一种基于虚拟储能装置的农村综合能源系统的制作方法

本发明涉及综合能源，尤其涉及一种基于虚拟储能装置的农村综合能源系统。

背景技术：

1、随着风电、光伏等可再生能源接入电网比例逐渐增高，用户负荷消费需求强劲，传统电网的运行和调峰方式难以经济可靠的保障电网供需平衡。而通过对负荷进行调控，使其参与电网的运行，能够为电网提供新的调节能力，提高了电网运行的稳定性和可靠性。

2、由于农村地区负荷分散、单体负荷功率小、种类较多，电网无法进行有效的调控。因此，如何对农村负荷资源进行整合，进而聚合调控，并与风电和光伏等可再生能源、储能装置形成资源优势互补，形成良好的协调互动，提高整个系统的运行经济性，对综合能源系统的发展具有重要的现实意义。

3、目前，国内外专家针对负荷调控研究已有一定的成果。有的专家提出公共楼宇空调负荷参与电网虚拟调峰的总体思路，从实现手段和运行方式两个角度论证了楼宇空调负荷参与电网调峰的可行性。有的专家提出采用模型参数辨识方法和运行状态估计算法对温控负荷的响应能力进行评估。

4、但是，上述研究主要针对空调等温控负荷进行研究，未考虑农村地区分散、单体功率小和种类较多的小型负荷聚合控制问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对上述问题，本发明旨在提供一种基于虚拟储能装置的农村综合能源系统，将农村地区分散、单体功率小和种类较多的小型负荷聚合为虚拟储能装置，使综合能源系统调度中心无需面对种类和数量繁多的小型负荷，减轻调度中心的压力，同时对分散低功率负荷的有效管理，以期降低农村综合能源系统的运行成本，实现农村综合能源系统的经济运行。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、第一方面，在本发明提供的一个方案中，提供了一种基于虚拟储能装置的农村综合能源系统，该系统包括冷能流分散负荷、热能流分散负荷、电能流分散负荷以及气能流分散负荷；所述冷能流分散负荷、热能流分散负荷、电能流分散负荷以及气能流分散负荷聚合为虚拟储能装置；

4、聚合的所述虚拟储能装置用于在负荷高峰期放电，在负荷低谷期充电，所述虚拟储能装置基于充放电操作在农村综合能源系统中进行削峰填谷。

5、作为本发明的进一步方案，所述虚拟储能装置包括分布式风力发电机、光伏发电系统、沼气站、沼气冷热电联供系统、蓄电池、冷热储能水罐、空气源热泵和可控负荷；

6、所述气能流分散负荷包括沼气站，所述沼气站用于给所述沼气冷热电联供系统提供沼气能量；所述沼气冷热电联供系统包括沼气发电机、余热锅炉和溴化锂吸收式制冷机；所述溴化锂吸收式制冷机、余热锅炉和沼气发电机组成分别提供冷、热、电三种能量的冷热电耦合装置。

7、作为本发明的进一步方案，所述空气源热泵用于提供冷热两种能量，所述冷热储能水罐用于储存冷热能量，所述分布式风力发电机、光伏发电系统和蓄电池用于提供电能，所述可控负荷包括led植物生产照明、等离子固氮、空间电场以及切割机，所述可控负荷具有虚拟储能特性。

8、作为本发明的进一步方案，所述空气源热泵由电能驱动压缩机运转，所述空气源热泵在t时刻的输出热功率或者冷功率php(t)为：

9、php(t)＝chppehpsit

10、式中，chp为空气源热泵制热或者制冷系数；pehp为空气源热泵在t时刻的用电功率；sit表示负荷i在时段t的工作情况，工作时取1，否则取0。

11、作为本发明的进一步方案，所述蓄电池和冷热储能水罐组成实体储能装置，实体储能装置在t时刻的能量e(t)为：

12、e(t)＝e(t-1)(1-δ)+δtpeh(t)ηch-δtpdis(t)/ηdis

13、式中，δ为储能装置自放能系数；peh(t)为储能装置在t时刻的充能效率；pdis(t)为储能装置在t时刻的放能功率；ηch为储能装置充能效率系数；ηdis为储能装置放能效率系数；δt为单位时段。

