模块和燃料电池发电模块为综合能源系统的发电模块，光伏发电模块利用光伏可再生能源发电，燃料电池模块利用电解制氢储氢模块产生的氢气发电；
[0009]电解制氢储氢模块、余热回收模块和蓄电池为综合能源系统的储能模块，所述电解制氢储氢模块通过利用所述发电模块的多余电量制取氢气，将能量储存在氢气中；余热利用模块通过冷却水回路将所述发电模块发电过程中产生的热量充分回收到储热水箱或制冷系统中；蓄电池为所述发电模块和用户侧用电需求提供平衡和稳定的电力输出，同时储存多余的电量。
[0010]当所述电网处于谷时段时，所述综合能源利用系统处于储能模式，包含以下3种状态：
[0011]状态1：当所述储氢罐氢气量HS小于第一储氢阈值时，谷时段所述电网电量Grid供给所述用户侧用电需求量Load和所述电解水制氢模块耗电量EL之和；
[0012]状态2：当所述储氢罐氢气量HS大于第一储氢阈值且所述蓄电池当前荷电率SOC大于第三当前荷电率阈值时，谷时段所述电网电量Grid供给所述用户侧用电需求量Load；
[0013]状态3：当所述储氢罐氢气量HS大于第一储氢阈值且所述蓄电池当前荷电率SOC小于第三当前荷电率阈值时，谷时段所述电网电量Grid供给所述用户侧用电需求量Load和所述蓄电池模块电量BT之和。
[0014]当所述电网处于峰时段时，所述综合能源利用系统处于耗能模式，所述耗能模式按照用户侧用电量高低时段分为低耗能模式和高耗能模式，所述低耗能模式包含以下4种状态：
[0015]状态4：当所述光伏发电量PV大于所述用户侧负载需求量Load、且蓄电池当前荷电率SOC大于第一当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV供给所述用户侧负载需求量Load，所述蓄电池停止充电；
[0016]状态5：当所述光伏发电量PV大于所述用户侧负载需求量Load、且蓄电池当前荷电率SOC小于第一当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV供给所述用户侧负载需求量Load和所述蓄电池充电BT；
[0017]状态6：当所述光伏发电量PV小于所述用户侧负载需求量Load，且蓄电池当前荷电率SOC大于第二当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV和所述蓄电池放电量BT供给所述用户侧负载需求量Load；
[0018]状态7：当所述光伏发电量PV小于所述用户侧负载需求量Load，且蓄电池当前荷电率SOC小于第二当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV和所述电网电量Grid供给所述用户侧负载需求量Load，所述蓄电池停止放电。
[0019]当所述电网处于峰时段时，所述综合能源利用系统处于耗能模式，所述耗能模式
按照用户侧用电量高低时段分为低耗能模式和高耗能模式，所述高耗能模式包含以下10种状态：
[0020]状态8：当所述储氢罐氢气量HS小于第二储氢阈值时，且所述光伏发电量PV大于所述用户侧负载需求量Load、蓄电池当前荷电率SOC大于第一当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV供给所述用户侧负载需求量Load，所述蓄电池停止充电；
[0021]状态9：当所述储氢罐氢气量HS小于第二储氢阈值时，且所述光伏发电量PV大于所述用户侧负载需求量Load、蓄电池当前荷电率SOC小于第一当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV供给所述用户侧负载需求量Load和所述蓄电池充电量BT之和；
[0022]状态10：当所述储氢罐氢气量HS小于第二储氢阈值时，且所述光伏发电量PV小于所述用户侧负载需求量Load、蓄电池当前荷电率SOC大于第二当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV和所述蓄电池放电量B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于状态机的综合能源系统控制方法，其特征在于：所述综合能源系统包括光伏发电模块(1)、蓄电池(2)、电力枢纽(3)、电解制氢储氢模块(4)、储氢罐(5)、燃料电池发电模块(6)、余热回收模块(7)、电网(8)、热电用户(9)和能量管理控制器(10)；光伏发电模块(1)、蓄电池(2)、燃料电池发电模块(6)的输出端均连接电力枢纽(3)，电网(8)和电力枢纽(3)双向连接，电