CN108487994A - 一种微能源网复合储能系统 - Google Patents
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Abstract
一种微能源网复合储能系统，其涉及用户的电负荷、热负荷和冷负荷的供给，包括储电系统、储热系统；所述的电负荷通过光伏系统、燃气机组、储电系统提供；所述的热负荷、冷负荷通过燃气机组、燃气锅炉、储热系统提供，其中燃气机组产生的热能通过余热锅炉回收以提供热负荷，冷负荷通过吸收式制冷机组转化系统的热能获得；所述的储能系统用于微能源网电能的存储与释放；所述的储热系统用于微能源网电能热能的存储与释放；优点是，结合上述控制策略设计了复合储能系统的容量优化方法，有效减少了储能系统的容量冗余，提高了系统的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及微能源网技术领域，具体为一种微能源网复合储能系统。
背景技术
太阳能分布式微网系统在利用太阳能资源的同时，可充分满足用户能源多样化的需求，对提高能源利用效率、改善能源消费结构、减小环境污染和雾霾天气的发生具有重要意义，是当前太阳能利用的主要形式之一。将储能系统应用于太阳能分布式微网，能够减少可再生能源输出波动，解决系统不稳定性并调节能源供需平衡；同时还可起到削峰填谷、调频调压、提高电能质量等作用，因此储能技术被认为是发展太阳能分布式微网的关键技术。
然而，目前分布式能源系统的储能应用主要以单一储电、储冷或储热的能态形式出现，随着新能源和可再生能源的大范围使用，能源供给趋于多样化，能源供需侧功率不平衡加剧，单一能态的储能调节手段难以实现能源的高效利用。另一方面，为保障系统安全稳定，单一储能系统往往需要设置较大的容量以满足不同类型负荷的需求，这导致系统配置容量存在极大冗余，经济性较差。
发明内容
本发明目的即在于提供一种微能源网复合储能系统，以解决当前太阳能分布式微网中储能系统容量冗余和燃气机组运行效率低的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种微能源网复合储能系统，其涉及用户的电负荷、热负荷和冷负荷的供给，包括储电系统、储热系统；所述的电负荷通过光伏系统、燃气机组、储电系统提供；所述的热负荷、冷负荷通过燃气机组、燃气锅炉、储热系统提供，其中燃气机组产生的热能通过余热锅炉回收以提供热负荷，冷负荷通过吸收式制冷机组转化系统的热能获得；所述的储能系统用于微能源网电能的存储与释放；所述的储热系统用于微能源网电能热能的存储与释放；基于燃气机组以电定热的原理，对所述的储电系统和储热系统的启停和能量流动方向进行控制，其具体步骤为：
S1电负荷由光伏系统、燃气机组提供，储电系统实现电能调节；
S2热负荷、冷负荷优先由燃气机组提供，储热系统实现热能调节，燃气锅炉作为后备实现进一步的热能补充。
作为上述方案的改进，结合所述的燃气机组以电定热的原则，复合储能系统的控制策略包含以下步骤：
S2.1获得t时段预测的光伏系统最大发电量以及用户电负荷、冷负荷、热负荷，并首先假定燃气机组以额定工况作为运行模式，光伏系统以最大功率点追踪方式作为运行模式；
S2.2若t时段燃气机组产生的电能和光伏系统产生的电能总和EGe(t)小于用户电负荷ELe(t)，则电能不足部分由储电系统提供，转入步骤S2.4；若t时段燃气机组产生的电能和光伏系统产生的电能总和EGe(t)高于用户电负荷ELe(t)，则多余电能由储电系统存储；
S2.3若储电系统仍有蓄能空间，保持燃气机组和光伏系统的运行模式；若储电系统已无蓄能空间，则减少燃气机组和光伏系统产生的电能总和EGe(t)，其调整依据和次序为：
根据以下公式(1)计算负载率γ，其中，EPV(t)为预测的t时段光伏系统发电量，EratedE为燃气轮机额定运行工况下的发电量；
若γ处于75％～100％之间，则调整压气机的进气口流量以减少燃气机组发电量；若γ处于50％～75％之间，则调整天然气的输入量以减少燃气机组发电量；若γ低于50％，则优先减少光伏系统发电量，再调整天然气的输入量以减少燃气机组发电量，使得燃气机组和光伏系统产生的电能总和EGe(t)等于用户电负荷ELe(t)；
