本發(fā)明涉及的是一種電熱聯(lián)合型微電網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于群控?zé)岜玫奈㈦娋W(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)平抑方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以冷、熱、電、氣等多種能源進(jìn)行綜合規(guī)劃與多元互動(dòng)，形成的具有多能協(xié)同特征綜合能源系統(tǒng)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。然而，熱力網(wǎng)、電力網(wǎng)以及燃?xì)饩W(wǎng)等能量供給系統(tǒng)目前普遍存在獨(dú)立設(shè)計(jì)、規(guī)劃且各自運(yùn)行的特點(diǎn)。

當(dāng)前研究將電熱轉(zhuǎn)換元件作為電力網(wǎng)與熱力網(wǎng)的能量交換接口，在微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線波動(dòng)功率控制的技術(shù)層面取得了一定突破，但電熱轉(zhuǎn)換元件的運(yùn)行方式較為單一，尚未實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)中電、熱兩種能量的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與深度耦合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種基于群控?zé)岜玫奈㈦娋W(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)平抑方法及系統(tǒng)，以電熱轉(zhuǎn)換技術(shù)為手段，通過(guò)電-熱能量協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率平滑，同時(shí)提升微電網(wǎng)中電能和熱能的互補(bǔ)經(jīng)濟(jì)性以及能量綜合利用效率。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種基于群控?zé)岜玫奈㈦娋W(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)平抑方法，根據(jù)微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率平滑目標(biāo)，通過(guò)電熱泵集群控制算法先確定需要開(kāi)啟的電熱泵序號(hào)區(qū)間以及需要關(guān)閉的電熱泵序號(hào)區(qū)間，然后基于用戶舒適度對(duì)兩序號(hào)區(qū)間的電熱泵狀態(tài)切換的優(yōu)先度進(jìn)行排序，之后對(duì)已排序開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換的電熱泵，計(jì)算各電熱泵狀態(tài)切換的時(shí)長(zhǎng)，若該時(shí)長(zhǎng)小于電熱泵狀態(tài)切換時(shí)長(zhǎng)下限，則保持該電熱泵原有運(yùn)行狀態(tài)，否則對(duì)該電熱泵進(jìn)行開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換，平抑部分功率波動(dòng)；最后對(duì)剩余的功率波動(dòng)進(jìn)行平抑，將經(jīng)過(guò)一階濾波后的高頻成分通過(guò)蓄電池出力平抑，低頻成分在電熱泵和蓄電池中進(jìn)行出力分配進(jìn)行平抑。

所述的微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率平滑目標(biāo)P_Tline(t)-P_Tline0(t)＝P_ESS(t)+ΔP_HP(t)，其中：P_Tline(t)＝P_EL(t)+P_HP(t)-P_Wind(t)-P_PV(t)，P_Tline(t)表示t時(shí)刻聯(lián)絡(luò)線實(shí)際功率，規(guī)定流入微電網(wǎng)功率為正，反之為負(fù)；P_Tline0(t)表示t時(shí)刻聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率，P_ESS(t)為t時(shí)刻蓄電池出力，ΔP_HP(t)為t時(shí)刻電熱泵出力，P_EL(t)表示t時(shí)刻微電網(wǎng)用戶負(fù)荷的電需求功率，P_HP(t)表示t時(shí)刻電熱泵群消耗功率，P_Wind(t)表示t時(shí)刻風(fēng)力發(fā)電出力，P_PV(t)表示t時(shí)刻光伏發(fā)電出力。

所述的電熱泵狀態(tài)切換優(yōu)先度排序，包括以下步驟：

S₁₀₁，當(dāng)P_Tline(t)-P_Tline0(t)＞0時(shí)，確定電熱泵由關(guān)閉狀態(tài)切換到開(kāi)啟狀態(tài)的序號(hào)指針k₁＝min{[(P_Tline(t)-P_Tline0(t))/P_HPN],N_HP，1(t)}，得到需要開(kāi)啟電熱泵的序號(hào)區(qū)間；當(dāng)P_Tline(t)-P_Tline0(t)＜0時(shí)，確定電熱泵由開(kāi)啟狀態(tài)切換到關(guān)閉狀態(tài)的序號(hào)指針k₂＝min{[(P_Tline0(t)-P_Tline1(t))/P_HPN],N_HP，2(t)}，得到需要關(guān)閉電熱泵的序號(hào)區(qū)間；

