CN109583012B - 先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置 - Google Patents

先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109583012B
CN109583012B CN201811217086.8A CN201811217086A CN109583012B CN 109583012 B CN109583012 B CN 109583012B CN 201811217086 A CN201811217086 A CN 201811217086A CN 109583012 B CN109583012 B CN 109583012B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
storage
model
gas storage
heat storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811217086.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109583012A (zh
Inventor
梅生伟
陈锋
严胜
陈来军
卢强
薛小代
潘静
林其友
郑天文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
Wuhu Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
Wuhu Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, State Grid Corp of China SGCC, State Grid Anhui Electric Power Co Ltd, Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University, Wuhu Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201811217086.8A priority Critical patent/CN109583012B/zh
Publication of CN109583012A publication Critical patent/CN109583012A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109583012B publication Critical patent/CN109583012B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置，该方法包括：通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功‑能转换及宽工况特性热力学模型；基于功‑能转换及宽工况特性热力学模型，分别将组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型；通过分析换热器特性，构建储气库储气水平和储热罐储热水平间的耦合关系；基于储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度。本发明实施例能够更加客观的对绝热压缩空气储能与风电协同运行进行分析和调度。

Description

先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置
技术领域
本发明实施例涉及大规模物理储能技术领域，更具体地，涉及一种先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置。
背景技术
先进绝热压缩空气储能(Advanced Adiabatic Compressed Air EnergyStorage,AA-CAES)被视为风电的最佳协同者之一。电源侧风电与AA-CAES协同运行旨在减少弃风、提高风电容量因子及增强风电可调度性。风电输出受阻塞时，AA-CAES利用弃风电驱动压缩机，将风电转换为空气压缩热能与压力势能，分别解耦存储于储热罐与储气库；需向系统输出风电时，空气压力势能与压缩热能通过空气透平耦合释能。
与电池储能不同，AA-CAES与风电协同主要利用其时空能量平移能力。作为风-储协同系统中AA-CAES的储能能源，弃风电随风速条件与电网调度指令频繁波动。从而，AA-CAES将频繁运行于部分负荷储能及释能模式，导致压缩机、换热器、膨胀机等组件偏离设计点运行，会降低组件功-能转换效率，进而导致采用传统调度和分析方法进行调度和分析的结果不客观。
发明内容
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置，用以更加客观的对绝热压缩空气储能与风电协同运行进行分析和调度。
第一方面，本发明实施例提供一种先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法，包括：
通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型；
基于所述功-能转换及宽工况特性热力学模型，分别将所述组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立所述宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型；
通过分析换热器特性，构建所述储气库储气水平和所述储热罐储热水平间的耦合关系；
基于所述储气水平集中化模型、所述储热水平集中化模型和所述耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度。
第二方面，本发明实施例提供一种先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度装置，包括：
第一建模模块，用于通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型；
第二建模模块，用于基于所述功-能转换及宽工况特性热力学模型，分别将所述组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立所述宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型；
耦合模块，用于通过分析换热器特性，构建所述储气库储气水平和所述储热罐储热水平间的耦合关系；
输出模块，用于基于所述储气水平集中化模型、所述储热水平集中化模型和所述耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：至少一个存储器、至少一个处理器、通信接口和总线；所述存储器、所述处理器和所述通信接口通过所述总线完成相互间的通信，所述通信接口用于所述电子设备与先进绝热压缩空气储能与风电设备之间的信息传输；所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上第一方面所述的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上第一方面所述的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法。
本发明实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置，通过充分计及压缩机、膨胀机、换热系统、储热系统、储气系统等组件宽工况运行特性，并基于组件宽工况热力学模型建立计及宽工况运行特性的储气库储气水平与储热罐储热水平的集中化模型，进而建立储气库与储热罐的耦合关系，最后构建组件宽工况特性的风-储协同分析模型，能够有效用于评估电源侧风电场装设AA-CAES的效益，为AA-CAES的规划提供参考，能够更加客观的对绝热压缩空气储能与风电协同运行进行分析和调度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
