[發明專利]一種電氫熱融合微網的半實物仿真系統設計方法

在審

• 申請號: 202110557487.3
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113282010A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 汪飛;葛臻;郭慧;龔丹丹
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

本發明公開了一種電氫熱融合微網的半實物仿真系統設計方法，針對目前對電氫熱融合微網的運行優化性能，缺乏有效的驗證手段，本發明將仿真模型和物理裝置進行合理耦合，對實際物理裝置采用縮放方法進行控制，從而構建電氫熱融合微網的半實物仿真系統；同時，以系統的初始建設成本、運行維護成本、購/售電成本和環境成本構成的總成本最低為優化目標，考慮系統及設備運行約束，提出基于半實物仿真的優化控制，并采用差分進化混合粒子群算法進行求解。采用本發明的技術方案，最大限度的模擬系統實際運行工況，并保證系統具備較高的靈活可控性。

技術領域

本發明屬于多能互補系統運行優化領域，更具體地，涉及一種電氫熱融合微網的半實物仿真系統設計方法。

背景技術

面對能源危機和環境污染問題，分布式可再生能源得到大規模利用。然而，基于可再生能源的分布式發電具有隨機波動性，直接并網會影響公共電網的安全穩定，因此微網作為一種有效解決方式被提出。隨著高比例不確定性可再生能源的大規模利用和制氫技術的不斷發展，將光伏、風力發電經電解水裝置制氫，進行存儲和利用，有望實現終端電能替代與能源消納清潔化。與傳統電力系統相比，以電為核心的電氫熱融合微網能夠降低能耗、減少污染，保證能源的經濟、高效和可靠供應。

目前，國內外對電氫熱融合微網的運行優化性能，缺乏有效的驗證手段。通過純數學仿真進行研究，仿真步長的選取會影響模型的建立與精度，不能反映實際系統的運行工況；若通過純物理裝置開展實驗研究，需要較長的研發周期和高昂的研發費用，且系統靈活可控性較差，無法實現物理系統的實時調整。將仿真模型與物理裝置有機結合的半實物仿真技術，能夠最大限度的反映實際系統運行優化狀況，同時保留部分仿真驗證的靈活可控性。

發明內容

本發明目的在于針對已有技術的不足，提供一種電氫熱融合微網的半實物仿真系統設計方法，將仿真模型和物理裝置進行有效耦合，構建基于半實物仿真的電氫熱融合微網，最大限度的模擬系統實際運行工況，并保證系統具備較高的靈活可控性。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種電氫熱融合微網的半實物仿真系統設計方法，包括以下步驟：

步驟1、將仿真模型和實際物理裝置進行合理耦合，對實際物理裝置采用縮放方法進行控制，構建電氫熱融合微網的半實物仿真系統；

步驟2、構建電氫熱融合微網的運行優化模型，同時采用差分進化混合粒子群算法對運行優化模型進行求解，實現對所述半實物仿真系統的優化控制；

步驟3：搭建基于LabVIEW的本地監控平臺以及遠程監控平臺對優化結果進行實時展示。

作為優選，步驟1中，將電網模擬器、光伏模擬器、負載模擬器、電池模擬器、風機模擬器通過物理裝置多端口變換器連接并組成物理平臺。

作為優選，步驟1中，采用標幺值應用縮放方法對物理裝置進行控制，以使半實物仿真系統的應用不會受限于物理裝置固定的電壓/功率等級。

作為優選，步驟2中運行優化模型，以半實物仿真系統總成本最低、且考慮半實物仿真系統及其設備運行約束。

作為優選，以半實物仿真系統總成本最低由初始建設成本、運行維護成本、購/售電成本和環境成本構成，目標函數如下：

其中，f為微網日運行總成本；f_con為初始建設成本；f_ope為設備的固定日運行維護費用；f_buy為購/售電費用；表示環境成本，為電網購電所產生的排放物治理費；

系統初始建設成本，具體表達式為