力枢纽(3)的输出端与电解制氢储氢模块(4)输入端相连接，电解制氢储氢模块(4)、储氢罐(5)以及燃料电池发电模块(6)依次连接，燃料电池发电模块(6)与余热回收模块(7)相连接，热电用户(9)分别与电力枢纽(3)和余热回收模块(7)相连接，能量管理控制器(10)分别与电力枢纽(3)、储氢罐(5)、余热回收模块(7)和热电用户(9)相连接，优先使用氢能；能量管理控制器(10)根据光伏发电模块光伏发电量PV、燃料电池模块发电量FC、电解水制氢模块耗电量EL和储氢模块储氢量HS、余热利用模块回收热量HT、蓄电池电量BT、蓄电池当前荷电率SOC、并网电量Grid、多余电力EE以及用户侧用电需求Load，对所述综合能源系统各个模块进行基于状态机的能量管理控制；按照光伏发电模块发电量PV大于用户侧用电需求量Load时和光伏发电模块发电量PV小于所述用户侧用电需求量Load时的工况，分为储能模式和耗能模式。2.根据权利要求1所述的基于状态机的综合能源系统控制方法，其特征在于：光伏发电模块(1)和燃料电池发电模块(6)为综合能源系统的发电模块，光伏发电模块(1)利用光伏可再生能源发电，燃料电池模块(6)利用电解制氢储氢模块产生的氢气发电；电解制氢储氢模块、余热回收模块(7)和蓄电池(2)为综合能源系统的储能模块，所述电解制氢储氢模块通过利用所述发电模块的多余电量制取氢气，将能量储存在氢气中；余热利用模块通过冷却水回路将所述发电模块发电过程中产生的热量充分回收到储热水箱或制冷系统中；蓄电池(2)为所述发电模块和用户侧用电需求提供平衡和稳定的电力输出，同时储存多余的电量。3.根据权利要求1所述的基于状态机的综合能源系统控制方法，其特征在于：当所述电网处于谷时段时，所述综合能源利用系统处于储能模式，包含以下3种状态：状态1：当所述储氢罐氢气量HS小于第一储氢阈值时，谷时段所述电网电量Grid供给所述用户侧用电需求量Load和所述电解水制氢模块耗电量EL之和；状态2：当所述储氢罐氢气量HS大于第一储氢阈值且所述蓄电池当前荷电率SOC大于第三当前荷电率阈值时，谷时段所述电网电量Grid供给所述用户侧用电需求量Load；状态3：当所述储氢罐氢气量HS大于第一储氢阈值且所述蓄电池当前荷电率SOC小于第三当前荷电率阈值时，谷时段所述电网电量Grid供给所述用户侧用电需求量Load和所述蓄电池模块电量BT之和。4.根据权利要求1所述的基于状态机的综合能源系统控制方法，其特征在于：当所述电网处于峰时段时，所述综合能源利用系统处于耗能模式，所述耗能模式按照用户侧用电量高低时段分为低耗能模式和高耗能模式，所述低耗能模式包含以下4种状态：状态4：当所述光伏发电量PV大于所述用户侧负载需求量Load、且蓄电池当前荷电率SOC大于第一当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV供给所述用户侧负载需求量Load，所述蓄电池停止充电；状态5：当所述光伏发电量PV大于所述用户侧负载需求量Load、且蓄电池当前荷电率
SOC小于第一当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV供给所述用户侧负载需求量Load和所述蓄电池充电BT；状态6：当所述光伏发电量PV小于所述用户侧负载需求量Load，且蓄电池当前荷电率SOC大于第二当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV和所述蓄电池放电量BT供给所述用户侧负载需求量Load；状态7：当所述光伏发电量PV小于所述用户侧负载需求量Load，且蓄电池当前荷电率SOC小于第二当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV和所述电网电量Grid供给所述用户侧负载需求量Load，所述蓄电池停止放电。5.根据权利要求1所述的基于状态机的综合能源系统控制方法，其特征在于：当所述电网处于峰时段时，所述综合能源利用系统处于耗能模式，所述耗能模式按照用户侧用电量高低时段分为低耗能模式和高耗能模式，所述高耗能模式包含以下10种状态：状态8：当所述储氢罐氢气量HS小于第二储氢阈值时，且所述光伏发电量PV大于所述用户侧负载需求量Load、蓄电池当前荷电率SOC大于第一当前荷电率阈值时，所述光伏发电量PV供给所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，牛烁智，刘铠诚，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：