传统调度方式中，AA-CAES将频繁运行于部分负荷储能及释能模式，导致压缩机、换热器、膨胀机等组件偏离设计点运行，降低组件功-能转换效率。同时，AA-CAES各组件功-能转换特性高度耦合，储气库及储热罐储能水平与压缩机及膨胀机等组件的运行密切相关。因此，计及组件宽工况特性，准确评估风-储协同系统性能，对协同系统运行具有重要意义。然而，目前尚无实际运营的AA-CAES系统，当前在计及组件宽工况特性的AA-CAES运行方面的研究较为鲜见，大多研究聚焦于系统热力学特性仿真方面。
为此，本发明实施例提出一种计及压缩机、换热器、膨胀机、储热系统及储气系统组件宽工况运行特性的风电与先进绝热压缩空气储能系统协同分析模型，用以准确分析组件宽工况特性对风-储协同系统性能的影响。以下将具体通过多个实施例对本发明实施例进行展开说明和介绍。
图1为本发明一实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法的流程示意图，包括：
S101，通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型。
可以理解为，对于先进绝热压缩空气储能，考虑其所包含的各组件，为更加客观的对绝热压缩空气储能与风电协同运行进行分析和调度，而对各组件分别建立计及组件宽工况运行特性的功-能转换及宽工况特性热力学模型。而在进行模型建立时，均需充分分析各组件的热力学特性。例如对于压缩机、换热器、膨胀机等组件，分别进行模型建立。
S102，基于功-能转换及宽工况特性热力学模型，分别将组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型。
可以理解为，对与AA-CAES协同运行的风电或外部电网而言，其并不关注各组件的宽工况特性，而是关注组件宽工况特性与压缩机充电功率与透平放电功率间的关系。AA-CAE的储能水平由储气库储气与储热罐储热水平同时决定。由于换热器收集的压缩热受宽工况特性影响严重，AA-CAES释能环节自由度低于CAES。为将组件宽工况运行特性嵌入AA-CAES宽工况模型，需要准确刻画组件宽工况热力学特性对储气库SOC与储热罐SOC的影响。其中，储气库SOC与储热罐SOC即为储气水平集中化模型和储热水平集中化模型。因此本步骤将各组件的宽工况特性映射于储气库储气水平及高温储热罐储热水平与部分负荷压缩功率及膨胀功率间的关系，并建立宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型。
S103，通过分析换热器特性，构建储气库储气水平和储热罐储热水平间的耦合关系；
可以理解为，由压缩机与储气库宽工况特性可知，压缩功率通过向储气库充气增加储气SOC，膨胀功率通过从储气库放气减少储气SOC。储热罐SOC与压缩侧的耦合来源于压缩侧换热器，因此可从换热器与压缩机间的关系来建立储气库与储热罐SOC间的耦合关系。压缩机耗功由空气质量流量及压缩机入口与出口温度决定；再者，换热器换热量由换热器入口与出口温度及质量流量决定。假定换热器换热充分，每级压缩机入口空气温度相同；考虑到压缩机出口温度等于相邻换热器入口温度，从而换热器换热量等于压缩机耗功量。另一方面，储热罐SOC由换热器收集或消耗热量(或功率)决定，为此合理刻画压缩机耗功与换热器收集热即可建立储气库与储热罐SOC间的耦合关系。
S104，基于储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度。
可以理解为，本步骤在上述各步骤处理的基础上，首先对储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系进行综合处理，获取计及组件宽工况特性的风-储协同分析模型，合理评估组件宽工况特性对风-储协同运行的影响，然后在此基础上进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度控制。
可以理解的是，本发明实施例的计及组件宽工况运行特性的AA-CAES与风电协同分析模型能够为合理评估组件宽工况特性对风-储协同运行的影响。同时，可以用于评估电源侧风电场装设AA-CAES的效益，为AA-CAES的规划提供参考。此外，本发明实施例可适当扩展，应用于负荷侧计及组件宽工况特性的AA-CAES经济性评估，为负荷侧AA-CAES的规划运行提供参考，符合工程实际，具有一定实用价值。
本发明实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法，通过充分计及压缩机、膨胀机、换热系统、储热系统、储气系统等组件宽工况运行特性，并基于组件宽工况热力学模型建立计及宽工况运行特性的储气库储气水平与储热罐储热水平的集中化模型，进而建立储气库与储热罐的耦合关系，最后构建组件宽工况特性的风-储协同分析模型，能够有效用于评估电源侧风电场装设AA-CAES的效益，为AA-CAES的规划提供参考，能够更加客观的对绝热压缩空气储能与风电协同运行进行分析和调度。
具体而言，也可参考图2所示，为本发明另一实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法的流程示意图，是计及压缩机、换热器、膨胀机、储热系统及储气系统组件宽工况运行特性的风-储协同系统性能分析方法。首先，从热力学特性分析各组件功-能转换及宽工况特性；其次，将组件宽工况特性映射于储气库储气水平及高温储热罐储热水平与部分负荷压缩功率及膨胀功率间的关系；再次，通过换热器特性构建储气库与储热罐储能水平间的耦合关系；最后，建立计及组件宽工况特性的风-储协同分析模型。本发明实施例提供的方法契合先进绝热压缩空气储能系统在风电场侧的实际部署要求，可以用于评估电源侧风电场装设AA-CAES的效益，具有一定的应用价值。同时，可适当扩展，应用于负荷侧计及组件宽工况特性的AA-CAES经济性评估，为负荷侧AA-CAES的规划运行提供参考。
其中根据上述各实施例可选的，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型的步骤进一步包括：基于先进绝热压缩空气储能的组成构件，对于压缩机与膨胀机组件、换热器组件、储热罐组件和储气库组件，分别建立对应的功-能转换及宽工况特性热力学模型。
其中可选的，对于压缩机与膨胀机组件，可以建立对应的功-能转换及宽工况特性热力学模型如下：
第i级压缩机出口温度及压力分别满足：
Figure BDA0001833817780000071
/>
Figure BDA0001833817780000072
式中，ηc,i为压缩机等熵效率，βc,i为压缩机压比，
Figure BDA0001833817780000073
与/>
Figure BDA0001833817780000074
分别为进口与出口空气温度，/>
Figure BDA0001833817780000075
与/>
Figure BDA0001833817780000076
为进口与出口空气压力，k为空气绝热指数；
第i级压缩机压缩功率及总压缩功率分别满足：
Figure BDA0001833817780000077
Pc＝∑Pi c；
式中，
Figure BDA0001833817780000078
为空气质量流量，/>
Figure BDA0001833817780000079
为空气定压比热容，Pi c为第i级压缩机耗功，Pc为压缩机总耗功，即为风-储协同系统消纳的弃风电；
对于换热器组件，可以建立对应的功-能转换及宽工况特性热力学模型如下：
假设第i级换热器的空气侧入口温度为
Figure BDA00018338177800000710
对应压缩机出口温度为/>
