基于电网响应灵活性能量控制策略交互式能源共享网络

1.本发明属于能源管理技术领域，具体涉及基于电网响应灵活性能量控制策略交互式能源共享网络。


背景技术：

2.经济持续发展，人类对能源需求日益增加。为了减少环境污染和缓解我们对化石燃料的依赖，加大开发利用可再生能源很有必要。随着可再生能源系统在混合能源系统的应用，建筑的角色将由传统的消费者向现场可再生能源管理者进行转变。建筑综合能源管理系统包括现场可再生能源系统、建筑能源需求系统、混合储能系统和公用电网。在人口稠密的城市，建筑中可以供再生能源系统的安装空间非常有限。故可再生能源系统的有效管理非常关键。在人口稠密的大都市，关于可再生能源系统的可用空间安装，车顶是薄膜pvs安装的好位置。这是车辆集成光伏(vipv)。灵活的能源管理系统也是一个有效的解决方案，因此值得研究。
3.随着分布式可再生能源系统的推广、多样化能源储存、先进能源转换及电动汽车在建筑能源系统中的耦合，非线性建筑系统的能源灵活性备受关注，然而，复杂建筑能源系统的灵活性受到控制系统的复杂性影响。目前还没有系统的灵活性量化指标或方法来全面量化建筑综合能源集成系统(比如电动汽车)能够提供电网多少灵活能源和高级转换的能源。此外，也没有一个通用的量化指标方法来量化建筑-电动汽车混合式并网系统的能源灵活性，以及先进的能源控制策略。
4.因此，针对上述技术问题，有必要提供基于电网响应灵活性能量控制策略交互式能源共享网络。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供基于电网响应灵活性能量控制策略交互式能源共享网络，以解决上述背景技术中的问题。
6.为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
7.基于电网响应灵活性能量控制策略交互式能源共享网络，包括能源灵活性量化指标和动态电网响应能量控制策略；
8.其中，所述能源灵活性量化指标用于量化非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统的能源灵活性，所述能源灵活性量化指标是基于可再生能源侧非高峰可再生能源放电比和基于电网侧非高峰电网放电比实现的；
9.所述动态电网响应能量控制策略是基于系统蓄电潜能用于供不同非高峰电价和不同额定可再生能源容量的技术经济可行性分析。
10.进一步地，所述非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统包括：分布式发电系统、建筑能源系统、混合储能系统和集成电网系统。
11.进一步地，所述非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统是以电池为基础的汽车作
为移动电力存储与车辆集成光伏(vipvs)的集成，当以电池为基础的车辆在建筑物内时，车辆集成光伏(vipvs)不会产生可再生能源；当以电池为基础的车辆在道路上行驶时，车辆集成光伏(vipvs)可以利用太阳辐射产生电能为车辆的电池充电。
12.进一步地，所述可再生能源发电系统包括太阳能光伏发电系统和风电系统，所述建筑能源系统包括冷热电系统，所述混合储能系统包括储热、储电及移动电池储电系统。
13.进一步地，所述冷热电系统包括灯光设备、空调系统和热水加热器。
14.进一步地，所述混合储能系统具体包括热水蓄能罐和蓄冷罐。
15.进一步地，所述建筑能源系统包含区域高/中/低层建筑，商业、办公及居住等建筑类型。
16.进一步地，所述非高峰期电网和可再生能源通过储能系统来解决能源拥挤矛盾的技术方案，用于保证在可再生能源利用率的前提下，提高系统运行过程对电网梯级电价的利用，进而保证系统经济地、持续地运行。
17.进一步地，所述非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统还包括电动汽车集成光伏系统和电网-蓄电系统，所述交通能源系统用于满足用户日常工作，休闲等活动需求。
18.进一步地，所述电网-蓄电系统用于弥补可再生能源系统时空分布的不均匀性，同时用于充分利用电网低电价电量，降低高峰期电网用电压力，进而用于降低系统对电网依赖性，提高电网运行稳定性和系统运行的经济性。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.本发明通过提出先进的动态电网响应能量控制策略，以实现非线性能源系统的灵活性管理及电动汽车与建筑系统的能源耦合，为保证不同非高峰期电价和不同额定可再生能源容量下，电网的稳健性运行、建筑能源系统运行的稳定性提供技术性及经济性指导。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明一实施例中非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统的原理图；
