一种基于相变储能虚拟大容量灵活可调负荷与调频电厂的AGC协同方法

本发明的实施例涉及微电网，尤其涉及一种基于相变储能虚拟大容量灵活可调负荷与调频电厂的agc协同方法。

背景技术：

1、随着化石能源危机及环境保护问题的日益突出，具有随机性、间歇性和难以预测性的风电、光伏等清洁能源得到快速发展，同时也给电网调频带来日益严峻的挑战。常规机组调频容量有限、响应慢、存在死区振荡且可能反向调频，难以满足调频需求，制约了电网消纳清洁能源的能力。

2、相比常规机组，储能资源一般具有较快的功率调节速度，能够对系统的频率变化做出快速的响应，适合参与电力系统的频率调节。已有的研究和实证表明，储能资源对于减小传统发电机组的调频需求和提高调频效果具有显著作用。

3、相变材料(phase change materials,pcm)是一类可随温度变化而转变物理性质并能提供潜热的物质，其相变过程中将吸收或释放大量的潜热，形成一个宽的温度平台，虽然温度变化微小，但吸收或释放的潜热却相当大。相变材料作为一种新型储能材料，有着价格低廉、寿命长、相变点设计灵活、储能容量大、无输送过程损耗等优点。建筑相变储能系统是一种时间尺度灵活的装置，能动态吸收、释放能量，且其响应快速、控制精度高，在参与电网调频方面具有明显优势。当建筑相变储能资源参与调频时，agc系统能够根据储能资源功率快速调节的优点，充分发挥其作用。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种基于相变储能虚拟大容量灵活可调负荷与调频电厂的agc协同方法，涉及微电网技术领域，能够充分利用建筑相变储能系统时间尺度灵活、能动态吸收以及释放能量、响应快速、控制精度高的特点，提高调频效果。

2、为了达成上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、一种基于相变储能虚拟大容量灵活可调负荷与调频电厂的agc协同方法，包括以下步骤：

4、建立含相变储能pcls辅助控制agc调频的系统频率响应模型，除常规火电机组环节外，增加相变储能pcls与调频电厂输辅助agc控制环节，将相变储能pcls与调频电厂输出△p作为输入，通过负反馈条件减小系统供需不平衡量；

5、所述相变储能pcls的计算方法包括以下步骤：

6、步骤1、计算所有建筑相变储能负荷的总和：

7、

8、式中：ppcls_sum(t)为pcls在t时刻的总功率；n为相变负荷的数量；ppcl_n(t)为第n个相变储能系统pcl模型提供调频的功率；

9、步骤2、根据建筑相变储能资源能够响应高频调频需求的特点提出agc控制策略：在相变储能和调频电厂按照arr处于死区、紧急调节区、次紧急调节区、正常调节区，进行分配，得到agc系统给建筑相变储能资源分配的调节量；

10、步骤3、利用agc系统给建筑相变储能资源分配的调节量对步骤1得到的所有建筑相变储能负荷的总和进行调整，得到相变储能pcls。

11、进一步的，所述步骤1中计算所有建筑相变储能负荷的总和的方法具体包括以下步骤：

12、步骤1.1、对于建筑相变储能系统调频pcl模型而言，采用一阶低通滤波器来抑制电网中有功功率的波动，表示为：

13、

14、式中：plpf为低通滤波器的输出；δp为电网中的不平衡功率；通过控制时间常数tdelay的大小来调节pcl的出力，tdelay越大，pcl功率变化越快；建筑相变储能系统热泵的功率可以表示为不平衡功率与滤波器输出之差：

15、ppcl＝δp-plpf

16、在建筑相变储能系统参与调频的同时，需要满足如下约束：

17、qar(t)＝qpa(t)+qoa(t)+qia(t)+qra(t)

18、式中，qar(t)为墙板气隙向室内空气的强制对流换热，单位为w；qpa(t)为相变墙空气与相变材料换热量，单位为w；qoa(t)为相变墙空气与相变墙外侧换热量，单位为w；qia(t)为相变墙空气与室内侧墙板的换热量，单位为w；qra(t)为室内空气向墙板气隙的强制对流换热，单位为w；

19、macatpa(t)＝hpcm(t)apcm[tpcm(t)-ta(t)]+ho(t)ao[to(t)-ta(t)]+hi(t)ai[ti(t)-ta(t)]+macatr(t)

20、式中：ma为空气流量，ca为接近室温条件下的空气比热容，单位为kj/(kg·℃)；hpcm(t)为相变材料与相变墙空气的对流换热系数，单位为w/(m2·℃)；apcm为相变材料与相变墙空气的接触面积，单位为m2；ho(t)为墙体外表面与相变墙空气的对流换热系数，单位为w/(m2·℃)；ao为相变墙外侧与相变墙空气的接触面积，单位为m2；hi(t)为墙体内表面与相变墙空气的对流换热系数，单位为w/(m2·℃)；ai为相变墙内侧与相变墙空气的接触面积，单位为m2；tpcm(t)为相变材料温度；ta(t)为相变墙空气温度；to(t)为相变墙外墙温度；ti(t)为相变墙内墙温度；