Figure BDA00018338177800000711
载热工质的入口温度为/>
Figure BDA00018338177800000712
则换热器出口侧空气及载热介质温度分别满足：
Figure BDA00018338177800000713
Figure BDA00018338177800000714
式中，
Figure BDA00018338177800000715
为换热器宽工况运行时的换热量，满足：
Figure BDA00018338177800000716
式中，
Figure BDA00018338177800000717
为换热器两侧载热流体最小热容，εc,i为换热器宽工况换热系数，对先进绝热压缩空气储能，逆流换热器满足：
Figure BDA0001833817780000081
式中，NTUc,i与
Figure BDA0001833817780000082
分别为换热器传热单元数与热容比；
对于储热罐组件，采用绝热模型，可以建立对应的功-能转换及宽工况特性热力学模型如下：
Figure BDA0001833817780000083
式中，ρTES为储热介质的密度，VTES为储热介质体积，
Figure BDA0001833817780000084
为储热介质比容，/>
Figure BDA0001833817780000085
为压缩侧换热器载热流体出口温度，TTES为膨胀阶段载热流体的出口温度，亦为储热罐实时温度；
对于储气库组件，采用通用储气库模型，可以建立对应的功-能转换及宽工况特性热力学模型如下：
Figure BDA0001833817780000086
Figure BDA0001833817780000087
式中，mas为储气库中高压空气质量，
Figure BDA0001833817780000088
与/>
Figure BDA0001833817780000089
分别为储气库的进口与出口空气流量，/>
Figure BDA00018338177800000810
与Tas为储气库进口与出口空气温度，pas为储气库实时压力，Aw与Tw分别为储气库与库壁接触面积及库壁温度，αw为储气库与环境传热系数。
可以理解为，首先对于压缩机与膨胀机模块，按照上式进行对应模型的建立，其中空气定压比热容一般假定为定值，压缩机总耗功即为风-储协同系统消纳的弃风电。相应地，空气透平亦存在类似的功-能转换关系。压缩机功-能转换关系中压缩比βc,i及等熵效率ηc,i将随组件的非设计工况运行而大幅变化。在给定转速下，βc,i与ηc,i随空气质量流量的关系由压缩机性能曲线决定。压缩机质量流量的变动对应压缩功率的变动，导致部分负荷运行。
之后，对于换热器模块，按照上式进行对应模型的建立。由上述压缩机与膨胀机模块可知，为满足部分负荷压缩功率(弃风量变化时)，空气质量流率将减小。为便于分析，假定通过压缩机转速调节维持βc,i及ηc,i近似不变，即
Figure BDA0001833817780000091
不变。如此，热容/>
Figure BDA0001833817780000092
的减小比例与Pi c减小比例近似相同。εc,i不变时/>
Figure BDA0001833817780000093
减小比例与/>
Figure BDA0001833817780000094
减小比例相同，即压缩功率的减少将引起收集的压缩热相应比例的减少。然而，εc,i与传热单元数有关，即与流速和传热温差相关，相同传热温差下，空气流量减少将引起εc,i的显著降低，致使宽工况下单位压缩功率收集的压缩热减少；进一步，影响释能发电阶段膨胀机入口温度的提升，使膨胀机运行于部分负荷发电工况，降低整体循环效率。
再之后，对于储热罐模块，按照上式进行对应模型的建立。对采用双罐储热的AA-CAES而言，低温储热罐一般可通过与外界充分散热保持恒温，即采用等温模型；高温储热罐尽可能减少传热损失，一般采用绝热模型。其中压缩侧换热器载热流体出口温度的值由各级换热器出口载热工质温度决定，膨胀阶段载热流体的出口温度亦为储热罐实时温度。压缩热回馈系统分离器入口温度亦为释能阶段换热器入口温度。
最后，对于储气库模块，按照上式进行对应模型的建立。其中，储气库的进口与出口空气流量，由压缩机与透平空气流量决定，储气库进口与出口空气温度，分别由压缩侧末级换热器出口与透平侧首级换热器入口空气温度决定，储气库与环境传热系数，与储气库特性相关。针对当前常用的容积控制型储气库，大多研究采用恒温模型描述其内部空气温度，即假定储气库出口空气温度恒定。等温储气库模型忽略了由储气库内空气与气库周围环境传热引起的空气温度变化，进而难以计及透平入口空气温度变化导致的释能阶段空气透平的非设计点运行。AA-CAES运行时压缩(膨胀)环节注入(排出)空气也会引起储气库内空气压力及温度的变化，进而影响透平入口空气温度与入口压力。因此，本发明实施例采用通用储气库模型揭示储气库宽工况运行特性。
其中根据上述各实施例可选的，分别建立宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型的步骤进一步包括：
基于储气库热力学模型，建立计及宽工况特性的储气水平集中化模型如下：
Figure BDA0001833817780000101
式中，Amax表示储气库最大空气质量，Emax表示最大储能量，由
Figure BDA0001833817780000102
与储能时间同时决定，ΔT为时间间隔；/>
Figure BDA0001833817780000103
与/>
Figure BDA0001833817780000104
分别表示进入与流出储气库的空气质量；
建立计及宽工况特性的储热水平集中化模型如下：
Figure BDA0001833817780000105
式中，
Figure BDA0001833817780000106
与/>
Figure BDA0001833817780000107
分别为储热功率与放热功率，/>
Figure BDA0001833817780000108
为储热罐储热水平，/>
Figure BDA0001833817780000109
与/>
Figure BDA00018338177800001010
为储热罐储热水平最小值与最大值，Hmax为储热罐最大储热量。
可以理解为，本发明实施例首先进行组件宽工况特性的集中近似表示。对与AA-CAES协同运行的风电或外部电网而言，其并不关注各组件的宽工况特性，而是关注组件宽工况特性与压缩机充电功率与透平放电功率间的关系。AA-CAE的储能水平由储气库储气与储热罐储热水平同时决定。由于换热器收集的压缩热受宽工况特性影响严重，AA-CAES释能环节自由度低于CAES。为将组件宽工况运行特性嵌入AA-CAES宽工况模型，需要准确刻画组件宽工况热力学特性对储气库SOC与储热罐SOC的影响。
其次，进行计及宽工况特性的储气水平集中化模型，即储气库SOC模型的建立如上式所示。其中，Amax由储气库压力上下限及体积等决定，Emax由
Figure BDA00018338177800001011
与储能时间同时决定，即
Figure BDA00018338177800001012
Figure BDA00018338177800001013
与/>
Figure BDA00018338177800001014
分别表示进入与流出储气库的空气质量，受宽工况运行影响。部分负荷运行模式下，单位压缩功率对应的/>
Figure BDA00018338177800001015
将减小，单位膨胀功率所需的/>
Figure BDA00018338177800001016
将增大。
再次，进行储热水平集中化模型，即储热罐SOC模型的建立如上述公式所示。其中，
Figure BDA0001833817780000111
与/>
Figure BDA0001833817780000112
的值依赖于高温储罐载热工质入口及出口温度，其它参数物理意义与储气库SOC类似。由于AA-CAES压缩储能和膨胀释能功率由储气库与储热罐SOC同时决定，需建立储气库与储热罐SOC间的耦合关系，才能通过SOC计及组件宽工况特性。