S₁₀₂，使用C_i表示第i臺(tái)處于開(kāi)啟狀態(tài)下的電熱泵對(duì)應(yīng)的用戶舒適度，使用C_j表示第j臺(tái)處于關(guān)閉狀態(tài)下的電熱泵對(duì)應(yīng)的用戶舒適度；對(duì)處于需要開(kāi)啟電熱泵序號(hào)區(qū)間內(nèi)的電熱泵，按照C_j(t)數(shù)值大小進(jìn)行序號(hào)j的降序排列，得到序列j＝1,2,...,N_HP，2(t)，其中電熱泵由關(guān)閉狀態(tài)切換為開(kāi)啟狀態(tài)的優(yōu)先度隨序號(hào)增大依次降低；對(duì)處于需要關(guān)閉電熱泵序號(hào)區(qū)間內(nèi)的電熱泵，按照C_i(t)數(shù)值大小進(jìn)行序號(hào)i的升序排列，得到序列i＝1,2,...,N_HP，1(t)，其中電熱泵由開(kāi)啟狀態(tài)切換為關(guān)閉狀態(tài)的優(yōu)先度隨序號(hào)增大依次降低。

所述的剩余功率波動(dòng)平抑是指對(duì)與時(shí)域條件對(duì)應(yīng)的頻域條件下的聯(lián)絡(luò)線剩余功率波動(dòng)P_HESS(s)進(jìn)行一階濾波，其中高頻成分P_HF(s)由蓄電池出力平抑，低頻成分P_LF(s)由電熱泵和蓄電池共同出力平抑：其中：λ₀表示濾波時(shí)間常數(shù)，參數(shù)選取原則依據(jù)電熱泵與蓄電池的功率信號(hào)響應(yīng)速度；s表示復(fù)頻域參數(shù)；

所述的低頻成分P_LF(s)在與復(fù)頻域參數(shù)s對(duì)應(yīng)的時(shí)域參數(shù)t下對(duì)電熱泵和蓄電池的出力進(jìn)行分配，包括以下步驟：

S₂₀₁，基于t-1時(shí)刻蓄電池荷電狀態(tài)和蓄電池出力分配，構(gòu)建t時(shí)刻蓄電池出力權(quán)函數(shù)W_ESS(·)：蓄電池荷電狀態(tài)W_ESS(t)＝a₁P_HESS(t)·SOC_ESS(t)+a₂P_HESS(t)+a₃SOC_ESS(t)+a₄，其中：E_ESS表示蓄電池容量，a₁～a₄為權(quán)函數(shù)常系數(shù)；

基于t-1時(shí)刻電熱泵出力分配，構(gòu)建t時(shí)刻電熱泵出力權(quán)函數(shù)W_HP(·)：電熱泵出力分配ΔP_HP(t-1)＝P_HP(t-1)-N_HP(t-1)·P_HPN[τ_ON/(τ_ON+τ_OFF)]，電熱泵出力偏移狀態(tài)W_HP(t)＝a₅[P_LF(t)+a₆]·[S_HP(t)+a₇]，其中：a₅～a₇為權(quán)函數(shù)常系數(shù)；

S₂₀₂，根據(jù)電熱泵群中電熱泵開(kāi)啟數(shù)量的情況動(dòng)態(tài)調(diào)整電熱泵和蓄電池的出力分配：

t時(shí)刻蓄電池出力P_ESS(t)＝P_HESS(t)-ΔP_HP(t)，充電為正，放電為負(fù)；

t時(shí)刻電熱泵出力其中：ξ₀表示蓄電池與電熱泵的等效容量比，N_{HP_max}表示對(duì)應(yīng)于微電網(wǎng)用戶最大熱需求狀態(tài)下的電熱泵最大運(yùn)行數(shù)量。

所述的用戶舒適度表示t時(shí)刻序號(hào)為i的電熱泵對(duì)應(yīng)的用戶舒適度，C_i(t)∈[-0.5,0.5]，其中：

T_HP,i表示第i個(gè)用戶的室溫由編號(hào)為i的電熱泵獨(dú)立供熱，T_outside表示室外環(huán)境溫度；x_HP,i表示第i個(gè)電熱泵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，0為關(guān)閉，1為開(kāi)啟；C表示電熱泵等值電容，R表示電熱泵等值電阻，Q表示電熱泵等值熱比率，Δt表示時(shí)間間隔；T_max、T_min分別表示用戶溫度上、下限，T_set表示用戶期望的目標(biāo)溫度。

