本發(fā)明屬于發(fā)電控制領(lǐng)域，涉及一種多能互補(bǔ)微能源的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略，具體為微網(wǎng)優(yōu)化控制模式。
背景技術(shù)：
目前的主要研究集中在微電網(wǎng)的控制，電能的供應(yīng)、電能質(zhì)量和電能管理方面的研究目前已經(jīng)成熟，但隨著冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的研究應(yīng)用，微電網(wǎng)已發(fā)展成為更加廣義的微能源網(wǎng)或能源微網(wǎng)，除了電能的控制和管理，冷、熱也需要控制和管理，且熱(冷)和電能之間存在耦合關(guān)系，使系統(tǒng)的控制和管理變得更加復(fù)雜，因此，研究微能源網(wǎng)的控制具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
微網(wǎng)優(yōu)化控制模式，微能源網(wǎng)的資源結(jié)構(gòu)主要有分布式發(fā)電、負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置組成，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)和系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息。
微能源網(wǎng)的電源主要有電網(wǎng)、可再生能源(包括分布式光伏、風(fēng)力發(fā)電、地源熱泵、光熱等)和清潔能源(主要為天然氣分布式發(fā)電、水電等)以及儲(chǔ)能等。
負(fù)荷按照其重要性可分為敏感負(fù)荷、可調(diào)節(jié)負(fù)荷和可中斷負(fù)荷，敏感負(fù)荷是重要的如果斷電會(huì)造成重大損失的負(fù)荷，對(duì)這一級(jí)負(fù)荷斷電，將造成設(shè)備損壞，影響辦公條件，數(shù)據(jù)中斷的問題；可調(diào)節(jié)負(fù)荷是可以調(diào)節(jié)的負(fù)荷；可中斷負(fù)荷是可以中斷并不會(huì)有大的影響的負(fù)荷。
儲(chǔ)能是微能源網(wǎng)的重要組成部分，儲(chǔ)能能平滑光伏、風(fēng)能由于受外界環(huán)境影響引起的波動(dòng)，在整個(gè)電能供應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，提高供電的可靠性和電能質(zhì)量。
微能源網(wǎng)的優(yōu)化控制是對(duì)整個(gè)微能源網(wǎng)的能量管理，通過優(yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)微能源的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，為用戶提高穩(wěn)定的、高質(zhì)量的能源，由于電能的瞬時(shí)性，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須實(shí)時(shí)監(jiān)視控制電源和負(fù)荷的能量平衡。
優(yōu)化控制的基礎(chǔ)是負(fù)荷和電源出力的預(yù)測(cè)，負(fù)荷預(yù)測(cè)是以日前每小時(shí)的負(fù)荷記錄為基礎(chǔ)，區(qū)分基礎(chǔ)負(fù)荷(工作負(fù)荷等)、氣候敏感性負(fù)荷(冬天加熱、夏天制冷)和可能有的隨機(jī)性負(fù)荷(重大活動(dòng)等)，對(duì)歷史記錄中的各種負(fù)荷做線性回歸分析得到歷史負(fù)荷變化的趨勢(shì)，在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上根據(jù)當(dāng)天的氣候變化對(duì)負(fù)荷的影響修正，考慮工作日和節(jié)假日的負(fù)荷變化以及重大活動(dòng)可能引起的負(fù)荷變化。分布式電源出力預(yù)測(cè)是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和外部環(huán)境的變化預(yù)測(cè)分布式能源的出力，光伏發(fā)電是間歇性能源，受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度等影響，其輸出功率具有不確定性，不利于電網(wǎng)調(diào)度人員安排常規(guī)電源與其協(xié)調(diào)調(diào)度，因此需要對(duì)光伏發(fā)電出力進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得其輸出功率發(fā)展曲線，以利于協(xié)調(diào)調(diào)度，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，先根據(jù)不同的氣候類型(如晴天、陰天、雨天等)對(duì)發(fā)電功率進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算出氣候類型平均發(fā)電功率與氣候類型之間的倍率關(guān)系，然后根據(jù)當(dāng)天的氣候類型和預(yù)測(cè)日前對(duì)應(yīng)時(shí)刻的發(fā)電功率進(jìn)行光伏發(fā)電出力進(jìn)行預(yù)測(cè)。風(fēng)力發(fā)電輸出功率受風(fēng)能隨機(jī)性影響很大，也可以用類似的方法對(duì)風(fēng)力發(fā)電的出力進(jìn)行預(yù)測(cè)。
進(jìn)一步的，優(yōu)化控制的核心是能量平衡，電能負(fù)荷與發(fā)電量的關(guān)系為
Em＝Egt+Ewt+Epv+Ebt＝EL (1)