其中根据上述各实施例可选的，通过分析换热器特性，构建储气库储气水平和储热罐储热水平间的耦合关系的步骤进一步包括：
通过分析压缩机功耗与换热器收集热间的数量关系，通过建立储气水平集中化模型和储热水平集中化模型间耦合关系，建立储气库储气水平和储热罐储热水平间的耦合关系如下：
Figure BDA0001833817780000113
/>
其中，
Figure BDA0001833817780000114
可以理解为，由压缩机与储气库宽工况特性可知，压缩功率通过向储气库充气增加储气SOC，膨胀功率通过从储气库放气减少储气SOC。储热罐SOC与压缩侧的耦合来源于压缩侧换热器，因此可从换热器与压缩机间的关系来建立储气库与储热罐SOC间的耦合关系。
压缩机耗功由空气质量流量及压缩机入口与出口温度决定，再者，换热器换热量由换热器入口与出口温度及质量流量决定。假定换热器换热充分，每级压缩机入口空气温度相同；考虑到压缩机出口温度等于相邻换热器入口温度，从而换热器换热量等于压缩机耗功量。另一方面，储热罐SOC由换热器收集或消耗热量(或功率)决定，为此合理刻画压缩机耗功与换热器收集热即可建立储气库与储热罐SOC间的耦合关系。
因此，两个SOC间的耦合关系可表示为：
Figure BDA0001833817780000115
AA-CAES组件宽工况特性对储气库SOC的整体影响表现为：充(放)气量
Figure BDA0001833817780000116
(或/>
Figure BDA0001833817780000117
)与压缩功率Pt c(或Pt d)及/>
Figure BDA0001833817780000118
的影响，即：
Figure BDA0001833817780000119
一般地，
Figure BDA00018338177800001110
与/>
Figure BDA00018338177800001111
依赖于AA-CAES运行策略，包括常压-常压、常压-滑压、滑压-常压、滑压-滑压等。以储气库入口侧为例，当存在入口侧节流阀时，压缩机宽工况不受储气库压力影响，所以与/>
Figure BDA0001833817780000121
无关，当不存在节流阀时，压缩机背压即为储气库实时压力，即与
Figure BDA0001833817780000122
有关。与储热罐SOC间关系的影响体现在/>
Figure BDA0001833817780000123
φ与压缩机部分负荷功率Pt c及透平部分负荷功率Pt d间的关系。
其中根据上述各实施例可选的，基于储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度的步骤进一步包括：
基于储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系，建立计及宽工况特性的风-储协同分析模型，并确定风-储协同分析模型求解策略；
基于风-储协同分析模型和风-储协同分析模型求解策略，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度。
可以理解为，本发明实施例在上述各实施例建立各模型的基础上，先进行计及宽工况特性的风-储协同分析模型的建立，并进行风-储协同分析模型求解策略，再在此基础上进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度。具体而言，在进行计及宽工况特性的风-储协同分析模型的建立时，从两个角度考虑：
其一，考虑组件宽工况特性对AA-CAES的影响主要体现于SOC及等效耦合关系式，因此在此基础上进行AA-CAES运行约束设定；其二，考虑到与部署于负荷侧的AA-CAES可通过电力市场储能不同，配置于风电场侧的AA-CAES仅通过与之协同运行的风电进行储能，因此通过结合风电建立约束条件，来建立风-储协同运行模型。
在确定风-储协同分析模型求解策略时，首先确定耦合关系式的近似表示，再据此确定风-储协同分析模型求解策略。
最后，在确定上述风-储协同分析模型和风-储协同分析模型求解策略的基础上，据此进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度，获取调度策略。
其中根据上述各实施例可选的，建立计及宽工况特性的风-储协同分析模型的步骤进一步包括：
基于储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系，设定先进绝热压缩空气储能的运行约束如下：
Figure BDA0001833817780000131
式中，
Figure BDA0001833817780000132
与/>
Figure BDA0001833817780000133
分别为压缩储能或膨胀释能运行状态的0-1变量，/>
Figure BDA0001833817780000134
与/>
Figure BDA0001833817780000135
分别为压缩机与空气透平的最小技术出力；
基于先进绝热压缩空气储能与风电场的能量存储关系，进行风-储协同运行约束如下：
Figure BDA0001833817780000137
式中，PL为负荷需求或调度指令，Wt与Wrated分别为风电实际与额定出力，满足风机非线性出力关系：
Figure BDA0001833817780000136
式中，vt为实际风速，vin、vrated、vout分别为切入风速、额定风速及切出风速；
风-储协同运行模型目标函数为：
max∑T(Wt+Pt d-Pt c)。
可以理解为，在根据上述各实施例进行AA-CAES运行约束时，组件宽工况特性对AA-CAES的影响主要体现于SOC及等效耦合关系式。此外，风-储协同运行需满足上述先进绝热压缩空气储能的运行约束条件。对于AA-CAES这类宽工况运行特性明显的设备，最小技术出力的确定需通过经济性评估等界定。若本发明实施例风-储协同系统参与系统备用及调频等辅助服务，修改上述运行约束即可。
在进行风-储协同运行模型建立时，与部署于负荷侧的AA-CAES可通过电力市场储能不同，配置于风电场侧的AA-CAES仅通过与之协同运行的风电进行储能。因此，还需附加上述风-储协同运行约束条件以及风机非线性出力关系。在此基础上建立如上风-储协同运行模型目标函数，获取风-储协同运行模型。
则相应的，进行风-储协同分析模型求解策略确定时，首先进行耦合关系式的近似表示。风-储协同运行模型中耦合关系式是组件宽工况特性对AA-CAES与风电协同外部特性的整体体现，难以给出解析关系。可通过基于热力学仿真实测数据分析函数Γ,Ψ,φ,
Figure BDA0001833817780000141
以单位部分负荷压缩功率充进储气库中的空气质量Γ为例，当入口侧与出口侧无节流阀时，/>
Figure BDA0001833817780000142
具有分段性能曲线。随着/>
Figure BDA0001833817780000143
的逐渐增大，单位Pt c的充气量/>
Figure BDA0001833817780000144
将逐渐减少；同样地，随着/>
Figure BDA0001833817780000145
的逐渐减少单位Pt d的耗气量将增加。给定储气库SOC，即可确定单位部分负荷压缩功率的相对储气量，将其与部分负荷压缩功率Pt c相乘，即可获取/>
Figure BDA0001833817780000146
除函数的增减特性不同外，Ψ,φ,/>
Figure BDA0001833817780000147
与而具有类似的特性。因此，可建立/>
Figure BDA0001833817780000148
的离散表达式。
其次，确定风-储协同模型求解策略，假定采用分段函数近似Γ，则任意时刻储气库SOC满足：
Figure BDA0001833817780000149
Figure BDA00018338177800001410
从而，AA-CAES与风电协同运行模型转化为混合整数线性规划，可通过相应求解器进行求解。