14、作为本发明的进一步方案，所述沼气冷热电联供系统的数学模型为：

15、

16、式中，pmt(t)为沼气发电机的功率；phmt(t)为余热锅炉功率；pcmt(t)为溴化锂吸收式制冷机功率；ηcmt为溴化锂吸收式制冷机效率；ηe为沼气发电机发电效率；η1为沼气发电机散热损失系数；ηrec为烟气余热回收效率；ηhmt为余热锅炉效率。

17、作为本发明的进一步方案，可控负荷为具有可调控性的用电设备，所述可控负荷用于电能消耗的转移并构建农业可控负荷虚拟储能模型；其中，可控负荷的瞬时功率值为虚拟储能装置的充放电功率值，其中，虚拟储能装置的模型为：

18、

19、式中，pload(t)为农村综合能源系统在t时段的总负荷；nmv为可时移负荷的种类；pimv(t)和pimv′(t)为可时移负荷在时移前和时移后t时段第i类负荷值；pvip(t)为重要负荷在t时段的负荷功率；pram(t)为随机负荷在t时段的负荷值；为第i类可时移负荷从t时段时移到t′时段的负荷值；为第i类可时移负荷从t′时段时移到t时段的负荷值；为第i类可时移负荷的最小单元值；为第i类可时移负荷从t时段到t′时段的最小单元数量。

20、作为本发明的进一步方案，所述基于虚拟储能装置的农村综合能源系统还包括建立农村综合能源系统优化调度模型；所述农村综合能源系统优化调度模型以农村综合能源系统日运行成本最低为目标，构建相应的目标函数，所述目标函数包括系统运行维护成本、农村综合能源系统与农村配电网交互成本、电池更换成本、可控负荷参与需求响应的补贴成本，所述目标函数为：

21、minc＝c1+c2+c3+c4

22、式中，c为农村综合能源系统日运行总成本；c1为农村综合能源系统运行维护成本；c2为农村综合能源系统与农村配电网交互成本；c3为可控负荷参与需求响应的补贴成本；c4为蓄电池老化成本。

23、作为本发明的进一步方案，农村综合能源系统运行维护成本c1为：

24、

25、式中，ci为小型分布式风力发电机、光伏发电系统、沼气冷热电联供系统、冷热储能水罐、空气源热泵的维护成本；pi(t)为小型分布式风力发电机、光伏发电系统、沼气冷热电联供系统、冷热储能水罐、空气源热泵的实时输出功率；

26、农村综合能源系统与农村配电网交互成本c2为：

27、

28、式中，cgrid为系统与配电网的交互价格；pgrid(t)为系统与配电网之间的交互功率；

29、可控负荷参与需求响应的补贴成本c3为：

30、

31、式中，a和b为可控负荷参与需求响应的系数；phigh(t)和plow(t)为可控负荷削峰填谷的功率值；

32、蓄电池老化成本c4为：

33、

34、式中，cestor为蓄电池维护成本；festor(t)为蓄电池充放电状态，充放电时为1，不充放电时为0。

35、作为本发明的进一步方案，所述农村综合能源系统优化调度模型的约束条件包括冷热电功率平衡约束、农村综合能源系统供能设备功率约束、联络线功率约束以及储能装置约束，其中：

36、冷热电功率平衡约束为：

37、

38、式中，pelectr(t)为电负荷的功率；pheat(t)为热负荷的功率；pcool(t)为冷负荷的功率；ppv(t)为光伏的功率；pwt为风电的功率；pestor(t)为蓄电池的功率；phstor(t)为热储能罐的功率；pcstor(t)为冷储能罐的功率；phph(t)和phpc(t)为空气源热泵的输出热功率和冷功率；

39、农村综合能源系统供能设备功率约束为：

40、0≤pi(t)≤pi,max

41、联络线功率约束为：

42、pgridmin≤pgrid(t)≤pgridmax

43、式中，pgridmin为联络线最小交互功率；pgridmax为联络线最大交互功率；

44、储能装置约束为：

45、

46、式中，e为冷热电储能装置最大容量；pdismax为冷热电装置放能功率的最大值；pchmax为冷热电装置蓄能功率的最大值。

47、本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

48、本发明提供的一种基于虚拟储能装置的农村综合能源系统，通过将农业可控负荷聚合为虚拟储能装置，平易了系统负荷波动，起到了削峰填谷的作用，使综合能源系统调度中心无需面对种类和数量繁多的小型负荷，减轻调度中心的压力，实现了农业分散负荷的有效控制，降低了农村综合能源系统的日运行成本，实现了农村综合能源系统的优化经济运行。

49、本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。