S2.4根据燃气机组的运行工况，得到t时段燃气机组的产热量EHPt(t)；若t时段EHPt(t)低于用户热负荷ELh(t)、冷负荷ELc(t)的总和ELt(t)，则热能不足部分由储热系统提供；仍然不足时剩余热能由燃气锅炉实现进一步热能补充；若t时段EHPt(t)高于用户热负荷ELh(t)、冷负荷ELc(t)的总和ELt(t)，则燃气机组产生的热能满足用户冷热需求，多余热能由储热系统存储，直至储热系统没有蓄能空间，则剩余热能排放至环境中；
S2.5根据以上步骤，确定燃气机组和光伏系统的运行模式以及储能系统的蓄能、释能模式，作为t时段的控制策略并以此实现系统运行；循环以上步骤，确定下一时段的控制策略。
作为上述方案的改进，所述的储电系统的容量Qe根据以下公式(2)设置：
其中，ELe(t)≥EGe(t)表示典型夏季设计日中用户电负荷大于燃气机组和光伏系统发电总量的时段。
作为上述方案的改进，所述的储热系统的容量Qt根据以下公式(3)设置：
其中，ELt(t)≥EHPt(t),season＝summer表示典型夏季设计日中用户冷热负荷总和大于燃气机组产热量的时段；EHPt(t)≥ELt(t),season＝winter表示典型冬季设计日中燃气机组产热量大于用户冷热负荷总和的时段；max()函数代表两个参数的最大值。
发明与现有技术相比，具有如下优点：通过结合储电系统和储热系统两种类型储能方式，在考虑太阳能光伏发电功率、用户侧电、冷、热逐时复合以及燃气机组效率等约束条件下，设计了一种包含复合储能系统的微能源网控制策略，有效提高了燃气机组的发电效率和微能源网的综合能源利用效率；同时，结合上述控制策略设计了复合储能系统的容量优化方法，有效减少了储能系统的容量冗余，提高了系统的经济性。
附图说明
图1是本发明微能源网复合储能系统的拓扑结构图；
图2是光伏系统夏季和冬季的逐时最大发电量曲线；
图3是典型夏季设计日和冬季设计日的用户逐时电能需求曲线；
图4是典型夏季设计日和冬季设计日的用户逐时总热能需求曲线；
图5是典型夏季设计日环境下，燃气轮机的负载率曲线及储热系统能量控制曲线。
具体实施方式
实施例
如图1所示，一种微能源网复合储能系统包括储电系统10、储热系统20两部分。用户电负荷由光伏系统100、燃气机组200、储电系统10提供；用户热负荷、冷负荷由燃气机组200、燃气锅炉300、储热系统20提供，且燃气机组200产生的热能通过余热锅炉400回收以提供用户热负荷，冷负荷通过吸收式制冷机组500转化系统热能得到。
所述储电系统10用于微能源网电能的存储释放，所述储热系统20用于微能源网热能的存储释放，基于燃气机组200以电定热的原则，对所述储电系统10和储热系统20的启停和能量流动方向进行控制，次序为：用户电负荷由光伏系统100、燃气机组200提供，储电系统10实现电能调节；用户热负荷、冷负荷优先由燃气机组200提供，储热系统20实现热能调节，燃气锅炉300作为后备实现进一步的热能补充。
所述储电系统10、储热系统20的容量根据燃气机组200的发电量、产热量，结合以电定热的原则和经济性目标确定。
某微能源网复合储能系统应用中，其光伏系统100夏季和冬季的逐时最大发电量曲线如图2所示；典型夏季设计日和典型冬季设计日的用户侧逐时电能和总热能需求曲线如图3、4所示，可知典型夏季设计日和冬季设计日的最大电功率为133kw和114kw，最大总热需求功率为168kw和247kw。
选取燃气机组200的额定发电功率为85kw，则根据复合储能系统容量设计方法，可选择50kw/300kwh的锂电池储电系统10以及100kw/300kwh的储热系统20组成复合储能系统。结合光伏系统100的发电量、以及用户侧的负荷需求，并以典型夏季设计日作为例子，可以得到图5所示燃气轮机运行负载率和储热系统20存储释放的热能情况，可以看出：在燃气机组200和光伏系统100发电量总和低于用户电负荷的时段(如8时、9时、18时、19时等时段)，燃气机组200按照额定工况、光伏系统100按照MPPT工况运行，此时燃气机组200负载率为1，电能不足部分由储电系统10提供；在燃气机组200和光伏系统100发电量总和大于用户电负荷时段且储电系统10仍有蓄能空间的时段(如0时、1时、2时等时段)，燃气机组200按照额定工况、光伏系统100按照MPPT工况运行，此时燃气机组200负载率为1，电能多余部分由储电系统10进行存储；在燃气机组200和光伏系统100发电量总和大于用户电负荷时段且储电系统10已无蓄能空间的时段(如10时)，此时计算得到负载率约为0.86，则选择调整压气机的进气口流量以减少燃气机组200发电量，从而实现供需平衡。