作为本发明实施例的另一个方面，本发明实施例根据上述各实施例提供一种先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度装置，该装置用于在上述各实施例中实现先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度。因此，在上述各实施例的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法中的描述和定义，可以用于本发明实施例中各个执行模块的理解，具体可参考上述实施例，此处不在赘述。
根据本发明本方面的一个实施例，先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度装置的结构如图3所示，为本发明实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度装置的结构示意图，该装置可以用于实现上述各方法实施例中先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度，该装置包括第一建模模块301、第二建模模块302、耦合模块303和输出模块304。其中：
第一建模模块301用于通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型；第二建模模块302用于基于功-能转换及宽工况特性热力学模型，分别将组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型；耦合模块303用于通过分析换热器特性，构建储气库储气水平和储热罐储热水平间的耦合关系；输出模块304用于基于储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度。
具体而言，对于先进绝热压缩空气储能，考虑其所包含的各组件，为更加客观的对绝热压缩空气储能与风电协同运行进行分析和调度，第一建模模块301对各组件分别建立计及组件宽工况运行特性的功-能转换及宽工况特性热力学模型。而在进行模型建立时，第一建模模块301均需充分分析各组件的热力学特性。例如对于压缩机、换热器、膨胀机等组件，分别进行模型建立。
之后，考虑到AA-CAE的储能水平由储气库储气与储热罐储热水平同时决定，由于换热器收集的压缩热受宽工况特性影响严重，AA-CAES释能环节自由度低于CAES。为将组件宽工况运行特性嵌入AA-CAES宽工况模型，第二建模模块302需要准确刻画组件宽工况热力学特性对储气库SOC与储热罐SOC的影响。其中，储气库SOC与储热罐SOC即为储气水平集中化模型和储热水平集中化模型。因此第二建模模块302将各组件的宽工况特性映射于储气库储气水平及高温储热罐储热水平与部分负荷压缩功率及膨胀功率间的关系，并建立宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型。
再之后，储热罐SOC与压缩侧的耦合来源于压缩侧换热器，因此耦合模块303可从换热器与压缩机间的关系来建立储气库与储热罐SOC间的耦合关系。压缩机耗功由空气质量流量及压缩机入口与出口温度决定。并且，换热器换热量由换热器入口与出口温度及质量流量决定。假定换热器换热充分，每级压缩机入口空气温度相同，则考虑到压缩机出口温度等于相邻换热器入口温度，从而换热器换热量等于压缩机耗功量。另一方面，储热罐SOC由换热器收集或消耗热量(或功率)决定，为此耦合模块303通过合理刻画压缩机耗功与换热器收集热即可建立储气库与储热罐SOC间的耦合关系。
最后，输出模块304首先对储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系进行综合处理，获取计及组件宽工况特性的风-储协同分析模型，合理评估组件宽工况特性对风-储协同运行的影响，然后在此基础上进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度控制。
本发明实施例提供的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度装置，通过设置相应的执行模块，充分计及压缩机、膨胀机、换热系统、储热系统、储气系统等组件宽工况运行特性，并基于组件宽工况热力学模型建立计及宽工况运行特性的储气库储气水平与储热罐储热水平的集中化模型，进而建立储气库与储热罐的耦合关系，最后构建组件宽工况特性的风-储协同分析模型，能够有效用于评估电源侧风电场装设AA-CAES的效益，为AA-CAES的规划提供参考，能够更加客观的对绝热压缩空气储能与风电协同运行进行分析和调度。
可以理解的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现上述各实施例的装置中的各相关程序模块。并且，本发明实施例的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度装置在实现上述各方法实施例中先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度时，产生的有益效果与对应的上述各方法实施例相同，可以参考上述各方法实施例，此处不再赘述。
作为本发明实施例的又一个方面，本实施例根据上述实施例提供一种电子设备，参考图4，为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图，包括：至少一个存储器401、至少一个处理器402、通信接口403和总线404。
其中，存储器401、处理器402和通信接口403通过总线404完成相互间的通信，通信接口403用于该电子设备与先进绝热压缩空气储能与风电设备之间的信息传输；存储器401中存储有可在处理器402上运行的计算机程序，处理器402执行该计算机程序时，实现如上述实施例的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法。
可以理解为，该电子设备中至少包含存储器401、处理器402、通信接口403和总线404，且存储器401、处理器402和通信接口403通过总线404形成相互间的通信连接，并可完成相互间的通信，如处理器402从存储器401中读取先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法的程序指令等。另外，通信接口403还可以实现该电子设备与先进绝热压缩空气储能与风电设备之间的通信连接，并可完成相互间信息传输，如通过通信接口403实现先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度等。
电子设备运行时，处理器402调用存储器401中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型；基于功-能转换及宽工况特性热力学模型，分别将组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型；通过分析换热器特性，构建储气库储气水平和储热罐储热水平间的耦合关系；基于储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度等。
上述的存储器401中的程序指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。或者，实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还根据上述各实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令使计算机执行如上述各实施例的先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法。例如包括：通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型；基于功-能转换及宽工况特性热力学模型，分别将组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型；通过分析换热器特性，构建储气库储气水平和储热罐储热水平间的耦合关系；基于储气水平集中化模型、储热水平集中化模型和耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度等。
