基于復(fù)合儲(chǔ)能的分布式能源系統(tǒng)控制策略

匯報(bào)內(nèi)容5研究背景134超容-電池復(fù)合儲(chǔ)電物理仿真平臺(tái)總結(jié)基于復(fù)合儲(chǔ)能的最優(yōu)化控制策略研究2復(fù)合儲(chǔ)能需要研究的關(guān)鍵科學(xué)問題一、研究背景多能互補(bǔ)分布式系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)，可再生能源、分布式能源、多能互補(bǔ)、儲(chǔ)能技術(shù)等大量新能源技術(shù)都飛速發(fā)展，構(gòu)建綠色低碳能源體系成為能源發(fā)展的趨勢(shì)。國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出：能源互聯(lián)網(wǎng)是推動(dòng)我國能源革命的重要戰(zhàn)略支撐。特點(diǎn)：采用熱電聯(lián)供、可再生能源等多種形式靠近用戶端提供用能；能源負(fù)荷多樣化、用戶存在電、冷、熱等多種能源需求；區(qū)域能源供給多元化，多種可再生能源能源進(jìn)入。需求分析存在問題

重供給輕需求重建設(shè)輕管理并網(wǎng)不上網(wǎng)、離網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，太陽能、風(fēng)能等可再生能源利用率較低，棄風(fēng)棄光現(xiàn)象嚴(yán)重系統(tǒng)“源-荷”時(shí)空分布不均衡，存在短期峰谷波動(dòng)大和長時(shí)間尺度下供能、用能差異性大的特點(diǎn)調(diào)控手段簡(jiǎn)單，多數(shù)為單一類型儲(chǔ)能系統(tǒng)，調(diào)控性能差、轉(zhuǎn)換效率低、容量冗余大采用“電-冷-熱”的多能態(tài)復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)，是解決分布式系統(tǒng)能源供需側(cè)平衡、提高綜合能源利用率、降低儲(chǔ)能成本的有效方法。單一儲(chǔ)能技術(shù)的缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)各種電池儲(chǔ)電電力可以滿足多種需求成本高昂儲(chǔ)冷、儲(chǔ)熱成本低、可直接利用無法滿足電力需求因此，單一儲(chǔ)能技術(shù)無法同時(shí)滿足能量儲(chǔ)存和經(jīng)濟(jì)性之間的平衡。這就需要多能態(tài)復(fù)合儲(chǔ)能！二、復(fù)合儲(chǔ)能需要研究的關(guān)鍵科學(xué)問題研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)多能態(tài)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)集成及智能調(diào)度技術(shù)多能態(tài)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的最優(yōu)化匹配技術(shù)復(fù)合儲(chǔ)能光伏微網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理技術(shù)基于電-冷-熱的多能態(tài)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)多能態(tài)復(fù)合儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容1：優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究以可再生能源發(fā)電最大化輸出為目標(biāo)，研究最佳的儲(chǔ)容比匹配設(shè)計(jì)方法。將氣象參數(shù)、功率平滑時(shí)間周期、用能系統(tǒng)逐時(shí)負(fù)荷等相關(guān)參數(shù)納入到設(shè)計(jì)計(jì)算模型中，同時(shí)兼顧儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型多電源的微網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建模型內(nèi)容2：優(yōu)化匹配技術(shù)研究以可再生能源電力最大化利用為目標(biāo)，通過儲(chǔ)電、儲(chǔ)冷、儲(chǔ)熱方式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效的能量存儲(chǔ)和本地化利用，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)中可再生能源滲透率的最大化，減小可再生能源對(duì)傳統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)的沖擊，實(shí)現(xiàn)源-荷的有效互動(dòng)。微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配模型構(gòu)建智能監(jiān)控與能量管理平臺(tái)內(nèi)容3：系統(tǒng)集成及智能調(diào)度技術(shù)研究以微網(wǎng)系統(tǒng)的電能高效調(diào)度為目標(biāo)，根據(jù)不同能態(tài)的儲(chǔ)

能技術(shù)，研究制定相應(yīng)的運(yùn)行控制策略。包括對(duì)儲(chǔ)冷/放冷、儲(chǔ)電/放電、儲(chǔ)熱/放熱的最優(yōu)化調(diào)度特性展開系統(tǒng)研究。100kW