其中，Em為系統(tǒng)電能輸出總量，Egt，Ewt，Epv，分別為燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)、光伏電池的電能輸出量，Ebt為蓄電池的電能充放量，EL為系統(tǒng)電能負(fù)荷量。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量和能耗量關(guān)系為：
Qgt為燃?xì)廨啓C(jī)能耗量，ηgt為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率。
余熱鍋爐能從廢熱中回收的熱能為
Qrec＝Qgt·(1-ηgt)·ηrec (3)
Qrec為回收的熱能量，ηrec為回收效率。
正常情況下，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果和分布式電源的預(yù)測(cè)結(jié)果規(guī)劃燃機(jī)的出力和市電的使用量，儲(chǔ)能在系統(tǒng)運(yùn)行過程中承擔(dān)細(xì)調(diào)責(zé)任。在優(yōu)化控制過程中，盡管分布式光伏和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的出力都是可以調(diào)節(jié)和啟停的，為了避免“棄光棄風(fēng)”和降低溫室氣體排放，盡量全部使用風(fēng)能和光伏發(fā)電量，多余的電量可以存儲(chǔ)或上網(wǎng)銷售。電源側(cè)主要的控制對(duì)象為燃?xì)廨啓C(jī)，在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)的電壓和頻率由大電網(wǎng)控制，燃?xì)廨啓C(jī)采用恒功率控制，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷的有功和無(wú)功變化保證功率平衡，在離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，燃?xì)廨啓C(jī)作為主電源，迅速?gòu)暮愎β士刂颇Ｊ睫D(zhuǎn)換成恒壓恒頻控制模式，為微能源網(wǎng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率，其他分布式能源采用恒功率控制實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷功率的變化，儲(chǔ)能承擔(dān)穩(wěn)定電能供應(yīng)和電能質(zhì)量的作用。
燃?xì)廨啓C(jī)在發(fā)電的同時(shí)，通過余熱鍋爐和溴化鋰機(jī)組能利用燃?xì)廨啓C(jī)的余熱提供熱能和冷能，提供一次能源的綜合利用率。通過預(yù)測(cè)或設(shè)定熱或冷能的使用量，可通過以熱(冷)定電的方式節(jié)約燃?xì)廨啓C(jī)的燃料使用量，提高能效。
在孤網(wǎng)運(yùn)行或其他條件限制情況下，電力供應(yīng)不足或熱(冷)供應(yīng)不足的情況下，可通過調(diào)整負(fù)荷來(lái)達(dá)到能量平衡，根據(jù)負(fù)荷的特性，首先保證敏感負(fù)荷的供電，切斷可中斷負(fù)荷或調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)負(fù)荷來(lái)實(shí)現(xiàn)能量平衡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
附圖說(shuō)明
圖1是微網(wǎng)優(yōu)化控制模型。
具體實(shí)施方式
微網(wǎng)優(yōu)化控制模式，微能源網(wǎng)的資源結(jié)構(gòu)主要有分布式發(fā)電、負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置組成，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)和系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，微網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行模式如附圖1所示。
微能源網(wǎng)的電源主要有電網(wǎng)、可再生能源(包括分布式光伏、風(fēng)力發(fā)電、地源熱泵、光熱等)和清潔能源(主要為天然氣分布式發(fā)電、水電等)以及儲(chǔ)能等。
負(fù)荷按照其重要性可分為敏感負(fù)荷、可調(diào)節(jié)負(fù)荷和可中斷負(fù)荷，敏感負(fù)荷是重要的如果斷電會(huì)造成重大損失的負(fù)荷，對(duì)這一級(jí)負(fù)荷斷電，將造成設(shè)備損壞，影響辦公條件，數(shù)據(jù)中斷的問題；可調(diào)節(jié)負(fù)荷是可以調(diào)節(jié)的負(fù)荷；可中斷負(fù)荷是可以中斷并不會(huì)有大的影響的負(fù)荷。
儲(chǔ)能是微能源網(wǎng)的重要組成部分，儲(chǔ)能能平滑光伏、風(fēng)能由于受外界環(huán)境影響引起的波動(dòng)，在整個(gè)電能供應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，提高供電的可靠性和電能質(zhì)量。
微能源網(wǎng)的優(yōu)化控制是對(duì)整個(gè)微能源網(wǎng)的能量管理，通過優(yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)微能源的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，為用戶提高穩(wěn)定的、高質(zhì)量的能源，由于電能的瞬時(shí)性，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須實(shí)時(shí)監(jiān)視控制電源和負(fù)荷的能量平衡。