本发明实施例提供的电子设备和非暂态计算机可读存储介质，通过充分计及压缩机、膨胀机、换热系统、储热系统、储气系统等组件宽工况运行特性，并基于组件宽工况热力学模型建立计及宽工况运行特性的储气库储气水平与储热罐储热水平的集中化模型，进而建立储气库与储热罐的耦合关系，最后构建组件宽工况特性的风-储协同分析模型，能够有效用于评估电源侧风电场装设AA-CAES的效益，为AA-CAES的规划提供参考，能够更加客观的对绝热压缩空气储能与风电协同运行进行分析和调度。
可以理解的是，以上所描述的装置、电子设备及存储介质的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解，各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等，包括若干指令，用以使得一台计算机设备(如个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行上述各方法实施例或者方法实施例的某些部分所述的方法。
另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本发明实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本发明实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明实施例公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明实施例的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。
然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明实施例的单独实施例。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法，其特征在于，包括：
通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型；
基于所述功-能转换及宽工况特性热力学模型，分别将所述组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立所述宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型；
通过分析换热器特性，构建所述储气库储气水平和所述储热罐储热水平间的耦合关系；
基于所述储气水平集中化模型、所述储热水平集中化模型和所述耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度；
所述分别建立所述宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型的步骤进一步包括：
基于储气库热力学模型，建立计及所述宽工况特性的所述储气水平集中化模型如下：
Figure FDA0003993085690000011
式中，Amax表示储气库最大空气质量，Emax表示最大储能量，由
Figure FDA0003993085690000012
与储能时间同时决定，ΔT为时间间隔；
Figure FDA0003993085690000013
与
Figure FDA0003993085690000014
分别表示进入与流出储气库的空气质量；
建立计及所述宽工况特性的所述储热水平集中化模型如下：
Figure FDA0003993085690000015
式中，
Figure FDA0003993085690000016
与
Figure FDA0003993085690000017
分别为储热功率与放热功率，
Figure FDA0003993085690000018
为储热罐储热水平，
Figure FDA0003993085690000021
与
Figure FDA0003993085690000022
为储热罐储热水平最小值与最大值，Hmax为储热罐最大储热量；
所述通过分析换热器特性，构建所述储气库储气水平和所述储热罐储热水平间的耦合关系的步骤进一步包括：
通过分析压缩机功耗与换热器收集热间的数量关系，通过建立所述储气水平集中化模型和所述储热水平集中化模型间耦合关系，建立所述储气库储气水平和所述储热罐储热水平间的耦合关系如下：
Figure FDA0003993085690000023
hd＝φ(Pt d)Pt c；
其中，
Figure FDA0003993085690000024
所述建立计及所述宽工况特性的风-储协同分析模型的步骤进一步包括：
基于所述储气水平集中化模型、所述储热水平集中化模型和所述耦合关系，设定所述先进绝热压缩空气储能的运行约束如下：
Figure FDA0003993085690000025
式中，
Figure FDA0003993085690000026
与
Figure FDA0003993085690000027
分别为压缩储能或膨胀释能运行状态的0-1变量，
Figure FDA0003993085690000028
与
Figure FDA0003993085690000029
分别为压缩机与空气透平的最小技术出力；
基于所述先进绝热压缩空气储能与风电场的能量存储关系，进行风-储协同运行约束如下：
Figure FDA00039930856900000210
式中，PL为负荷需求或调度指令，Wt与Wrated分别为风电实际与额定出力，满足风机非线性出力关系：
Figure FDA00039930856900000211
式中，vt为实际风速，vin、vrated、vout分别为切入风速、额定风速及切出风速；
风-储协同运行模型目标函数为：
max∑T(Wt+Pt d-Pt c)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型的步骤进一步包括：
基于所述先进绝热压缩空气储能的组成构件，对于压缩机与膨胀机组件、换热器组件、储热罐组件和储气库组件，分别建立对应的所述功-能转换及宽工况特性热力学模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于所述压缩机与膨胀机组件，建立对应的所述功-能转换及宽工况特性热力学模型如下：
第i级压缩机出口温度及压力分别满足：
Figure FDA0003993085690000031
Figure FDA0003993085690000032
式中，ηc,i为压缩机等熵效率，βc,i为压缩机压比，
Figure FDA0003993085690000033
与
Figure FDA0003993085690000034
分别为进口与出口空气温度，
Figure FDA0003993085690000035
与
Figure FDA0003993085690000036
为进口与出口空气压力，k为空气绝热指数；
第i级压缩机压缩功率及总压缩功率分别满足：
Figure FDA0003993085690000037
Pc＝∑Pi c；
式中，
Figure FDA0003993085690000038
为空气质量流量，
Figure FDA0003993085690000039
为空气定压比热容，Pi c为第i级压缩机耗功，Pc为压缩机总耗功，即为风-储协同系统消纳的弃风电；
对于所述换热器组件，建立对应的所述功-能转换及宽工况特性热力学模型如下：
