本發(fā)明屬于“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”綜合能源系統(tǒng)能量管理與控制領(lǐng)域，具體涉及一種適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法。

背景技術(shù)：

1、在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，由于新能源發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，大規(guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定帶來(lái)嚴(yán)重沖擊。為確保新能源的順利消納和電網(wǎng)安全，需要增強(qiáng)不同能源間的互補(bǔ)性和“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”各側(cè)的互動(dòng)性，因此，亟需發(fā)展“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”式的復(fù)合能源供能系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有典型的“三多”特征，即多能、多尺度和多變。多能表現(xiàn)為能量形式、能量類別、子系統(tǒng)的多樣性；多尺度表現(xiàn)為實(shí)時(shí)響應(yīng)和長(zhǎng)時(shí)規(guī)劃的多時(shí)間尺度與源、儲(chǔ)、荷跨區(qū)域的多空間尺度；多變表現(xiàn)為子系統(tǒng)物理特性、參數(shù)的差異性和復(fù)雜性，以及參數(shù)在時(shí)間尺度上的強(qiáng)烈波動(dòng)性。為了使復(fù)合能源供能系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行，能量管控方法至關(guān)重要。

2、現(xiàn)有的系統(tǒng)能量管控方法大多數(shù)是基于具體子系統(tǒng)所提出的功率平衡策略，它可以使系統(tǒng)正常運(yùn)行，但是從能量高效利用角度仍有較大的優(yōu)化空間，且僅針對(duì)特定的系統(tǒng)，缺乏方法層面的普適性。少數(shù)方法從系統(tǒng)角度對(duì)新能源發(fā)電、常規(guī)能源發(fā)電、儲(chǔ)能等進(jìn)行全局出力規(guī)劃，雖然可以使系統(tǒng)能量分配更加合理，提高系統(tǒng)能量綜合利用效率，但是全局規(guī)劃往往依賴于新能源發(fā)電、用戶負(fù)荷等預(yù)測(cè)的精確性，僅適用于日前調(diào)度，在日內(nèi)調(diào)度仍需采取滾動(dòng)優(yōu)化等方法維持系統(tǒng)的功率實(shí)時(shí)平衡，無(wú)法處理實(shí)時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)能量管控方法的不足，本發(fā)明的目的在于基于不同子系統(tǒng)的物理特性與響應(yīng)時(shí)間，提供一種適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，為雙側(cè)隨機(jī)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)復(fù)雜工況下的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”式復(fù)合能源供能系統(tǒng)多時(shí)間尺度能量管控提供理論指導(dǎo)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，主要包括以下步驟：

4、步驟1：頻率分級(jí)，根據(jù)源、儲(chǔ)、荷等子系統(tǒng)不同的物理特性和響應(yīng)速率，將各子系統(tǒng)按高頻、中頻、低頻依次排列。高頻子系統(tǒng)一般基于電能。它們響應(yīng)迅速，實(shí)時(shí)變化，響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)及以下，通常小于1秒。典型的高頻子系統(tǒng)包括用戶負(fù)荷、電網(wǎng)波動(dòng)和無(wú)約束的新能源發(fā)電。中頻子系統(tǒng)涉及電能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換。它們受到客觀物理過(guò)程的限制，不能像電那樣迅速響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間介于高頻響應(yīng)時(shí)間和低頻響應(yīng)時(shí)間之間，通常在1秒到1分鐘之間。典型的中頻子系統(tǒng)包括電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能和其他電能儲(chǔ)能。低頻子系統(tǒng)通?；跓崃W(xué)過(guò)程。由于傳熱傳質(zhì)過(guò)程的慣性較大，熱力學(xué)過(guò)程通常響應(yīng)緩慢，響應(yīng)時(shí)間為分鐘級(jí)及以上，通常大于1分鐘。典型的低頻子系統(tǒng)包括動(dòng)力循環(huán)、燃料電池和熱質(zhì)儲(chǔ)能。

5、步驟2：逐級(jí)控制，通過(guò)高頻子系統(tǒng)的容量狀態(tài)控制低頻子系統(tǒng)的功率狀態(tài)，通過(guò)中頻子系統(tǒng)的容量狀態(tài)控制低頻子系統(tǒng)的功率狀態(tài)。首先，雖然不同的子系統(tǒng)具有不同的物理特性和表征參數(shù)，但功率和容量是每個(gè)子系統(tǒng)均具有的外特性參數(shù)。其次，從量綱上分析，容量是功率和時(shí)間的乘積，可以在短時(shí)間尺度內(nèi)快速計(jì)算出高頻子系統(tǒng)的容量參數(shù)，進(jìn)而控制長(zhǎng)時(shí)間尺度下低頻子系統(tǒng)的功率參數(shù)。最后，該控制方法使各子系統(tǒng)出力與負(fù)荷在不進(jìn)行頻域分解的情況下，時(shí)間序列由快至慢逐級(jí)響應(yīng)。