21、

22、

23、

24、

25、功率分别为墙体外侧、墙体内侧与相变材料管道的辐射换热量，cpm为相变材料相变中的比热容，tpcm,0为相变过程开始时对应的温度，分别为相变材料管道与墙板的外层和内层的辐射换热系数；

26、

27、

28、

29、式中，qam(t)是墙体外层外表面与外界环境之间的对流换热量，mi、mo和hi、ho分别为相变墙内外墙板质量以及单位质量的焓，是外层墙体的外表面和内表面之间的导热量，qir(t)、分别为相变墙内层与室内空气和其他墙体的换热量；

30、

31、

32、

33、式中，为南墙外表面接受的日照辐射，αsw为墙壁的辐射吸收系数，g(t)为墙外辐射，qam-2o(t)为南墙外表面与外界环境之间的对流换热量，为南墙的内外层之间的导热量，m2和h2为南墙质量和单位质量焓，q2i-r(t)和q2i-ji(t)分别为南墙与室内空气以及其他墙壁之间的换热量；

34、经相变墙内热交换过程后传入室内空气的热流qar(t)与相变墙体内表面向室内空气的对流换热量qir(t)之和等于空气向房间各围护结构内表面(包括东墙、南墙、北墙、地板、屋顶、北门以及南窗等表面)的对流换热量因此在t时刻，相变墙内空气的热平衡方程为：

35、

36、储热容量与soc之间的关系定义为：

37、

38、

39、式中，mp是封装相变材料的质量；是相变前后单位质量相变材料的焓差；hp(t)是相变储能系统在t时刻的焓值；

40、热泵的电热转换关系可表述为：

41、qhp(t)＝ceh(t)·php(t)

42、式中，php(t)和qhp(t)分别为热泵消耗的电功率和产生的热功率；ceh(t)为热泵的电热转换效率；

43、需满足热泵功率约束，表示为：

44、0≤php(t)≤php,max

45、式中：php,max为热泵压缩机的额定功率限制；

46、步骤1.2、把大量建筑相变储能聚合，形成在各个时段稳定可控的集群相变储能调频资源pcls，pcls的功率为所有建筑相变储能负荷的总和：

47、

48、式中：ppcls_sum(t)为pcls在t时刻的总功率；n为相变负荷的数量；ppcl_n(t)为第n个相变储能系统pcl模型提供调频的功率；

49、进一步的，所述步骤2中的agc控制策略具体包括：

50、1)当arr处于紧急区时，agc系统给建筑相变储能资源分配的调节量为：

51、

52、式中：pe,i表示建筑相变储能资源当前功率，和分别为建筑相变储能资源的最大上调功率和最大下调功率；如果所有建筑相变储能资源的之和大于|arr|，则按比例调整建筑相变储能资源的调节量；否则剩余调节量由传统机组按比例分摊；

53、2)当arr处于次紧急区时，agc系统给建筑相变储能资源分配的调节量按下式计算：

54、

55、其中，k为如图2所示线段的斜率；

56、

57、式中，δpt表示所有调频资源，包括传统发电机和建筑相变储能资源的调节功率，需根据arr的方向计算上调或下调总功率；如果|arr|>δpt，则k取0；而如果所有建筑相变储能资源的之和大于|arr|，则按比例调整建筑相变储能资源的调节量；否则，剩余的调节量由传统机组按比例分摊；

58、3)当arr处于正常调节区，agc系统按调节容量比例分配建筑相变储能资源调节量即：

59、

60、4)当arr处于调节死区时，agc系统根据建筑相变储能资源上报的基点功率，下发允许建筑相变储能资源功率的调整量；储能系统运营商根据自身的soc水平、电价水平等因素确定基点功率则建筑相变储能资源期望的功率调整量为：

61、

62、所有建筑相变储能资源期望调整的总量、向上调整量和向下调整量为：

63、

64、

65、

66、为保证建筑相变储能资源调整不会引起arr超出调节死区，按如下功率调整策略得到agc系统给建筑相变储能资源分配的调节量

67、当时

68、

69、当时：

70、

71、其他情况时：

72、

73、本发明的有益效果为：

74、本发明的一种基于相变储能虚拟大容量灵活可调负荷与调频电厂的agc协同方法，能够充分利用建筑相变储能系统时间尺度灵活、能动态吸收以及释放能量、响应快速、控制精度高的特点，提高调频效果。