團隊介紹

王蕭博，博士研究生，研究方向為混合儲能系統和微網能量管理等。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與微電網控制、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監(jiān)測保護與運行控制、綜合能源系統運行與優(yōu)化、艦船電力系統優(yōu)化設計與保護控制技術等。

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)表各類學術論文400余篇，授權發(fā)明專利48項。獲上海市科技進步一等獎、二等獎等獎勵。

導語

本文針對高滲透率電熱微網聯絡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）協同平滑策略。

該策略可以實時追蹤各設備的功率平抑潛力，動態(tài)調整聯絡線功率平滑目標，并通過模糊控制和復合濾波方法分配功率平抑任務，實現燃氣輪機、熱泵群和超級電容協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，同時具有經濟性優(yōu)勢。

項目研究背景

電熱微網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，是分布式可再生能源消納的重要載體。不同于傳統發(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。電熱微網中可再生能源滲透率的不斷增加，給微網的安全穩(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亟需一種經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，以集中式供能結構下的電熱微網為對象，為解決聯絡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同的功率平滑策略。

以熱電聯產的燃氣輪機為微源，熱泵群為需求響應資源，超級電容器組為儲能設備，分別平抑不同頻段的聯絡線波動功率。同時，根據各設備的實時運行狀態(tài)，調整聯絡線功率平滑目標，動態(tài)分配平抑任務，實現源荷儲協同平抑聯絡線功率波動。

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。平滑策略流程如圖1所示。綜合考慮用戶電熱負荷，使用可變平滑參數動態(tài)確定各個控制周期的平抑目標功率。根據各設備的運行特性選擇對應復合濾波方法，同時通過狀態(tài)參數集評估不同設備的功率平抑潛力，以合理分配任務。

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。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予以平抑。超級電容器組承擔剩余波動功率的平抑任務。

圖1 電熱微網源-荷-儲協同控制

采用模糊控制確定燃氣輪機調控系數，以實時調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。燃氣輪機調控系數模糊控制效果如圖2所示。

圖2 調控系數模糊控制效果

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

參與負荷需求響應的熱泵群包含基荷熱泵和負荷需求響應熱泵。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閉滿足熱泵群啟停控制目標時，本文遵循以下三個準則：1）盡可能避免負荷需求響應熱泵全部開啟或關閉；2）均一化同類型熱泵啟停次數；3）啟停盡可能少的熱泵，啟停熱泵數目相等的情況下，優(yōu)先啟停負荷需求響應熱泵。當準則1和3矛盾時，優(yōu)先遵循準則1。

結論

本文提出了一種源荷儲協同的功率平滑策略，通過燃氣輪機出力調整、熱泵群負荷需求響應，配合儲能系統共同平抑電熱微網聯絡線功率。

燃氣輪機平抑低頻波動，參與聯絡線功率削峰填谷，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。在燃氣輪機參與調峰后，峰時購電成本降低，同時又節(jié)省了電池投資費用，使得源荷儲協同平滑方案較不加控制和電池-熱泵群平滑方案具備經濟性優(yōu)勢，因此有良好的應用前景。

引用本文

王蕭博, 黃文燾, 邰能靈, 溫力力, 樊飛龍. 一種源-荷-儲協同的電熱微網聯絡線功率平滑策略[J]. 電工技術學報, 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.