与此同时，根据燃气机组200的运行工况，可确定其产热量，并根据产热量和用户冷热需求，通过储热系统20实现调节：在燃气机组200产热量高于用户冷热需求总和、且储热系统20仍有蓄能空间的时段(如0时、1时、2时等时段)，燃气机组200产生的热能满足用户冷热需求，多余热能由储热系统20存储；在燃气机组200产热量高于用户冷热需求总和、且储热系统20已无蓄能空间的时段(如5时、6时等时段)，燃气机组200产生的热能满足用户冷热需求，多余热能释放至环境中；在燃气机组200产热量低于用户冷热需求总和、且储热系统20仍有剩余能量的时段(如11时、12时、13时等时段)，燃气机组200产生的热能满足用户冷热需求，热能不足部分由储热系统20提供。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (4)
1.一种微能源网复合储能系统，其涉及用户的电负荷、热负荷和冷负荷的供给，其特征在于，包括储电系统、储热系统；所述的电负荷通过光伏系统、燃气机组、储电系统提供；所述的热负荷、冷负荷通过燃气机组、燃气锅炉、储热系统提供，其中燃气机组产生的热能通过余热锅炉回收以提供热负荷，冷负荷通过吸收式制冷机组转化系统的热能获得；所述的储能系统用于微能源网电能的存储与释放；所述的储热系统用于微能源网电能热能的存储与释放；基于燃气机组以电定热的原理，对所述的储电系统和储热系统的启停和能量流动方向进行控制，其具体步骤为：
S1电负荷由光伏系统、燃气机组提供，储电系统实现电能调节；
S2热负荷、冷负荷优先由燃气机组提供，储热系统实现热能调节，燃气锅炉作为后备实现进一步的热能补充。
2.根据权利要求1所述的一种微能源网复合储能系统，其特征在于，所述的复合储能系统的控制策略包含以下步骤：
S2.1获得t时段预测的光伏系统最大发电量以及用户电负荷、冷负荷、热负荷，并首先假定燃气机组以额定工况作为运行模式，光伏系统以最大功率点追踪方式作为运行模式；
S2.2若t时段燃气机组产生的电能和光伏系统产生的电能总和EGe(t)小于用户电负荷ELe(t)，则电能不足部分由储电系统提供，转入步骤S2.4；若t时段燃气机组产生的电能和光伏系统产生的电能总和EGe(t)高于用户电负荷ELe(t)，则多余电能由储电系统存储；
S2.3若储电系统仍有蓄能空间，保持燃气机组和光伏系统的运行模式；若储电系统已无蓄能空间，则减少燃气机组和光伏系统产生的电能总和EGe(t)，其调整依据和次序为：
根据以下公式(1)计算负载率γ，其中，EPV(t)为预测的t时段光伏系统发电量，EratedE为燃气轮机额定运行工况下的发电量；
若γ处于75％～100％之间，则调整压气机的进气口流量以减少燃气机组发电量；若γ处于50％～75％之间，则调整天然气的输入量以减少燃气机组发电量；若γ低于50％，则优先减少光伏系统发电量，再调整天然气的输入量以减少燃气机组发电量，使得燃气机组和光伏系统产生的电能总和EGe(t)等于用户电负荷ELe(t)；
S2.4根据燃气机组的运行工况，得到t时段燃气机组的产热量EHPt(t)；若t时段EHPt(t)低于用户热负荷ELh(t)、冷负荷ELc(t)的总和ELt(t)，则热能不足部分由储热系统提供；仍然不足时剩余热能由燃气锅炉实现进一步热能补充；若t时段EHPt(t)高于用户热负荷ELh(t)、冷负荷ELc(t)的总和ELt(t)，则燃气机组产生的热能满足用户冷热需求，多余热能由储热系统存储，直至储热系统没有蓄能空间，则剩余热能排放至环境中；
S2.5根据以上步骤，确定燃气机组和光伏系统的运行模式以及储能系统的蓄能、释能模式，作为t时段的控制策略并以此实现系统运行；循环以上步骤，确定下一时段的控制策略。
3.根据权利要求2所述的一种微能源网复合储能系统，其特征在于，所述的储电系统的容量Qe根据以下公式(2)设置：
其中，ELe(t)≥EGe(t)表示典型夏季设计日中用户电负荷大于燃气机组和光伏系统发电总量的时段。
4.根据权利要求2所述的一种微能源网复合储能系统，其特征在于，所述的储热系统的容量Qt根据以下公式(3)设置：
其中，ELt(t)≥EHPt(t),season＝summer表示典型夏季设计日中用户冷热负荷总和大于燃气机组产热量的时段；EHPt(t)≥ELt(t),season＝winter表示典型冬季设计日中燃气机组产热量大于用户冷热负荷总和的时段；max()函数代表两个参数的最大值。
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