優(yōu)化控制的基礎(chǔ)是負(fù)荷和電源出力的預(yù)測(cè)，負(fù)荷預(yù)測(cè)是以日前每小時(shí)的負(fù)荷記錄為基礎(chǔ)，區(qū)分基礎(chǔ)負(fù)荷(工作負(fù)荷等)、氣候敏感性負(fù)荷(冬天加熱、夏天制冷)和可能有的隨機(jī)性負(fù)荷(重大活動(dòng)等)，對(duì)歷史記錄中的各種負(fù)荷做線性回歸分析得到歷史負(fù)荷變化的趨勢(shì)，在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上根據(jù)當(dāng)天的氣候變化對(duì)負(fù)荷的影響修正，考慮工作日和節(jié)假日的負(fù)荷變化以及重大活動(dòng)可能引起的負(fù)荷變化。分布式電源出力預(yù)測(cè)是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和外部環(huán)境的變化預(yù)測(cè)分布式能源的出力，光伏發(fā)電是間歇性能源，受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度等影響，其輸出功率具有不確定性，不利于電網(wǎng)調(diào)度人員安排常規(guī)電源與其協(xié)調(diào)調(diào)度，因此需要對(duì)光伏發(fā)電出力進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得其輸出功率發(fā)展曲線，以利于協(xié)調(diào)調(diào)度，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，先根據(jù)不同的氣候類型(如晴天、陰天、雨天等)對(duì)發(fā)電功率進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算出氣候類型平均發(fā)電功率與氣候類型之間的倍率關(guān)系，然后根據(jù)當(dāng)天的氣候類型和預(yù)測(cè)日前對(duì)應(yīng)時(shí)刻的發(fā)電功率進(jìn)行光伏發(fā)電出力進(jìn)行預(yù)測(cè)。風(fēng)力發(fā)電輸出功率受風(fēng)能隨機(jī)性影響很大，也可以用類似的方法對(duì)風(fēng)力發(fā)電的出力進(jìn)行預(yù)測(cè)。
進(jìn)一步的，優(yōu)化控制的核心是能量平衡，電能負(fù)荷與發(fā)電量的關(guān)系為
Em＝Egt+Ewt+Epv+Ebt＝EL (1)
其中，Em為系統(tǒng)電能輸出總量，Egt，Ewt，Epv，分別為燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)、光伏電池的電能輸出量，Ebt為蓄電池的電能充放量，EL為系統(tǒng)電能負(fù)荷量。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量和能耗量關(guān)系為：
Qgt為燃?xì)廨啓C(jī)能耗量，ηgt為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率。
余熱鍋爐能從廢熱中回收的熱能為
Qrec＝Qgt·(1-ηgt)·ηrec (3)
Qrec為回收的熱能量，ηrec為回收效率。
正常情況下，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果和分布式電源的預(yù)測(cè)結(jié)果規(guī)劃燃機(jī)的出力和市電的使用量，儲(chǔ)能在系統(tǒng)運(yùn)行過程中承擔(dān)細(xì)調(diào)責(zé)任。在優(yōu)化控制過程中，盡管分布式光伏和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的出力都是可以調(diào)節(jié)和啟停的，為了避免“棄光棄風(fēng)”和降低溫室氣體排放，盡量全部使用風(fēng)能和光伏發(fā)電量，多余的電量可以存儲(chǔ)或上網(wǎng)銷售。電源側(cè)主要的控制對(duì)象為燃?xì)廨啓C(jī)，在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)的電壓和頻率由大電網(wǎng)控制，燃?xì)廨啓C(jī)采用恒功率控制，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷的有功和無(wú)功變化保證功率平衡，在離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，燃?xì)廨啓C(jī)作為主電源，迅速?gòu)暮愎β士刂颇Ｊ睫D(zhuǎn)換成恒壓恒頻控制模式，為微能源網(wǎng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率，其他分布式能源采用恒功率控制實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷功率的變化，儲(chǔ)能承擔(dān)穩(wěn)定電能供應(yīng)和電能質(zhì)量的作用。
燃?xì)廨啓C(jī)在發(fā)電的同時(shí)，通過余熱鍋爐和溴化鋰機(jī)組能利用燃?xì)廨啓C(jī)的余熱提供熱能和冷能，提供一次能源的綜合利用率。通過預(yù)測(cè)或設(shè)定熱或冷能的使用量，可通過以熱(冷)定電的方式節(jié)約燃?xì)廨啓C(jī)的燃料使用量，提高能效。
在孤網(wǎng)運(yùn)行或其他條件限制情況下，電力供應(yīng)不足或熱(冷)供應(yīng)不足的情況下，可通過調(diào)整負(fù)荷來(lái)達(dá)到能量平衡，根據(jù)負(fù)荷的特性，首先保證敏感負(fù)荷的供電，切斷可中斷負(fù)荷或調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)負(fù)荷來(lái)實(shí)現(xiàn)能量平衡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。