假设第i级换热器的空气侧入口温度为
Figure FDA00039930856900000310
对应压缩机出口温度为
Figure FDA00039930856900000311
载热工质的入口温度为
Figure FDA00039930856900000312
则换热器出口侧空气及载热介质温度分别满足：
Figure FDA0003993085690000041
Figure FDA0003993085690000042
式中，
Figure FDA0003993085690000043
为换热器宽工况运行时的换热量，满足：
Figure FDA0003993085690000044
式中，
Figure FDA0003993085690000045
为换热器两侧载热流体最小热容，εc,i为换热器宽工况换热系数，对先进绝热压缩空气储能，逆流换热器满足：
Figure FDA0003993085690000046
式中，NTUc,i与
Figure FDA0003993085690000047
分别为换热器传热单元数与热容比；
对于所述储热罐组件，采用绝热模型，建立对应的所述功-能转换及宽工况特性热力学模型如下：
Figure FDA0003993085690000048
式中，ρTES为储热介质的密度，VTES为储热介质体积，
Figure FDA0003993085690000049
为储热介质比容，
Figure FDA00039930856900000410
为压缩侧换热器载热流体出口温度，TTES为膨胀阶段载热流体的出口温度，亦为储热罐实时温度；
对于所述储气库组件，采用通用储气库模型，建立对应的所述功-能转换及宽工况特性热力学模型如下：
Figure FDA00039930856900000411
Figure FDA00039930856900000412
式中，mas为储气库中高压空气质量，
Figure FDA00039930856900000413
与
Figure FDA00039930856900000414
分别为储气库的进口与出口空气流量，
Figure FDA00039930856900000415
与Tas为储气库进口与出口空气温度，pas为储气库实时压力，Aw与Tw分别为储气库与库壁接触面积及库壁温度，αw为储气库与环境传热系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述储气水平集中化模型、所述储热水平集中化模型和所述耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度的步骤进一步包括：
基于所述储气水平集中化模型、所述储热水平集中化模型和所述耦合关系，建立计及所述宽工况特性的风-储协同分析模型，并确定风-储协同分析模型求解策略；
基于所述风-储协同分析模型和所述风-储协同分析模型求解策略，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度。
5.一种先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度装置，其特征在于，包括：
第一建模模块，用于通过进行热力学特性分析，建立先进绝热压缩空气储能中组件的功-能转换及宽工况特性热力学模型；
第二建模模块，用于基于所述功-能转换及宽工况特性热力学模型，分别将所述组件的宽工况特性映射到储气库储气水平及储热罐储热水平，并分别建立所述宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型；
耦合模块，用于通过分析换热器特性，构建所述储气库储气水平和所述储热罐储热水平间的耦合关系；
输出模块，用于基于所述储气水平集中化模型、所述储热水平集中化模型和所述耦合关系，进行先进绝热压缩空气储能与风电的协同运行调度；
所述分别建立所述宽工况特性的储气水平集中化模型和储热水平集中化模型的步骤进一步包括：
基于储气库热力学模型，建立计及所述宽工况特性的所述储气水平集中化模型如下：
Figure FDA0003993085690000051
式中，Amax表示储气库最大空气质量，Emax表示最大储能量，由
Figure FDA0003993085690000052
与储能时间同时决定，ΔT为时间间隔；
Figure FDA0003993085690000053
与
Figure FDA0003993085690000054
分别表示进入与流出储气库的空气质量；
建立计及所述宽工况特性的所述储热水平集中化模型如下：
Figure FDA0003993085690000061
式中，
Figure FDA0003993085690000062
与
Figure FDA0003993085690000063
分别为储热功率与放热功率，
Figure FDA0003993085690000064
为储热罐储热水平，
Figure FDA0003993085690000065
与
Figure FDA0003993085690000066
为储热罐储热水平最小值与最大值，Hmax为储热罐最大储热量；
所述通过分析换热器特性，构建所述储气库储气水平和所述储热罐储热水平间的耦合关系的步骤进一步包括：
通过分析压缩机功耗与换热器收集热间的数量关系，通过建立所述储气水平集中化模型和所述储热水平集中化模型间耦合关系，建立所述储气库储气水平和所述储热罐储热水平间的耦合关系如下：
Figure FDA0003993085690000067
hd＝φ(Pt d)Pt c；
其中，
Figure FDA0003993085690000068
所述建立计及所述宽工况特性的风-储协同分析模型的步骤进一步包括：
基于所述储气水平集中化模型、所述储热水平集中化模型和所述耦合关系，设定所述先进绝热压缩空气储能的运行约束如下：
Figure FDA0003993085690000069
式中，
Figure FDA00039930856900000610
与
Figure FDA00039930856900000611
分别为压缩储能或膨胀释能运行状态的0-1变量，
Figure FDA00039930856900000612
与
Figure FDA00039930856900000613
分别为压缩机与空气透平的最小技术出力；
基于所述先进绝热压缩空气储能与风电场的能量存储关系，进行风-储协同运行约束如下：
Figure FDA00039930856900000614
式中，PL为负荷需求或调度指令，Wt与Wrated分别为风电实际与额定出力，满足风机非线性出力关系：
Figure FDA0003993085690000071
式中，vt为实际风速，vin、vrated、vout分别为切入风速、额定风速及切出风速；
风-储协同运行模型目标函数为：
max∑T(Wt+Pt d-Pt c)。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个存储器、至少一个处理器、通信接口和总线；
所述存储器、所述处理器和所述通信接口通过所述总线完成相互间的通信，所述通信接口用于所述电子设备与先进绝热压缩空气储能与风电设备之间的信息传输；
所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至4中任一所述的方法。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至4中任一所述的方法。
CN201811217086.8A 2018-10-18 2018-10-18 先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置 Active CN109583012B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811217086.8A CN109583012B (zh) 2018-10-18 2018-10-18 先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811217086.8A CN109583012B (zh) 2018-10-18 2018-10-18 先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109583012A CN109583012A (zh) 2019-04-05