PCS調(diào)度控制界面LFP/C電池的調(diào)度特性曲線2468141618203.02.92.82.73.13.23.3電壓/V10

12電流/ASOC90%

SOC80%

SOC70%

SOC60%

SOC50%

SOC40%

SOC30%

SOC20%

SOC10%蓄冷系統(tǒng)的調(diào)度特性曲線內(nèi)容4：微網(wǎng)系統(tǒng)能量管理技術(shù)研究針對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種工作模式，研究能量的優(yōu)化與協(xié)調(diào)控制方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的供需平衡及實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度。實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)化控制與管理，有效提高微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行

可靠性與安全性。儲(chǔ)冷系統(tǒng)的調(diào)度控制系統(tǒng)智能監(jiān)控與能量管理平臺(tái)三、基于復(fù)合儲(chǔ)能的最優(yōu)化控制策略研究傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)控制方法特點(diǎn)：無光伏發(fā)電系統(tǒng)、無儲(chǔ)能系統(tǒng)燃?xì)鈾C(jī)組為主要供能設(shè)備，運(yùn)行狀態(tài)由負(fù)荷決定電網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)可提供支撐HGasCCHPGas

BoilerWaste

Heat

BoilerAbsorption

ChillerPower

GridElectricityThermal

EnergyColdEnergy

CEElectricityUsers’LoadHeatCold以電定熱：根據(jù)用戶的用電需求，確定燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電量，若不足由電網(wǎng)提供；繼而得到產(chǎn)熱量，不足則由燃?xì)忮仩t提供，有多余則釋放至環(huán)境。以熱定電：根據(jù)用戶的冷熱需求，確定燃?xì)鈾C(jī)組產(chǎn)熱量，若不足由燃?xì)忮仩t提供；繼而得到發(fā)電量，不足則由電網(wǎng)提供，有多余則上網(wǎng)或者損耗。燃?xì)鈾C(jī)組低負(fù)載率運(yùn)行能源浪費(fèi)嚴(yán)重可再生能源接入性差受限于電力政策GasCCHPGas

BoilerWaste

HeatBoilerAbsorptionChillerPVElectricityThermal

EnergyColdEnergyEElectricityUsers’LoadHHeatCColdHESSBESSTESSPower

Grid含復(fù)合儲(chǔ)能的分布式系統(tǒng)拓?fù)溆脩魝?cè)負(fù)荷預(yù)測(cè)光伏發(fā)電模型燃?xì)廨啓C(jī)特性改進(jìn)型以電定熱控制策略系統(tǒng)電力供應(yīng)的優(yōu)先順序?yàn)椋汗夥到y(tǒng)--燃?xì)鈾C(jī)組--儲(chǔ)電系統(tǒng)--電網(wǎng)系統(tǒng)熱量供應(yīng)的優(yōu)先順序?yàn)椋喝細(xì)鈾C(jī)組--儲(chǔ)熱系統(tǒng)—燃料鍋爐且燃?xì)廨啓C(jī)供熱量由其發(fā)電量確定儲(chǔ)電系統(tǒng)調(diào)控判斷條件：光伏系統(tǒng)：MPPT；燃?xì)鈾C(jī)組：Le

EPV

且負(fù)載率>0.5；儲(chǔ)電系統(tǒng)：E

CCHP

LeE

CCHPLeE

PV

補(bǔ)充發(fā)電；E

PV

存儲(chǔ)電能；改進(jìn)型以熱定電控制策略存儲(chǔ)量綜合考慮用電需求。系統(tǒng)熱量供應(yīng)的優(yōu)先順序?yàn)椋喝細(xì)鈾C(jī)組--儲(chǔ)熱系統(tǒng)—燃料鍋爐系統(tǒng)電力供應(yīng)的優(yōu)先順序?yàn)椋喝細(xì)鈾C(jī)組--光伏系統(tǒng)--儲(chǔ)電系統(tǒng)--電網(wǎng)且燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量由其供熱量確定儲(chǔ)熱系統(tǒng)調(diào)控判斷條件：燃?xì)鈾C(jī)組：根據(jù)冷熱需求確定；儲(chǔ)熱系統(tǒng)：E

