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冯自平:基本复合储能的分布式能源系统控制策略

作者:中国储能电站网 来源:中国储能网 时间:2019-05-13 浏览:

中国储能电站网讯:4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日下午的“储能电站与技术应用(三)”专场,中科院广州能源研究所储能技术研究室主任冯自平在会上分享了主题报告《基本复合储能的分布式能源系统控制策略》,以下为演讲实录:

冯自平:前面我看好多专家讲了很多应用技术,这次给大家来点基础的。万丈高楼平地起,如果基础做得好,技术就能做好。主要汇报几个方面。介绍一下在用户侧储能做的一些最优化控制策略方面的研究。

大家知道,现在能源网搞得很复杂。能源也有很多种形式,问题越来越复杂。存在问题就是重供给轻需求,重建设轻管理。系统源荷时空分布不均衡,存在短期峰谷波动大和长时间尺度下供能、用能差异性大的特点。平时说储能,想到的都是储电,实际上储冷和储热的成本要比储电低得多,要低一个数量级。比如说储电一个千瓦时一千块钱,储冷储热大概就是一百块钱的数量级。

复合储能技术研究的科学问题有四个方面:一个是基于电冷热的多能态复合储能系统最优化设计技术、然后是多能态复合储能系统的优化匹配技术、还有智能调度技术以及能量管理技术。优化设计主要是以可再生能源发电最大化利用为目标,通过储电、储冷、储热的方式实现经济高效的能量存储和本地化利用,实现微网中可再生能源渗透率的最大化。系统集成及智能调度技术研究,主要是以微网系统的电高效调度为目标。微网系统能量管理技术研究,针对并网运行和孤岛运行。以上是这个领域需要研究的技术问题。

下面介绍我们在最优化控制方面做的一些工作。大家看这是一套传统的分布式能源系统。比如是用燃气发电技术发电,同时,电不足的时候用网电来补充、热能不足的时候用燃气锅炉来补充。这个系统特点是没有可再生能源发电系统,没有储能系统。燃气基础负荷率比较低,能源效率比较低,能源浪费严重。把它作一个改造,变成一个含复合储能的分布式系统拓扑。对于这个系统,我们有三个已知参数:一个是可以预测的用户侧负荷以及光伏发电,另外包括燃气机组的运行特性。有了这些以后,可以定出一些改进的运行策略。这张PPT显示的就是我们设计的改进型以电定热控制策略。电首先要把光伏发电全部用完。下一个级别就是燃气机组。热就是首先要利用燃气机组的热能,通过储能系统来调节。系统的热量供应优先顺序是燃气机组、储热系统、燃料锅炉。这是分布式系统能量控制判据及储能系统容量配置规则。右边给出了怎么了确定储冷储热的控制方法。下面这个图分别是不同季节的能量分配情况,一个夏季,一个冬季。这是采用100Kw燃气机组的对比情况。下面这两个图分别是传统的控制策略,上面两个图是采用复合储能以后的控制策略。可以看出:采用复合储能系统进行调控,冬季工况下仍然存在热能损失,但是损失量有所减少。夏季工况下100Kw燃气机组运行工况较为稳定,但负载率不高、储电系统没有起作用;储热系统作用明显,减少了机组的启停运行。

下面两张图是针对不同燃气机组容量,得到的传统控制策略和改进型控制策略的负载率情况。最后得到的结论是:针对两种不同设计容量的分布式系统,基于复合储能系统的调控方式均使得燃气机组处于稳定运行的状态;同时选择60kw燃气机组时,优化效果明显,机组保持在较高的负载率运行。

前面的控制基于经验规则,调控策略缺乏灵活性,因此研究了基于遗传算法的主动调控策略。左边是算法步骤。设定了两个优化目标:一个是运行经济性,一个是污染物排放量。首先我们只考虑经济性不考虑污染物排放,在单目标优化情况下,主动调控策略比现有控制方式节约了22%的运行成本,具有良好的经济性;算法大约在30代左右收敛,收敛性非常好。进一步地,考虑了多目标优化的功率分配情况,既考虑经济性又考虑排放。可以看出:多目标优化所节约的运行费用,相比单目标有所降低,但CO2排放量有显著减少,经济性指标和污染物排放指标同时得到了优化。以上是我介绍的我们做的复合储能系统优化控制方面的工作。

下面我给大家介绍一下我们做的一个超级电容和电池混合储电的仿真平台。我们是以轨道交通来做的。大家知道轨道交通比如地铁往前跑的是电动机带着车在跑,刹车的时候电动机反转变成发电机,产生电能并回馈到直流母线。不同于电阻制动消耗能量的方式,我们采用储能系统把这个电能回收,等下一趟车往前跑的时候就把它用了,再生电能得到了充分利用。左边是用锂电池的,右下角是用超级电容的。单一类型储能介质难以在性能、价格、效率等多方面满足系统能量调控的作用。通过我们研发的基于混合储电的再生电能物理仿真平台,可以结合各种智能算法,对单目标、多目标不同运行目标下的混合储电系统容量设计、功率分配策略进行验证和优化,有效提高系统运行的经济性、节能性等指标,从而指导实际系统的设计和运行。谢谢大家!  

关键字:储能大会

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