CN109583012B true CN109583012B (zh) 2023-03-24

Family

ID=65920462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811217086.8A Active CN109583012B (zh) 2018-10-18 2018-10-18 先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109583012B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110489703B (zh) * 2019-07-05 2020-11-17 清华大学 先进绝热压缩空气储能热电联供运行可行域分析方法
CN110474370B (zh) * 2019-08-29 2023-05-23 广东工业大学 一种空调可控负荷、光伏储能系统的协同控制系统及方法
CN114033730B (zh) * 2021-11-09 2022-08-09 西安交通大学 压缩空气储能系统的非设计工况运行方法
CN117689190B (zh) * 2024-02-04 2024-05-03 国网安徽省电力有限公司合肥供电公司 一种分布式压缩空气储能的协同调度方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107862418A (zh) * 2017-12-05 2018-03-30 清华大学 基于储能能源枢纽的热电耦合系统优化调度方法及装置
CN108062440A (zh) * 2017-12-12 2018-05-22 清华大学 先进绝热压缩空气储能系统全动态模型的生成方法及装置
CN108090666A (zh) * 2017-12-13 2018-05-29 华中科技大学 一种含aa-caes的电网电能与备用容量的协同调度方法
EP3259473A4 (en) * 2016-04-09 2018-06-20 Umez-Eronini, Eronini Distributed compressed air energy storage with heat network
CN108412696A (zh) * 2018-03-08 2018-08-17 国网山东省电力公司德州供电公司 含储能的风电场功率、电压调控系统及其容量配置优化方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3259473A4 (en) * 2016-04-09 2018-06-20 Umez-Eronini, Eronini Distributed compressed air energy storage with heat network
CN107862418A (zh) * 2017-12-05 2018-03-30 清华大学 基于储能能源枢纽的热电耦合系统优化调度方法及装置
CN108062440A (zh) * 2017-12-12 2018-05-22 清华大学 先进绝热压缩空气储能系统全动态模型的生成方法及装置
CN108090666A (zh) * 2017-12-13 2018-05-29 华中科技大学 一种含aa-caes的电网电能与备用容量的协同调度方法
CN108412696A (zh) * 2018-03-08 2018-08-17 国网山东省电力公司德州供电公司 含储能的风电场功率、电压调控系统及其容量配置优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
储气室热力学特性对AA-CAES性能的影响;韩中合等;《化工进展》;20170105(第01期);全文 *
考虑先进绝热压缩空气储能电站备用特性的电力系统优化调度策略;李姚旺等;《中国电机工程学报》;20180416(第18期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109583012A (zh) 2019-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109583012B (zh) 先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置
Zhang et al. Compressed air energy storage system with variable configuration for accommodating large-amplitude wind power fluctuation
CN105447599B (zh) 基于储热热电联产机组与电锅炉的弃风消纳协调调度模型
CN110619110B (zh) 一种含热泵的综合能源系统协调运行优化方法
CN109472401B (zh) 分布式供能运行策略的确定方法、装置、设备和存储介质
CN112907098B (zh) 园区综合能源系统的多阶段容量配置方法及配置系统
CN109103929B (zh) 基于改进动态克里丝金模型的配电网经济优化调度方法
CN110245794B (zh) 考虑灵活性的多能源汇集中心火储容量双层优化方法
CN109818347B (zh) 一种电力系统风电消纳能力的评估方法
CN111724045B (zh) 基于数据驱动的综合能源系统能效评价与提升方法
CN110532642A (zh) 一种综合能源系统概率能流的计算方法
CN111241479B (zh) 基于交叉熵及客观熵权法的电-热互联综合能源系统风险评估方法
CN116992548A (zh) 一种建筑及区域综合能源系统的设计优化方法及系统
CN114962222B (zh) 先进绝热压缩空气储能能量枢纽设备及其建模方法
CN117252043B (zh) 针对区域多能互补能源系统的多目标优化调度方法及装置
CN112734591A (zh) 电热综合协调调度方法及装置、设备及介质
O’Donovan et al. Renewables, storage, intelligent control: how to address complexity and dynamics in smart district heating systems?
CN110489703B (zh) 先进绝热压缩空气储能热电联供运行可行域分析方法
CN115936336B (zh) 一种虚拟电厂容量配置与调控运行优化方法
CN104901323A (zh) 一种具有rcaes的电力系统中机组组合的方法
Zhang et al. Exploiting the operational flexibility of AA-CAES in energy and reserve optimization scheduling by a linear reserve model
CN110544033A (zh) 热电厂灵活性改造后的电力系统风电消纳评估方法
CN114169800B (zh) 综合能源系统的能量调度方法
CN116029097A (zh) 考虑不确定性风电接入惯量安全的经济-能效性调度方法
Branchini et al. Computing gas turbine fuel consumption to firm up wind power

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant