一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法

本发明涉及新型电力系统控制，特别是涉及一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法。

背景技术：

1、目前，随着多类型灵活可控资源被引入新型微电网，为新型微电网提供了多类型的灵活可控资源参与系统运行调度，增加系统能量储备，但存在一定的缺陷：一是由此引入了大量的控制参数，导致调度系统需要综合考虑温度、能量储备、传热系数、电动汽车参与度等多类参数，大幅增加了控制难度，二是不易监控微电网内可控资源的运行状态，难以为系统提供整体状态感知及评估。为此，本文基于功率密度型和能量密度型可控资源进行分类等值，建立最优经济模型模型并构建基于粒子群算法的系统优化控制结构进行求解，通过简化各类灵活性资源的协同调用参数，使新型微电网通过能量管理完成源荷储协同优化，能有效解决传统基于混合储能能量控制的不足。

技术实现思路

1、本发明目的是简化微网内源-荷-储控制参数，降低多类型灵活资源的协同运行难度。为了实现上述目的，本发明提供了一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法。

2、本发明实施例提供了一种基于功率密度型和能量密度型可控资源的等值模型方法，包括：

3、将功率密度型灵活资源等值为虚拟电容器，并与超级电容器协同提升系统快速功率支持能力，在功率调节过程中，电动机通过转子转速模拟超级电容的充放电性能，将此过程机械动能与超级电容器建立能量转化关系，等值关系可表示为：

4、

5、式中，cvirl(t)为功率密度型资源虚拟电容，er为功率密度型资源存储的旋转动能；evirl(t)分别为功率密度型资源虚拟超级电容器的存储能量；js、ωr(t)、pn分别为功率密度型资源的转动惯量、电角速度和极对数；uc(t)为超级电容器端电压。

6、将能量密度型灵活可控资源等值为虚拟蓄电池，考虑其能量储备模型与蓄电池充放电电能的能量转换关系，将此过程灵活可控资源内电量与蓄电池建立能量转化关系，可表示为等值关系可表示为：

7、ivirb(t)＝evirb(t)/uvirb(t)

8、式中，ivirb(t)为虚拟蓄电池的虚拟电流；evirb(t)为虚拟蓄电池功率波动时承担的虚拟电量；uvirb(t)为虚拟蓄电池额定电压。

9、基于所述虚拟储能模型，利用虚拟电容和虚拟电流参与系统功率调控，构建最优经济模型的目标函数为

10、

11、式中，fin为系统总收益，cbess为混合储能系统总运维成本；cb为蓄电池寿命折损成本；cb为混合储能系统超级电容器和蓄电池总运行维护成本；kb为混合储能系统单位电量的运行维护成本；pbchar、pbdis分别为t时段超级电容器和蓄电池组的充、放电功率；根据灵活可控负荷与额定功率之间的关系，得到用以评估虚拟储能配置容量和运行状态的性能参数；所述性能参数至少包括虚拟荷电状态。

12、基于所述最优经济模型，采用基于粒子群算法的系统优化控制结构求解所得虚拟电容值和虚拟电流值，并以此作为参数向新型微电网内灵活可控资源分配虚拟指令，协调微网内设备出力。

13、优选地，根据所述虚拟电容值和虚拟电流值分别调节功率密度型和能量密度型可控资源输出功率至参考功率，参与新型微电网内功率平衡。

14、优选地，所述根据所述虚拟电容值和虚拟电流值分别调节功率密度型和能量密度型可控资源输出功率至参考功率，包括：

15、根据灵活可控负荷与额定功率之间的关系，得到用以评估虚拟储能配置容量和运行状态的性能参数；所述性能参数至少包括虚拟荷电状态。

16、优选地，根据灵活可控负荷与额定功率之间的关系，得到功率密度型虚拟电容和能量密度型虚拟蓄电池可控资源虚拟荷电状态分别采用如下公式表示

17、

18、式中，ωrn为电动机额定电角速度；

19、相同的，能量密度型可控资源的虚拟荷电状态可表示为

20、

21、式中，ηvirb为能量转换效率，c为负荷能量储备容量；

22、本发明实施例一种基于功率密度型和能量密度型可控资源的新型微电网能量控制系统方法、系统及设备与现有技术相比，其有益效果在于：第一，基于灵活可控负荷建立的功率密度型虚拟电容和能量密度型虚拟蓄电池等值模型是以模拟传统混合储能设备进行建立，将分布式电源与柔性负荷等多类型灵活可控资源等效作虚拟储能装置，联合真实储能进行多能互补，通过统一的控制参数调度各类灵活可控资源，可使系统有效简化新型微电网调度参数，从而大幅度简化新型微电网的功率调度及备用评估难度。第二，将虚拟电容和虚拟电流作为统一调控的参数，监控实时状态和可控资源信息在各运算周期内运行参数，若某一装置运行参数达到阈值则调整能量管理值或退出系统协同运行，根据系统的实时运行状态，评估风-光-储-荷系统可调能量储备，为调度中心对灵活可控资源集群与传统储能的统一调度提供科学基础，提升系统需求侧响应的快速性与灵活性。第三，控制方法以微网系统频率运行于稳定范围为前提，以微网净效益最大化为目标，确定基于混合虚拟储能模式下的调控计划，减小了传统混合储能设备的综合运维成本，提升了系统的经济运行潜力。

技术特征：

1.本发明公开了一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法，其特征在于，所述步骤1：基于新型微电网内灵活可控资源建立功率密度型虚拟电容和能量密度型虚拟蓄电池的等值模型：

3.根据权利要求1所述的一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法，其特征在于，步骤2：基于所述等值模型，建立计及微网内灵活可控资源的经济计算模型，以微网最大净收益为优化目标，对所述模型应用粒子群算法求得最佳虚拟电容值和虚拟电流值：

4.根据权利要求1所述的一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法，其特征在于，所述步骤3：为简化微网内源-荷-储控制参数，引入虚拟荷电状态参数，提出一种基于虚拟指令参数的新型微电网源荷协同优化控制方法；

5.根据权利要求1所述的一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法，其特征在于，系统反馈灵活可控资源调节后的虚拟荷电状态，功率密度型可控资源的虚拟荷电状态可表示为

技术总结
本发明公开了一种基于功率密度型和能量密度型的虚拟储能控制方法。该方法包括：步骤1：基于新型微电网内灵活可控资源建立功率密度型虚拟超级电容器和能量密度型虚拟蓄电池的等值模型，并引入虚拟电容、电流参数；步骤2：基于所述等值模型，建立计及微网内灵活可控资源的经济计算模型，以微网最大净收益为优化目标，对所述模型应用粒子群算法求得最佳虚拟电容值和虚拟电流值；步骤3：为简化微网内源‑荷‑储控制参数，引入虚拟荷电状态参数，提出一种基于虚拟指令参数的新型微电网源荷协同优化控制方法。本发明通过虚拟电容、虚拟电流指令调用多类灵活性资源的控制方法能降低系统的能量管理难度，减小系统运维成本，提升系统的整体状态感知及协同运行水平，能有效解决传统基于混合储能能量控制的不足。

技术研发人员：付媛,韦嘉晖,李善希,刘卓林,张祥宇
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21