所述的N_HP(t)＝N_HP，1(t)+N_HP,2(t)，其中：N_HP(t)表示t時(shí)刻電熱泵群中可運(yùn)行的電熱泵數(shù)量，N_HP，1(t)表示t時(shí)刻處于開(kāi)啟狀態(tài)的電熱泵數(shù)量，N_HP,2(t)表示t時(shí)刻處于關(guān)閉狀態(tài)的電熱泵數(shù)量，P_TL(t)＝COP_HP·P_HP(t)，P_TL(t)表示t時(shí)刻熱泵群的熱功率，COP_HP表示電熱泵能效系數(shù)，等于電熱泵產(chǎn)熱功率與輸入電功率之比；單臺(tái)熱泵的平均運(yùn)行功率近似為P_HPNτ_ON/(τ_ON+τ_OFF)，P_HPN表示單臺(tái)熱泵的額定運(yùn)行功率，τ_ON、τ_OFF分別表示熱泵處于開(kāi)啟、關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，[·]表示取整函數(shù)；N_{HP_max}表示為對(duì)應(yīng)于微電網(wǎng)用戶最大熱需求狀態(tài)下的電熱泵最大運(yùn)行數(shù)量。

所述的t時(shí)刻為當(dāng)前時(shí)刻，t-1時(shí)刻為上一時(shí)刻，以次類推。

本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括：控制模塊、發(fā)電模塊、開(kāi)關(guān)狀態(tài)傳感器、室溫傳感器和功率傳感器，其中：開(kāi)關(guān)狀態(tài)傳感器與電熱泵相連，室溫傳感器與用戶側(cè)相連，功率傳感器分別與電熱泵和蓄電池相連，發(fā)電模塊與控制模塊相連并輸出電力信息，開(kāi)關(guān)狀態(tài)傳感器與控制模塊相連并輸出電熱泵開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息，室溫傳感器與控制模塊相連并輸出用戶室內(nèi)溫度信息，功率傳感器與控制模塊相連并輸出電熱泵和蓄電池的出力信息，控制模塊分別與電熱泵、蓄電池相連并輸出電力控制信息。

所述的控制模塊包括一階濾波器。

所述的發(fā)電模塊包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或光伏電池。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于電熱泵運(yùn)行與用戶室溫的關(guān)系進(jìn)行電熱泵開(kāi)關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，完成電熱轉(zhuǎn)換，從而平抑了微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線中部分的波動(dòng)功率；進(jìn)而通過(guò)綜合考慮電熱泵群的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電熱泵實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)以及蓄電池的荷電狀態(tài)，對(duì)波動(dòng)功率在電熱泵-蓄電池間進(jìn)行合理的分配以協(xié)同平抑剩余的波動(dòng)功率；本發(fā)明在保證用戶室溫處于合理范圍的前提下，實(shí)現(xiàn)可再生能源功率波動(dòng)的抑制。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明方法流程圖；

圖3為本發(fā)明中電熱泵集群控制算法流程圖；

圖4為本發(fā)明中電熱泵運(yùn)行曲線圖；

圖5為本發(fā)明中蓄電池出力權(quán)函數(shù)；

圖6為本發(fā)明中電熱泵出力權(quán)函數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)施例涉及一種基于群控?zé)岜玫奈㈦娋W(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)平抑方法，包括以下步驟：

S₁，根據(jù)微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率平滑目標(biāo)P_Tline(t)-P_Tline0(t)＝P_ESS(t)+ΔP_HP(t)，通過(guò)電熱泵集群控制算法對(duì)電熱泵群中可用電熱泵的優(yōu)先度進(jìn)行排序，切換電熱泵開(kāi)關(guān)狀態(tài)，平抑部分功率波動(dòng)；

S₁₀₁，當(dāng)P_Tline(t)-P_Tline0(t)＞0時(shí)，確定電熱泵由關(guān)閉狀態(tài)切換到開(kāi)啟狀態(tài)的序號(hào)指針k₁＝min{[(P_Tline(t)-P_Tline0(t))/P_HPN],N_HP，1(t)}，得到需要開(kāi)啟電熱泵的序號(hào)區(qū)間；當(dāng)P_Tline(t)-P_Tline0(t)＜0時(shí)，確定電熱泵由開(kāi)啟狀態(tài)切換到關(guān)閉狀態(tài)的序號(hào)指針k₂＝min{[(P_Tline0(t)-P_Tline1(t))/P_HPN],N_HP，2(t)}，得到需要關(guān)閉電熱泵的序號(hào)區(qū)間；

S₁₀₂，對(duì)處于需要開(kāi)啟電熱泵序號(hào)區(qū)間內(nèi)的電熱泵，按照C_j(t)數(shù)值大小進(jìn)行序號(hào)j的降序排列，得到序列j＝1,2,...,N_HP，2(t)，其中電熱泵由關(guān)閉狀態(tài)切換為開(kāi)啟狀態(tài)的優(yōu)先度隨序號(hào)增大依次降低；對(duì)處于需要關(guān)閉電熱泵序號(hào)區(qū)間內(nèi)的電熱泵，按照C_i(t)數(shù)值大小進(jìn)行序號(hào)i的升序排列，得到序列i＝1,2,...,N_HP，1(t)，其中電熱泵由開(kāi)啟狀態(tài)切換為關(guān)閉狀態(tài)的優(yōu)先度隨序號(hào)增大依次降低；