CCHP

Lt

補(bǔ)充熱能；E

CCHPLt存儲(chǔ)熱能；分布式系統(tǒng)能量及儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置LE048162024020406080100NPV(kW)12t(h)LE048162024020406080100NPV(kW)12t(h)

24LeGeLeGeeE

(t

)

E

(t

)Q

E

(t)

E

(t)

|

t

1儲(chǔ)電系統(tǒng)容量

2323LtHPtHPtHPt

LtHPt

E(t)|Q(t

)

E(t

),

season

summert

0Lt

E

(t

)

E

(t

),

season

wintert

0

Q

E

(t)

E

E

(t)

E

(t)

|

Qt

max(QSt

,

QWt

)

St

LtWt

儲(chǔ)熱系統(tǒng)容量分布式系統(tǒng)能量變化曲線控制效果對(duì)比：冬季工況100kw燃?xì)鈾C(jī)組改進(jìn)型以電定熱控制策略048162024020406080100（kW）12t（h）SENout

LE048162024050100150200250300（kW）12t（h）STQout

LTLE048162024020406080100Nout(kW)12t(h)LT048162024050100150200250300Qout(kW)12t(h)100kw燃?xì)鈾C(jī)組傳統(tǒng)以電定熱控制策略基于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)控，100kw燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行工況較為穩(wěn)定但負(fù)載率不高，儲(chǔ)電系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用明顯；仍然存在熱能損失，但損失量有所減少?？刂菩Ч麑?duì)比：冬季工況60kw燃?xì)鈾C(jī)組改進(jìn)型以電定熱控制策略60kw燃?xì)鈾C(jī)組傳統(tǒng)以電定熱控制策略基于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)控，60kw燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行工況較為穩(wěn)定且基本滿負(fù)荷048162024020406080100（kW）12t（h）SENout

LE048162024050100150200250300（kW）12t（h）QboilerQout

ST

LT048162024020406080100（kW）12t（h）gridN

NoutLE048162024050100150200250300（kW）12t（h）QboilerQoutL運(yùn)行；但發(fā)熱量不足，儲(chǔ)熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用較弱。T控制效果對(duì)比：夏季工況100kw燃?xì)鈾C(jī)組改進(jìn)型以熱定電控制策略100kw燃?xì)鈾C(jī)組傳統(tǒng)以熱定電控制策略基于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)控，100kw燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行工況較為穩(wěn)定但負(fù)載率不高，但儲(chǔ)電系統(tǒng)沒有起作用；儲(chǔ)熱系統(tǒng)作用明顯，減少了機(jī)組的啟停運(yùn)行。048162024020406080100（kW）12t（h）outN

NgridLE0481620050100150200250300（kW）12t（h）STQout

LT048162024050100150200250300（kW）12t（h）24QboilerQout

LT048162024020406080100（kW）12t（h）gridN

NoutLE控制效果對(duì)比：夏季工況60kw燃?xì)鈾C(jī)組改進(jìn)型以熱定電控制策略60kw燃?xì)鈾C(jī)組傳統(tǒng)以熱定電控制策略基于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)控，60kw燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行工況較為穩(wěn)定且基本滿負(fù)荷運(yùn)行；儲(chǔ)電系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)均起到了較好的調(diào)節(jié)作用。048162024020406080100（kW）12t（h）Nout

SENgridLE048162024050100150200250300（kW）12t（h）STQout

LT048162024020406080100（kW）12t（h）NoutNgrid

LE048162024050100150200250300（kW）12t（h）QboilerQout

LT負(fù)載率分析針對(duì)兩種不同容量機(jī)組，基于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)控方式均使得燃?xì)鈾C(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)；同時(shí)選擇60kw燃?xì)鈾C(jī)組時(shí)，優(yōu)化效果明顯，機(jī)組保持在較高的負(fù)載率運(yùn)行。0481620240.00.20.40.60.81.0負(fù)載率12t（h）夏季無儲(chǔ)能夏季有儲(chǔ)能冬季無儲(chǔ)能冬季有儲(chǔ)能0481620240.40.60.81.0負(fù)載率12t（h）夏季無儲(chǔ)能夏季有儲(chǔ)能冬季無儲(chǔ)能冬季有儲(chǔ)能100kw燃?xì)鈾C(jī)組

