考虑虚拟储能的微能源网运行策略研究_蒋程.pdf

考虑虚拟储能的微能源网运行策略研究蒋程（国网北京房山供电公司，北京 ）摘要：新能源发电比例增大对微能源网运行的稳定性、经济性造成不可忽视的影响。储电装置虽然能够平抑微能源网中的源荷功率波动，但因投资成本过高而无法得到大规模应用。在储能装置容量有限的前提下，可深入挖掘需求侧的柔性冷热负荷资源，利用空调群虚拟储能平抑源荷的不确定性。以空调为研究对象，研究了空调负荷群虚拟储能策略对提高微能源网运行经济性、可靠性、安全性的内在机理。仿真实验表明，空调虚拟储能技术可以有效平抑微能源网的源荷波动，并且大幅度提高微能源网的运行经济性。关键词：微能源网；空调虚拟储能；冷热电联供；运行策略中图分类号：（，）：，：；收稿日期：引言当今，世界能源危机逐步扩大，加快建设能源互联网可为我国的能源转型提供有力保障。微能源网作为区域能源互联网的最小组成单元，可利用能源梯级利用技术高效地向终端用户提供冷、热、电、气等形式的能源。随着科技的发展，虚拟储能技术日益成熟，智能家居的普及也为空调虚拟储能技术的落地提供了基础。目前，针对面向智慧小区的微能源网虚拟储能技术的研究尚处起步阶段。本文以面向智慧小区的微能源网为研究对象，展开对需求侧空调虚拟储能技术的研究。微能源网虚拟储能模型研究的智慧小区微能源网框架结构如图所示。智慧小区居民用户的冷负荷与热负荷均为空调型冷、热负荷。该负荷的大小与室外温度、室内温度有关。吸收式制冷机依靠热能驱动，电制冷机依靠电能驱动，上述两种制冷机通过互补制冷技术高效地为居民用户提供冷能。储热管、燃气锅炉、燃气轮机三者协同工作，为居民用户提供热能供应。图智慧小区框架图 虚拟储能在工程应用中，通常采用等效热力学参数（，）的建模法对空调负荷进行建模，结合智慧小区居民负荷的特点，本文选用一阶等效热力学参数模型对空调负荷进行建模：电工技术新能源系统与设备 （）（）（）（）（）（）式中，（）与（）分 别 为 室 内 温 度 与 室 外 温 度；（）与 （）分别为制冷量与制热量；与分别为建筑等效热容与等效热阻。考虑热能惯性，在短时间内可认为有如下关系式：（）（）因此，驱动制冷机工作的电功率以及驱动热交换器的热功率可以表示为：（）（）（）（）（）（）（）（）式中，与 分别为电冷、电热转换系数；为室内温度设定值。虚拟储能充放电采用虚拟储能技术后，空调冷负荷功率变化曲线如图所示。令为一个调度周期，如果在该周期内驱动电制冷机组的平均功率值大于 （），那么认为该周期为空调虚储能的充电周期，反之为空调虚储能的放电周期。图空调负荷功率变化曲线算例分析以北京市房山区的一个面向智慧小区的微能源网为研究对象，验证本文所提计及虚拟储能的微能源网运行策略的正确性与有效性。基本参数智慧小区的冷热电负荷数据与文献 保持一致，储电、储热、储冷装置的容量分别为 、。燃气轮机额定容量为。算例中智慧园区的电网购电电价与国家电网居民用电价格保持一致，天然气价格为 元。居民区的建筑参数见表。微能源网系统内各类能量转换设备以及储能装置的技术参数见文献。表建筑参数参数数值等效热容（）等效热阻（）舒适温度上限 电冷转换系数 参数数值电热转换系数 初始设置温度 不敏感温度下限 场景描述为了验证虚拟储能技术在微能源网实际运行过程中所发挥的作用，本文设置了四组案例。案例：没有配置任何储能装置，没有采用虚拟储能技术。案例：没有配置任何储能装置，采用虚拟储能技术。案例：配置了冷、热、电三种储能装置，没有采用虚拟储能技术。案例（本文所提策略）：配置了冷、热、电三种储能装置，采用虚拟储能技术。优化结果分析在 平台对微能源网的运行调控进行全程模拟，调用商业求解器 对微能源网的运行优化模型进行高效求解。四个场景下的微能源网日运行费用见表。表优化结果场景天然气成本 元购电成本 元总运行成本 元 由表可知，采用空调虚拟储能技术以及配置了多种储能装置后，面向智慧小区的微能源网运行成本最低，为 元，较案例、案例、案例分别下降了 、。