电-热联合型微网能量管理与控制研究

发布时间：2020-04-28 21:18

【摘要】：对于主动配电网、微电网,一般存在电力系统单独规划、单独运行的特征,电、热、气网之间普遍缺少协同、交互,无法高效实现可再生能源消纳、多网流耦合控制以及能量梯级优化。随着可再生能源发电的普及应用,以风电、光伏、热泵为代表的分布式供能系统在用户侧不断集成,形成以需求侧用户为主体的电-热联合型微网。为匹配用户侧电、热等多种用能需求,电-热联合型微网以热电联供系统为建设核心,因地制宜、统筹规划、协同利用新能源与传统能源,同时满足热电联供系统中可再生能源消纳、微网功率波动抑制、系统优化管理与调节等服务。电能、热能的协同控制是电-热联合型微网中热电联供系统运行的关键特征,基于电制热与热电联产技术将电力网与热力网进行耦合,优化配置电储能容量,减少微网整体投资成本,同时在很大程度上提升分布式可再生能源综合消纳能力,有效抑制微网联络线功率波动,实现多种能量的协同供给与梯级利用。本文围绕电-热联合型微网的能量管理与控制,具体研究短时间尺度下的微网功率波动平抑方法以及长时间尺度下的微网能量优化管理方法。取得成果如下:(1)基于电热泵的运行控制灵活性,对平滑电-热联合型微网中分布式可再生能源的功率波动进行了深入分析。考虑蓄电池、超级电容的荷电状态,以及电热泵的实时运行特性,在能量管理控制中心的调节下,对热泵-电储能混合系统进行协同耦合控制,最终实现可再生能源发电的功率平滑。将热泵应用于多能互补综合能源系统,降低了蓄电池的容量投资成本,增加了电储能的使用寿命,实现了微网功率波动平抑。(2)通过考虑群控热泵的集群耦合控制技术,同时配合储能系统充放电特性,在多能协同综合能源系统中对联络线功率波动进行抑制。能量管理与控制中心分析分布式电源出力信号、用户电热需求信号、热泵群的运行状态信号以及微网联络线状态信号,将电热泵群作为电-热转换的核心设备,建立电热泵群启停状态模型,分析电热泵群启停状态的集群控制算法,最终得到电热泵群的实时启停状态数列。基于电热泵与储能系统的出力罚值,将联络线波动功率在两者间进行分配,以得到热泵、储能系统的运行出力值。(3)基于峰、平、谷不同时段对应的电价设计相应的能量管理约束条件,得到匹配削峰与供暖需求的热空调供暖系统能量管理与优化方法,该方法可以得到高效的能量管理模型,进行高效的削峰,同时实现微网的经济运行。储热水箱具有大幅度、长时间的削峰效果,因此热空调供暖系统能够在很大程度上对电力网进行削峰。对于电-热联合型微网的运行与控制,热空调供暖系统具有很强的电热耦合调控功能。最后对全文作了总结,指出进一步研究的方向。
【图文】：

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能源危机和环境污染的双重压力促使现有能源消费模式必须进行改革转型，节能环保升为国家战略，国际社会和国内各级政府都高度关注。多能互补作为转变能源发展方现能源战略转型、实施能源革命的重大举措，逐渐成为节能环保政策和研究方向前沿[1-随着能源互联网研究的不断深入，在多能互补场景中采用电、冷、热、气等多类能源实合规划以及多能互动，建立包含多能互补特性的综合能源系统已成为该领域研究热点[当前，一般类型的主动配电网、微电网等用户侧配电系统始终存在单独规划、单独运特征，电、热、气网之间普遍缺少协同、交互，无法高效实现多种能源间的可再生能源、多网流耦合控制以及能量梯级优化[7][8]。随着可再生能源发电的普及应用，以风电、、热泵为代表的分布式供能系统在用户侧不断集成，形成以需求侧用户为主体的电-热型微网[9]。为匹配用户侧电、热等多种用能需求，电-热联合型微网以热电联供系统为建心，因地制宜、统筹规划、协同利用新能源与传统能源，同时满足热电联供系统中可再源消纳、系统优化管理与调节等服务[10-13]。电能、热能的协同控制是电-热联合型微网中热电联供系统运行的关键特征，电能流传输且运行控制技术相对成熟，具备大范围能量流集中、输送与调配的平台优势[14-16]；流惯性更大、储热成本更低，对不同能流间的耦合具有良好的适应与耐受能力。在满足需求的同时，基于电制热与热电联产技术将电力网与热力网进行耦合，优化配置电储能，减少微网整体投资成本，同时在很大程度上提升分布式可再生能源综合消纳能力，有制微网联络线功率波动，实现多种能量的协同供给与梯级利用。图 1-1 给出了多能互补能源系统的系统结构，具体包括风、光、储以及热泵等元件。

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大学硕士学位论文第二章电-热联合型微网图 2-3 Cp随、的变化情况图 2-3 可得到如下结论：1）通过比较任何固定的叶尖速比可以看出，如果 = 0，则 Cp为极限值。逐渐变大，，风能系数 Cp相对地会逐渐变小；2）对于任意固定桨叶，桨叶节距角有且只有一个风能系数极大值 Cp, max。过上面分析可以看出，风力发电机的转速以及桨距角的控制能够高效地改变风功率。节提出的风力发电机的数学模型是以风力发电机的风速-功率特性为基础的，阐述。于单台风力发电机，其输入输出特性可通过相关厂商提供的风速-功率曲线获曲线体现了在风力发电机轮毂处风速下产生的风力发电机的发电功率。典型风速-功率曲线如图 2-4 所示，此曲线是在标准状态下得到的（温度 288.16K、5kg/m3以及大气压强 101.325Pa）。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM73;TU995

【参考文献】