60kw燃?xì)鈾C(jī)組基于遺傳算法的主動(dòng)調(diào)控策略智能算法的三個(gè)主要問題：目標(biāo)函數(shù)、約束條件、適應(yīng)度評(píng)價(jià)運(yùn)行維護(hù)成本目標(biāo)函數(shù)：運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、污染物排放量F

min(FM

,

Ffossil

)燃料費(fèi)

環(huán)境成本TFM

=

[FFU(t)

FOM

(t)

FEN

(t)

FEX

(t)]t

1大電網(wǎng)交互成本N

MF2

Ri

,j

)

Pi

ti

)

(

(fP

,ji

1

j

1功率平衡約束：復(fù)合儲(chǔ)能約束：

Pi

ti

Ej污染物排放約束：

Ri

,ji

1E,min

E

E,maxin-P

P（t）

PoutNPL

(t)

PEX

(t)

PBS

PDGi

(t)i

1QL,（H

t）

QMT

(t)

QGB

(t)

QTS

(t)SOCi,min

SOCi

(t)

SOCi,maxN遺傳算法步驟經(jīng)濟(jì)最優(yōu)運(yùn)行的單目標(biāo)功率分配結(jié)果605040302010010090807005101520PMTPbuy

Psell

Pboiler遺傳算法參數(shù)：種群規(guī)模100，交叉概率0.7，變異概率0.05，最大進(jìn)化代數(shù)1000。負(fù)荷功率變化風(fēng)電、光伏功率變化單目標(biāo)優(yōu)化下，節(jié)約了22%的運(yùn)行成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。大約在30代左右收斂，算法收斂性較好。多目標(biāo)優(yōu)化的功率分配結(jié)果經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和污染物排放指標(biāo)同時(shí)得到了優(yōu)化：多目標(biāo)優(yōu)化所節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用，相比單目標(biāo)有所降低，但CO2排放量明顯減少，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的綜合最優(yōu)運(yùn)行。分布式系統(tǒng)運(yùn)行成本CO2排放量含復(fù)合儲(chǔ)能2335.07460.67不含復(fù)合儲(chǔ)能2523.20575.34四、超容-電池混合儲(chǔ)電仿真平臺(tái)建設(shè)軌道交通再生電能的混合儲(chǔ)能回收系統(tǒng)牽引變電站混合儲(chǔ)能系統(tǒng)……制動(dòng)電阻系統(tǒng)包括4部分：牽引變電站、軌道車輛、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)、制動(dòng)電阻。系統(tǒng)拓?fù)浼败浻布?gòu)成電網(wǎng)配電線路K

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)DCDC鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)DCDC直流制動(dòng)電阻柜雙向直流變換器直流電源RS485直流母線超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)DCDC電池組雙向DC/DC

雙向DC/DC變換器1

變換器2模擬地鐵車輛混合儲(chǔ)能系統(tǒng)248V/22Ah5kw/8s混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法IoutMIinMUIaxIoutC區(qū)間（輸入電流）D區(qū)間（過壓保護(hù)）A區(qū)間（輸出電流）B區(qū)間（空閑待機(jī)）axUVsetVosetOVset注：Iout：工作電流IoutMax：最大輸出電流IinMax：最大輸入電流UVset：欠壓保護(hù)設(shè)定值Voset：輸出電壓設(shè)定值OVset：過壓保護(hù)設(shè)定值UDCbksc1ksc2ksc3soc3soc2soc1放電靜置Usc,dshUsc,maxUDCb_ref

Usc,cha充電IscIsc,maxdIsc,maxc1Isc,maxc2Isc,maxc3bat

,chabat

_

refIUDCb

Ubat

,dch

Ibat

,max

d

0Ubat

,dch

UDCb

U

Ubat

,cha

UDCb

Ubat

,maxUDCb

Ubat

,max

kbat

(Ubat

,cha

UDCb

)

Ibat

,max

csc,max

dsc,chasc,max(

SOC

)DCb

sc,maxI

UDCb

Usc,dchUsc,dch

UDCb

Usc,cha

0Isc

_

ref

k(

SOC

)

*

(U

U

)DCb

Usc,cha

UDCb

U

sc