进一步分析可知，虚拟储能技术对微能源网节能减排的贡献度更大，在此基础上配置多种类型的储能装置可以进一步提高微能源网的调度灵活性，从而进一步降低其运行成本。通过对微能源网的实体储能装置以及空调虚拟储能的协同控制，可以降低能量供需在时间与空间上的不匹配程度，提高微能源网的运行经济性。结语面向智慧小区的微能源网系统结构复杂，新能源发电比例增大对其经济稳定运行提出了很大的挑战。在此背景下，本文研究了计及虚拟储能的微能源网运行策略，通过空调虚拟储能技术平抑源荷的波动，降低新能源发电的随机性对系统经济性的影响。在接下来的研究中，可以将电动汽车纳入面向智慧小区的微能源网运行优化中，深入挖掘电动汽车“源”“荷”的双重身份，探讨电动汽车参与的微能源网“储车”协同运行策略。参考文献 曾君，徐冬冬，郭华芳，等 面向可再生能源的微电网电能质量特点分析与综合评价方法研究电力系统保护与控制，（）：（下转第 页）新能源系统与设备电工技术集电线路相间保护整定方法结合 的相关要求取灵敏系数为。此时电网下继电保护电流速断保护一次值应整定为：（）（）因为继电保护器的保护范围可延伸至箱变，所以应对箱变熔断器进行考虑。熔断器对电路的保护属于反时限特性，因此可取 为保护整定的系数。若保护动作时间为 ，则用（）表示动作电流的值为：（）（）若电网下电流的定值可以同时满足式（）、式（），则整定计算应对熔断器的灵敏度问题进行考虑，确保继电保护装置整定计算有可取值的空间。因为双馈风机在升压过程中其电路阻抗将高于集电线路下的阻抗，所以通常整定计算下的继电保护区间不会真正覆盖到低压侧。若电路过长且变压器靠近升压站，则可参照式（）进行整定计算，校验采用：（）（）式中，为从集电线路的母线到第一台升压变分支点间的阻抗；与分别为首个升压变的阻抗和其线路的阻抗。式（）右侧项表示集电线路最近风机机组升压变低压侧三相短路电流。式（）若具有可行性，则证明继电保护并未完全覆盖该电路；若不具有可行性，则证明继电保护已经覆盖整个电路，需要调节式（）中关于灵敏度的相关系数，确保升转低操作过程中电网发生短路故障时，其继电保护器仍具有保护能力，即按集电线路下末端箱变低压侧出现两相短路时的最大灵敏度整定。末端箱变低压侧的两相短路电流整定式为：（）（）（）当灵敏系数取 时，过流保护整定值为：（）（）能躲过电路中的最大负荷电流的判别式为：（）由式（）可得，风机数量与熔断器是否可以躲过负荷电流有关，若存在躲不过的情况，则可通过增加方向元件的方式进行完善。结语综上所述，本文通过双馈风力发电机组模型对电网故障下短路电流的整定计算进行分析，基于故障下三相短路电流和两相短路电流的整定计算明确区域下短路故障电流的整定计算方式，并提出集电线路相间保护整定方法。本文的电流定值整定计算分析过程可为相关电网下继电保护短路电流整定计算提供参考。参考文献 苏慧平 人工智能算法的船舶电网继电保护整定研究 舰船科学技术，（）：刘志峰智能电网的供配电系统继电保护整定技术研究通信电源技术，（）：于淼，汤亚芳，黄亦欣，等双馈风机控制方式对继电保护影响的研究电力系统保护与控制，（）：白杨继电保护整定计算方法存在的问题与对策山东工业技术，（）：韩敏基于电网自适应动态分区的继电保护一体化整定计算方法分析技术与市场，（）：朱胜强继电保护整定技术在智能电网供配电系统中的应用电子世界，（）：李斌，周勇，李明霞，等电力系统继电保护整定计算中运行方式的组合问题电力设备管理，（）：，马智慧继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策分析中国设备工程，（）：（上接第 页）孙孝峰，郝彦丛，王宝诚，等 微电网分布式储能单元荷电状态平衡和电压恢复 中国电机工程学报，（）：刘涤尘，马恒瑞，王波，等 含冷热电联供及储能的区域综合能源系统运行优化电力系统自动化，（）：吴雄，王秀丽，王建学，等微网经济调度问题的混合整数规划方法中国电机工程学报，（）：杨志鹏，张峰，梁军，等 含热泵和储能的冷热电联供型微网经济运行电网技术，（）：电工技术新能源系统与设备