[發明專利]離網型光氣熱電聯產綜合能源系統協調控制方法

在審

• 申請號: 202110278310.X
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113159983A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 金宇暉;沈炯;張俊禮;吳嘯
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;G06Q10/04;H02J1/00;H02J1/10;H02J7/35
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

本發明涉及一種離網型光氣熱電聯產綜合能源系統協調控制方法，通過系統整體分析，構建了以子系統表征系統整體動態特性的綜合能源系統模型，服務于分布式模型預測控制算法。根據用戶用能需求分析系統控制目標，從而提出了一種基于直接能量平衡的單層控制結構，無需上層優化調度指令，即可實現熱電能量供需實時平衡。進一步，根據協調控制對象特性，采用合作型分布式模型預測控制實現熱電協調控制。經仿真驗證，本發明所提出的控制策略可實現多種擾動下熱電能量供需的實時平衡，且計算負擔較集中式模型預測控制算法顯著下降。

技術領域

本發明涉及熱電聯產系統熱電協調控制技術領域，尤其是一種離網型光氣熱電聯產綜合能源系統協調控制方法。

背景技術

近年來，多能協調的綜合能源系統以其消納可再生能源的潛力成為研究的重點。隨著我國“碳達峰、碳中和”目標的提出，以高比例可再生能源驅動的綜合能源系統已然成為低碳供能模式的不二之選。但由于綜合能源系統的高集成度與復雜性，其運行控制問題極具挑戰。

目前，針對熱電聯產綜合能源系統的運行優化研究多采用分層優化調度的方法，通常具有雙層結構，上層為優化調度層，起到下發負荷指令的作用，下層為實時控制層，起到負荷跟蹤的功能，而這樣的分層控制方式存在一些弊端。首先，分層優化調度的上層通常采用較大的調度周期，在調度周期內能量的實時平衡依賴于快速響應的可靠儲能源，對于聯網型系統而言為大電網，對離網型系統來說則通常為各類儲能設備。為滿足各種擾動下電量供需的快速平衡，勢必需要較大的可靠儲能源容量，從而增加了投資成本；其次，大部分關于熱電聯產綜合能源系統的研究將供熱或制冷過程與供電過程等量齊觀，未考慮由熱過程的慣性、閉環特性等可能導致熱電調度與實時控制層的失配，如上層調度指令下層不可達等。另外，目前基于優化調度的熱電聯產綜合能源系統運行控制方法通常采用“以熱定電”或“以電定熱”的方式，或利用儲能與熱慣性對熱的供需平衡進行松弛，并不要求熱電供需的同時滿足，這將降低熱用戶的舒適度，沒有充分滿足用戶多元化用能的需求。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提供了一種離網型光氣熱電聯產綜合能源系統協調控制方法，從而解決上述技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種離網型光氣熱電聯產綜合能源系統協調控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立離網型光氣熱電聯產綜合能源系統機理模型，所述綜合能源系統包括由微燃機與空氣源熱泵構成的熱電聯產子系統；以所述熱電聯產子系統作為熱電協調控制的物理對象并表征所述綜合能源系統整體動態特性；

步驟二：以所述綜合能源系統的熱電負荷供需實時平衡為控制目標，建立直接能量平衡單層控制結構，所述直接能量平衡單層控制結構采用協調控制器對表征熱電負荷供需實時平衡的系統側的指標進行控制；

步驟三：所述協調控制器基于分布式模型預測控制算法(DMPC算法)實現熱電協調控制，基于所述熱電聯產子系統的數學模型構建所述分布式模型預測控制算法的預測模型，其采用擾動擴增的方式實現無靜差控制性能，并通過終端約束保證模型預測控制器的穩定性。

所述綜合能源系統還包括與母線連接的光伏和鋰電池；所述微燃機采用具有余熱回收功能的微型燃氣輪機，其高溫余熱煙氣通過換熱器將熱量傳遞給回水以制得供暖水，所述微燃機和所述空氣源熱泵制得的熱水在供水聯箱中混合后流向取暖用戶；所述綜合能源系統的各耗電設備用電均由綜合能源系統內部提供。

所述協調控制器所控對象為所述熱電聯產子系統，根據熱電能量供需的不平衡信號，所述協調控制器通過調節所述微燃機的燃料流量以及所述空氣源熱泵的壓縮機轉速，調節所述熱電聯產子系統的供熱與供電功率。

所述步驟二中，表征熱功率、電功率供需平衡的系統側指標分別為供暖水溫度、系統凈輸出功率；表征熱功率、電功率供需平衡的用戶側指標分別為用戶室內溫度、母線電壓，且用戶側指標分別由兩個就地控制器控制。