S₁₀₃，計(jì)算序號(hào)為i的電熱泵狀態(tài)切換的時(shí)長(zhǎng)τ_HP,i，若τ_HP,i小于電熱泵狀態(tài)切換時(shí)長(zhǎng)下限τ_INT，則保持該電熱泵原有運(yùn)行狀態(tài)，否則對(duì)序號(hào)為i的電熱泵進(jìn)行開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換，平抑部分功率波動(dòng)；

S₂，經(jīng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換后，對(duì)聯(lián)絡(luò)線剩余功率波動(dòng)P_HESS(s)進(jìn)行一階濾波，其中高頻成分P_HF(s)由蓄電池出力平抑，低頻成分P_LF(s)由電熱泵和蓄電池共同出力平抑：

對(duì)低頻成分P_LF(s)在時(shí)域參數(shù)t下對(duì)電熱泵和蓄電池的出力進(jìn)行分配，包括以下步驟：

S₂₀₁，基于t-1時(shí)刻蓄電池荷電狀態(tài)和蓄電池出力分配，構(gòu)建t時(shí)刻蓄電池出力權(quán)函數(shù)W_ESS(·)：蓄電池荷電狀態(tài)W_ESS(t)＝a₁P_HESS(t)·SOC_ESS(t)+a₂P_HESS(t)+a₃SOC_ESS(t)+a₄；當(dāng)蓄電池荷電狀態(tài)SOC_ESS接近容量上限時(shí)使蓄電池優(yōu)先放電并減少充電，當(dāng)SOC_ESS接近容量下限時(shí)，使蓄電池優(yōu)先充電并減少放電；蓄電池出力權(quán)函數(shù)W_ESS(·)的三維坐標(biāo)圖如圖5所示；

基于t-1時(shí)刻電熱泵出力分配，構(gòu)建t時(shí)刻電熱泵出力權(quán)函數(shù)W_HP(·)：ΔP_HP(t-1)＝P_HP(t-1)-N_HP(t-1)·P_HPN[τ_ON/(τ_ON+τ_OFF)]，電熱泵出力偏移狀態(tài)W_HP(t)＝a₅[P_LF(t)+a₆]·[S_HP(t)+a₇]；當(dāng)電熱泵出力偏移狀態(tài)S_HP接近允許上限時(shí)使ΔP_HP負(fù)方向增大，當(dāng)S_HP接近允許下限時(shí)使ΔP_HP正方向增大；電熱泵出力權(quán)函數(shù)W_HP(·)的三維坐標(biāo)圖如圖6所示；

S₂₀₂，根據(jù)電熱泵群中電熱泵開(kāi)啟數(shù)量的情況動(dòng)態(tài)調(diào)整電熱泵和蓄電池的出力分配：

t時(shí)刻蓄電池出力P_ESS(t)＝P_HESS(t)-ΔP_HP(t)；

t時(shí)刻電熱泵出力此外，通過(guò)控制電熱泵節(jié)流閥的工質(zhì)流量與壓縮機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，電熱泵實(shí)時(shí)運(yùn)行電功率隨工質(zhì)流量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變，此時(shí)電熱泵實(shí)際功率與額定運(yùn)行功率的功率偏差量可進(jìn)一步平抑微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的剩余波動(dòng)分量。

所述的其中：

所述的N_HP(t)＝N_HP，1(t)+N_HP,2(t)，其中：P_TL(t)＝COP_HP·P_HP(t)。

如圖1所示，本實(shí)施例涉及實(shí)現(xiàn)上述方法的功率波動(dòng)平抑系統(tǒng)，包括：控制模塊、發(fā)電模塊、開(kāi)關(guān)狀態(tài)傳感器、室溫傳感器和功率傳感器，其中：開(kāi)關(guān)狀態(tài)傳感器與電熱泵相連，室溫傳感器與用戶側(cè)相連，功率傳感器分別與電熱泵和蓄電池相連，發(fā)電模塊與控制模塊相連并輸出電力信息，開(kāi)關(guān)狀態(tài)傳感器與控制模塊相連并輸出電熱泵開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息，室溫傳感器與控制模塊相連并輸出用戶室內(nèi)溫度信息，功率傳感器與控制模塊相連并輸出電熱泵和蓄電池的出力信息，控制模塊分別與電熱泵、蓄電池相連并輸出電力控制信息。

所述的控制模塊包括一階濾波器。

所述的發(fā)電模塊包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或光伏電池等可再生能源裝置。