6、步驟3：指令優(yōu)化，根據(jù)復(fù)合能源供能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性，通過(guò)遲滯控制、隨動(dòng)控制等方法優(yōu)化控制指令，實(shí)現(xiàn)復(fù)合能源供能系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。若以系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行為主要目標(biāo)，則需要降低動(dòng)力循環(huán)出力的波動(dòng)性，使其維持在穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行，基于模糊思想的“遲滯控制”可以有效濾除動(dòng)力循環(huán)波動(dòng)的出力指令；若以系統(tǒng)高效運(yùn)行為主要目標(biāo)，則需要提高動(dòng)力循環(huán)的負(fù)荷跟隨能力，“隨動(dòng)控制”可以將動(dòng)力循環(huán)出力指令從階梯調(diào)節(jié)改進(jìn)為無(wú)極調(diào)節(jié)，降低系統(tǒng)的能量損失。

7、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

8、1、本發(fā)明適用于大多數(shù)的能源系統(tǒng)。對(duì)于任何綜合能源系統(tǒng)，子系統(tǒng)都可以通過(guò)不同的時(shí)間常數(shù)按頻率排列。低頻功率參數(shù)由高頻容量參數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

9、2、本發(fā)明既適用于日前控制，也適用于日內(nèi)控制。用戶負(fù)荷或新能源的波動(dòng)可實(shí)時(shí)接入高頻參數(shù)，系統(tǒng)可通過(guò)高、中、低頻逐級(jí)響應(yīng)進(jìn)行日內(nèi)調(diào)節(jié)。

10、3、本發(fā)明可根據(jù)復(fù)合能源供能系統(tǒng)穩(wěn)定出力、高效供能等不同的需求，使用遲滯控制、隨動(dòng)控制等具體方法進(jìn)行控制指令優(yōu)化。

11、綜上，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)雙側(cè)隨機(jī)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)復(fù)雜工況下的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”式復(fù)合能源供能系統(tǒng)多時(shí)間尺度能量管控，助力高比例新能源消納及新型電力系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)特征：

1.一種適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，所述復(fù)合能源供能系統(tǒng)包含源側(cè)子系統(tǒng)、網(wǎng)側(cè)子系統(tǒng)、荷側(cè)子系統(tǒng)和儲(chǔ)側(cè)子系統(tǒng)；所述頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，其特征在于，所述步驟1，按時(shí)間序列對(duì)頻率進(jìn)行逐級(jí)排列，頻率分級(jí)范圍為：高頻響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)及以下，低頻響應(yīng)時(shí)間為分鐘級(jí)及以上，中頻響應(yīng)時(shí)間介于高頻響應(yīng)時(shí)間和低頻響應(yīng)時(shí)間之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，其特征在于，所述高頻響應(yīng)時(shí)間小于1秒，中頻響應(yīng)時(shí)間1秒至1分鐘，低頻響應(yīng)時(shí)間大于1分鐘。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，其特征在于，所述源側(cè)子系統(tǒng)包含新能源和常規(guī)能源，新能源包含光伏電池，常規(guī)能源包含超臨界二氧化碳(supercritical?carbon?dioxide,s-co2)動(dòng)力循環(huán)；所述網(wǎng)側(cè)子系統(tǒng)包含大電網(wǎng)與微能源網(wǎng)；所述荷側(cè)子系統(tǒng)包含電負(fù)荷及冷熱負(fù)荷；所述儲(chǔ)側(cè)子系統(tǒng)包含全釩液流電池(vanadium?redox?battery,vrb)；所述步驟2包括高頻控制、中頻控制和低頻控制，具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，其特征在于，所述步驟3的優(yōu)化控制指令方法，包括遲滯控制和隨動(dòng)控制。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，其特征在于，所述遲滯控制，為全釩液流電池soc對(duì)超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)出力指令的遲滯控制，控制方程為式(2)，遲滯位置為所述控制指令邊界，遲滯范圍±5％；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，其特征在于，所述隨動(dòng)控制，包括線性隨動(dòng)和圓形隨動(dòng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，其特征在于，所述線性隨動(dòng)，控制方程為式(3)；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，其特征在于，所述圓形隨動(dòng)，控制方程為式(4)；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明為一種適用于復(fù)合能源供能系統(tǒng)的頻率分級(jí)多時(shí)間尺度能量管控方法，具有一定的普適性，一方面，適用于大多數(shù)的能源系統(tǒng)，另一方面，它既適用于日前控制，也適用于日內(nèi)控制?；陔娫?、儲(chǔ)能、負(fù)荷等不同子系統(tǒng)的物理特性和響應(yīng)速率，按高頻、中頻、低頻逐級(jí)排列子系統(tǒng)；通過(guò)高頻子系統(tǒng)的容量狀態(tài)來(lái)控制低頻子系統(tǒng)的功率狀態(tài)，使各子系統(tǒng)出力與負(fù)荷在不進(jìn)行頻域分解的情況下，時(shí)間序列由快至慢逐級(jí)響應(yīng)；通過(guò)遲滯控制、隨動(dòng)控制等方法優(yōu)化控制指令。本發(fā)明為雙側(cè)隨機(jī)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)復(fù)雜工況下的“源?網(wǎng)?荷?儲(chǔ)”式復(fù)合能源供能系統(tǒng)多時(shí)間尺度能量管控提供理論指導(dǎo)。

技術(shù)研發(fā)人員：李明佳,馬騰,倪經(jīng)緯,王睿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30