[發明專利]一種提高風電消納的固態儲熱與儲能協調調度與控制方法

在審

• 申請號: 202110363210.7
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112993997A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 王暉;劉健;紀秀;安銀平;董桂林;呂帥帥;王春松
• 申請（專利權）人: 長春工程學院
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/46;H02J3/38;H02J3/28;H02J3/32
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 王新雨

1.一種提高風電消納的固態儲熱與儲能協調調度與控制方法，其特征在于：所述方法步驟如下：

步驟一：確定固態儲熱與儲能系統優化協調控制方法；

步驟二：根據棄風特性、考慮電力系統和熱力系統的約束條件確定固態儲熱與儲能混合系統雙層優化模型；

步驟三：建立固態儲熱與儲能系統雙層模型目標函數；

步驟四：根據混合系統運行特性建立固態儲熱、電池儲能和電力電量平衡約束條件；

步驟五：確定固態儲熱與儲能系統雙層模型目標函數的模糊隸屬度函數，對應每個目標函數的滿意度；

步驟六：利用模糊算法求取兩個滿意度值；

步驟七：根據平均值，最后得出固態儲熱裝置容量與效率，儲能電池容量與效率最優配置結果。

2.根據權利要求1所述的一種提高風電消納的固態儲熱與儲能協調調度與控制方法，其特征在于：步驟一中，所述優化協調控制方法具體流程如下：

第一步：確定固態儲熱與電池儲能系統協調調度的控制方法主要采用追蹤棄風功率控制策略；

第二步：判斷是否存在棄風，若存在棄風并在風能集中且用戶用電低谷時，固態儲熱裝置消納棄風加熱電阻絲存儲熱量，需要大量用熱時通過空氣/水換熱器完成熱交換釋放存儲的熱量從而供熱給用戶；如果不能滿足供熱負荷則需要消耗常規電網電量；儲能電池不充電；

第三步：判斷系統運行是否滿足系統供熱約束條件基礎上，并且在用電負荷非高峰期且在儲熱裝置消納棄風后仍存在棄風才儲能，儲能電池儲存電能，進一步提高棄風消納；若不再存在棄風，固態儲熱裝置不儲熱，電池也不儲能；

第四步：在用電負荷高峰期儲能電池釋放儲存的電能，緩解用電壓力。

3.根據權利要求1所述的一種提高風電消納的固態儲熱與儲能協調調度與控制方法，其特征在于：步驟三中，所述目標函數的建立過程具體如下：

maxg₁＝G_gn+G_hj+G_tf+G_jm+G_dj-H_tzy-H_gd (3-1)

式中，g₁是上層優化模型的目標函數；G_gn為整個系統產生的供暖收益；G_hj為環境收益；G_tf為調峰收益；G_jm為節省煤炭收益；G_dj為電價交換收益；H_tzy為系統的整體投資成本；H_gd為購電成本；

ming₂＝N_G+N_D (3-2)

式中，g₂是下層優化模型的目標函數；N_G為固態儲熱裝置存儲和釋放熱量循環的次數；N_D為儲能電池充電和放電的循環次數；

具體的收益公式如下，都是指在一個供暖期產生的收益，且固態儲熱消納棄風電量存儲的熱量與相應燃煤節約燃煤產生的熱量相同；

(1)供暖收益

G_gn＝S·R_gn (3-3)

式中，S為總的供熱面積；R_gn為單位面積的供暖收益標準；

(2)環境收益

G_hj＝[(θ+δ+ω)·Q_G(t)]·R_p (3-4)

式中，θ為煤炭燃燒單位熱量產生的CO₂排放系數；δ為煤炭燃燒單位熱量產生的SO₂排放系數；ω為煤炭燃燒單位熱量產生的NO_x排放系數；Q_G(t)為固態儲熱消納棄風電量存儲的熱量；R_p為污染氣體排放價格；

(3)調峰收益

G_tf＝Q_G·R_G+Q_D·R_D (3-5)

式中，Q_G為固態儲熱消納棄風電量；R_G為固態儲能調峰收益單價；Q_D為電池儲能消納棄風電量；R_D為電池儲能調峰收益單價；

(4)節省煤炭收益

式中，Q_G為固態儲熱消納棄風電量存儲的熱量等于相應消耗燃煤產生的熱量；為煤耗率；R_C為燃煤價格；

(5)電價交換收益

G_dj＝Q_D·R_gd (3-7)

式中，Q_D為儲能電池消納的棄風電量；R_gd為負荷高峰時段電價；

(6)系統整體投資成本

H_tzy＝C_G·R_CG+C_D·R_CD+C_pD·R_pD (3-8)

式中，C_G為固態儲熱裝置總容量；R_CG為固態儲熱裝置容量單價；C_D為儲能電池總容量；R_CD為儲能電池容量單價；C_pD為儲能電池功率建設容量；R_pD為儲能電池功率單價；

H_mc＝H_tz·μ (3-9)

式中，H_mc為設備每年產生的維護費用；H_tz為設備投資總額；μ為維護費率；

則年投資費用為：

H_tzy＝(H_tz-R_rec)/N+H_mc (3-10)

式中，H_tzy為平均到每年的設備投資費用；R_rec為設備殘值；N為設備的工作年限；

(7)購電成本

H_gd＝[Q_G+Q_D]·R_qd+Q_G(t)R_cd(t) (3-11)

式中，R_qd棄風電量單價；Q_G(t)為t時段固態儲熱裝置消耗的常規電網電量；R_cd(t)為t時段常規電網電量單價，儲能電池只消納棄風電量；

(8)固態裝置儲熱放熱循環次數

式中，T為一個供暖期，“三北”地區供暖期為160～180天；η_G,in為固態儲熱裝置t時刻儲熱率，取0.95；P_G,in(t)為固態儲熱裝置t時刻儲熱功率；η_G,out為固態儲熱裝置t時刻釋熱效率，取0.95；P_G,out(t)為固態儲熱裝置t時刻釋熱功率；Q_G,max為固態儲熱最大儲熱量；Δt為單位時間，取15min；

(9)電池儲能充電放電循環次數

式中，η_D,in為儲能電池t時刻放電效率，取0.92；P_D,in(t)和為電池儲能系統t時刻充電功率；η_D,out為儲能電池t時刻放電效率，取0.92；P_D,out(t)為電池儲能系統t時刻放電功率；Q_D,e為儲能電池額定儲電量。