[发明专利]离网型光气热电联产综合能源系统协调控制方法

说明书

本发明涉及一种离网型光气热电联产综合能源系统协调控制方法，通过系统整体分析，构建了以子系统表征系统整体动态特性的综合能源系统模型，服务于分布式模型预测控制算法。根据用户用能需求分析系统控制目标，从而提出了一种基于直接能量平衡的单层控制结构，无需上层优化调度指令，即可实现热电能量供需实时平衡。进一步，根据协调控制对象特性，采用合作型分布式模型预测控制实现热电协调控制。经仿真验证，本发明所提出的控制策略可实现多种扰动下热电能量供需的实时平衡，且计算负担较集中式模型预测控制算法显著下降。

技术领域

本发明涉及热电联产系统热电协调控制技术领域，尤其是一种离网型光气热电联产综合能源系统协调控制方法。

背景技术

近年来，多能协调的综合能源系统以其消纳可再生能源的潜力成为研究的重点。随着我国“碳达峰、碳中和”目标的提出，以高比例可再生能源驱动的综合能源系统已然成为低碳供能模式的不二之选。但由于综合能源系统的高集成度与复杂性，其运行控制问题极具挑战。

目前，针对热电联产综合能源系统的运行优化研究多采用分层优化调度的方法，通常具有双层结构，上层为优化调度层，起到下发负荷指令的作用，下层为实时控制层，起到负荷跟踪的功能，而这样的分层控制方式存在一些弊端。首先，分层优化调度的上层通常采用较大的调度周期，在调度周期内能量的实时平衡依赖于快速响应的可靠储能源，对于联网型系统而言为大电网，对离网型系统来说则通常为各类储能设备。为满足各种扰动下电量供需的快速平衡，势必需要较大的可靠储能源容量，从而增加了投资成本；其次，大部分关于热电联产综合能源系统的研究将供热或制冷过程与供电过程等量齐观，未考虑由热过程的惯性、闭环特性等可能导致热电调度与实时控制层的失配，如上层调度指令下层不可达等。另外，目前基于优化调度的热电联产综合能源系统运行控制方法通常采用“以热定电”或“以电定热”的方式，或利用储能与热惯性对热的供需平衡进行松弛，并不要求热电供需的同时满足，这将降低热用户的舒适度，没有充分满足用户多元化用能的需求。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种离网型光气热电联产综合能源系统协调控制方法，从而解决上述技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种离网型光气热电联产综合能源系统协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立离网型光气热电联产综合能源系统机理模型，所述综合能源系统包括由微燃机与空气源热泵构成的热电联产子系统；以所述热电联产子系统作为热电协调控制的物理对象并表征所述综合能源系统整体动态特性；

步骤二：以所述综合能源系统的热电负荷供需实时平衡为控制目标，建立直接能量平衡单层控制结构，所述直接能量平衡单层控制结构采用协调控制器对表征热电负荷供需实时平衡的系统侧的指标进行控制；

步骤三：所述协调控制器基于分布式模型预测控制算法(DMPC算法)实现热电协调控制，基于所述热电联产子系统的数学模型构建所述分布式模型预测控制算法的预测模型，其采用扰动扩增的方式实现无静差控制性能，并通过终端约束保证模型预测控制器的稳定性。

所述综合能源系统还包括与母线连接的光伏和锂电池；所述微燃机采用具有余热回收功能的微型燃气轮机，其高温余热烟气通过换热器将热量传递给回水以制得供暖水，所述微燃机和所述空气源热泵制得的热水在供水联箱中混合后流向取暖用户；所述综合能源系统的各耗电设备用电均由综合能源系统内部提供。

所述协调控制器所控对象为所述热电联产子系统，根据热电能量供需的不平衡信号，所述协调控制器通过调节所述微燃机的燃料流量以及所述空气源热泵的压缩机转速，调节所述热电联产子系统的供热与供电功率。

所述步骤二中，表征热功率、电功率供需平衡的系统侧指标分别为供暖水温度、系统净输出功率；表征热功率、电功率供需平衡的用户侧指标分别为用户室内温度、母线电压，且用户侧指标分别由两个就地控制器控制。