團隊介紹

王蕭博，博士研究生，研究方向為混合儲能系統(tǒng)和微網(wǎng)能量管理等。參與國家重點研發(fā)計劃參與國家重點研發(fā)計劃、上海市教委重大科研項目。

黃文燾，上海交通大學電子信息與電氣工程學院，副教授，IEEE Senior Member。研究方向為艦船電力系統(tǒng)與微電網(wǎng)控制、保護及能量管理等。主持國家自然科學基金、上海市青年英才科技揚帆計劃、教育部重大項目課題、智能電網(wǎng)重點研發(fā)計劃課題等。獲上海市科技進步一等獎、上海市技術(shù)發(fā)明一等獎。

邰能靈，上海交通大學電子信息與電氣工程學院，長聘教授，博士生導(dǎo)師，電氣工程系系主任，電力輸送與功率變換控制教育部重點實驗室主任。研究方向為智能電網(wǎng)監(jiān)測保護與運行控制、綜合能源系統(tǒng)運行與優(yōu)化、艦船電力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與保護控制技術(shù)等。

近幾年，主持包括4項國家自然科學基金、國家科技支撐項目、國家重大專項子項、國家重點研發(fā)計劃、教育部重點科技項目、上海教委科研創(chuàng)新重大項目等省部級以上項目18項。發(fā)表各類學術(shù)論文400余篇，授權(quán)發(fā)明專利48項。獲上海市科技進步一等獎、二等獎等獎勵。

導(dǎo)語

本文針對高滲透率電熱微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率峰谷差和短時波動較大的問題，提出了一種源（燃氣輪機）-荷（熱泵群）-儲（液態(tài)熱儲能和超級電容）協(xié)同平滑策略。

該策略可以實時追蹤各設(shè)備的功率平抑潛力，動態(tài)調(diào)整聯(lián)絡(luò)線功率平滑目標，并通過模糊控制和復(fù)合濾波方法分配功率平抑任務(wù)，實現(xiàn)燃氣輪機、熱泵群和超級電容協(xié)同平抑功率波動中的低、中、高頻部分。所提策略具有良好的功率平抑效果，同時具有經(jīng)濟性優(yōu)勢。

項目研究背景

電熱微網(wǎng)是滿足終端用戶多類型用能需求的小型綜合能源供給系統(tǒng)，是分布式可再生能源消納的重要載體。不同于傳統(tǒng)發(fā)電方式，可再生能源發(fā)電具有很大的波動性和不確定性。電熱微網(wǎng)中可再生能源滲透率的不斷增加，給微網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了諸多挑戰(zhàn)。因此，包含高滲透率可再生能源的電熱微網(wǎng)亟需一種經(jīng)濟可靠的功率平滑方法。

論文所解決的問題及意義

本文針對交通樞紐、工業(yè)園區(qū)等場景，以集中式供能結(jié)構(gòu)下的電熱微網(wǎng)為對象，為解決聯(lián)絡(luò)線功率峰谷差和短時波動較大的問題，提出了一種源荷儲協(xié)同的功率平滑策略。

以熱電聯(lián)產(chǎn)的燃氣輪機為微源，熱泵群為需求響應(yīng)資源，超級電容器組為儲能設(shè)備，分別平抑不同頻段的聯(lián)絡(luò)線波動功率。同時，根據(jù)各設(shè)備的實時運行狀態(tài)，調(diào)整聯(lián)絡(luò)線功率平滑目標，動態(tài)分配平抑任務(wù)，實現(xiàn)源荷儲協(xié)同平抑聯(lián)絡(luò)線功率波動。

論文方法及創(chuàng)新點

本文基于電熱功率實時波動情況，合理分配燃氣輪機和熱泵群承擔的功率波動平抑任務(wù)。平滑策略流程如圖1所示。綜合考慮用戶電熱負荷，使用可變平滑參數(shù)動態(tài)確定各個控制周期的平抑目標功率。根據(jù)各設(shè)備的運行特性選擇對應(yīng)復(fù)合濾波方法，同時通過狀態(tài)參數(shù)集評估不同設(shè)備的功率平抑潛力，以合理分配任務(wù)。

分離目標功率中的低頻成分，通過模糊控制確定燃氣輪機承擔的功率平抑任務(wù)。然后，計算目標功率中的中頻成分和剩余的低頻成分，控制熱泵群啟停參與負荷需求響應(yīng)予以平抑。超級電容器組承擔剩余波動功率的平抑任務(wù)。

圖1 電熱微網(wǎng)源-荷-儲協(xié)同控制

采用模糊控制確定燃氣輪機調(diào)控系數(shù)，以實時調(diào)整燃氣輪機承擔的功率平抑份額。當燃氣輪機具有較好的平抑潛力時，增大其承擔的份額；當熱泵群-蓄熱箱具有較好的平抑潛力時，減小燃氣輪機承擔的份額。燃氣輪機調(diào)控系數(shù)模糊控制效果如圖2所示。

圖2 調(diào)控系數(shù)模糊控制效果

（a）PTL0(t)>Paim(t-1)時 （b）PTL0(t)<Paim(t-1)時

參與負荷需求響應(yīng)的熱泵群包含基荷熱泵和負荷需求響應(yīng)熱泵。為了減少控制策略對熱泵群使用壽命的影響，在控制熱泵群開啟和關(guān)閉滿足熱泵群啟?？刂颇繕藭r，本文遵循以下三個準則：1）盡可能避免負荷需求響應(yīng)熱泵全部開啟或關(guān)閉；2）均一化同類型熱泵啟停次數(shù)；3）啟停盡可能少的熱泵，啟停熱泵數(shù)目相等的情況下，優(yōu)先啟停負荷需求響應(yīng)熱泵。當準則1和3矛盾時，優(yōu)先遵循準則1。

結(jié)論

本文提出了一種源荷儲協(xié)同的功率平滑策略，通過燃氣輪機出力調(diào)整、熱泵群負荷需求響應(yīng)，配合儲能系統(tǒng)共同平抑電熱微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率。

燃氣輪機平抑低頻波動，參與聯(lián)絡(luò)線功率削峰填谷，配合熱泵群、超級電容器組后，不需要配置蓄電池即可完成波動平抑任務(wù)。在燃氣輪機參與調(diào)峰后，峰時購電成本降低，同時又節(jié)省了電池投資費用，使得源荷儲協(xié)同平滑方案較不加控制和電池-熱泵群平滑方案具備經(jīng)濟性優(yōu)勢，因此有良好的應(yīng)用前景。

引用本文

王蕭博, 黃文燾, 邰能靈, 溫力力, 樊飛龍. 一種源-荷-儲協(xié)同的電熱微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率平滑策略[J]. 電工技術(shù)學報, 2020, 35(13): 2817-2829. Wang Xiaobo, Huang Wentao, Tai Nengling, Wen Lili, Fan Feilong. A Tie-Line Power Smoothing Strategy for Microgrid with Heat and Power System Using Source-Load-Storage Coordination Control. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2817-2829.