23.图2为本发明一实施例中总体结构和采用传统的可再生能源按需控制策略能源管理系统：控制策略1示意图；
24.图3为本发明一实施例中控制策略1模式下能量流程图；
25.图4为本发明一实施例中可再生能源按需控制和非高峰期电网响应控制的总体结构和能量管理系统：控制策略2示意图；
26.图5为本发明一实施例中控制策略2模式下能量流程图；
27.图6为本发明一实施例中可再生能源按需控制和非高峰期电网支持的存储控制的总体配置和能源管理系统：控制策略3示意图；
28.图7为本发明一实施例中控制策略3模式下能量流程图。
具体实施方式
29.以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
30.本发明公开了基于电网响应灵活性能量控制策略交互式能源共享网络，参考图1-图7所示，包括能源灵活性量化指标和动态电网响应能量控制策略；
31.其中，所述能源灵活性量化指标用于量化非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统的能源灵活性，所述能源灵活性量化指标是基于可再生能源侧非高峰可再生能源放电比和基于电网侧非高峰电网放电比实现的。
32.另外，所述非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统包括：可再生能源发电系统、建筑能源系统、混合储能系统和集成电网系统。
33.具体地，所述可再生能源发电系统包括太阳能光伏发电系统和风电系统，所述建筑能源系统包括冷热电系统，所述混合储能系统包括储热、储电及移动电池储电系统。
34.此外，所述冷热电系统包括灯光设备、空调系统和热水加热器。
35.进一步地，所述混合储能系统具体包括热水蓄能罐和蓄冷罐。
36.参考图1所示，所述建筑能源系统包含区域高/中/低层建筑，商业、办公及居住等建筑类型。
37.其中，所述动态电网响应能量控制策略是基于系统蓄电潜能用于供不同非高峰期电价和不同额定可再生能源容量的技术经济可行性分析。
38.另外，所述非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统是以电池为基础的汽车作为移动电力存储与车辆集成光伏(vipvs)的集成，当以电池为基础的车辆在建筑物内时，车辆集成光伏(vipvs)不会产生可再生能源；当以电池为基础的车辆在道路上行驶时，车辆集成光伏(vipvs)可以利用太阳辐射产生电能为车辆的电池充电。
39.具体地，所述非高峰期电网和可再生能源通过储能系统来解决能源拥挤矛盾的技术方案，用于保证在可再生能源利用率的前提下，提高系统运行过程对电网梯级电价的利用，进而保证系统经济地、持续地运行。
40.此外，所述非线性建筑-电动汽车耦合式能源系统还包括电动汽车集成光伏系统和电网-蓄电系统，所述交通能源系统用于满足用户日常工作，休闲等活动需求。
41.所述电网-蓄电系统用于弥补可再生能源系统时空分布的不均匀性，同时用于充分利用电网低电价电量，降低高峰期电网用电压力，进而用于降低系统对电网依赖性，提高电网运行稳定性和系统运行的经济性。
42.参考图3所示，τ为时间模拟步长，为0.125h；p
ree，surp1/2/3
和p
short,1/2
分别为更新后的剩余可再生能源产电量和对电力存储系统进行充电和放电后的最新电力需求；点画线表示对电动汽车强制充电，当每组私人电动汽车的fsoc
ev,lower
值为0.59、0.53、0.46；每组小客车0.6辆，其中，fsoc
ev,lower
为满足车辆运行所需的最低电池荷电状态值。车辆充电遵循先充电后放电的原则，车辆放电遵循先放电后充电的原则。
43.其中，图2和图3分别显示了传统的可再生能源按需控制策略(控制策略1)的系统配置和电量流动，其中ree surplus是指现场可再生能源发电量高于基本电力需求的持续时间，ree shortage period是指现场可再生能源发电量低于基本电力需求的持续时间。
44.参考图3所示，在可再生发电量短缺期间，由于静态电池的初始投资通常比车辆电池便宜，因此首先将静态电池放电以供办公楼使用，随后，车辆蓄电池在从电网进口电力之前放电，以满足电力需求，在可再生能源放电过剩期间，首先对车辆电池进行充电，以保证日常运输所需的能源消耗，之后，现场剩余的可再生电力在输出到电网之前，会对静态电池充电。
45.其中，控制策略1中的能量相互作用在工业领域是可行的，例如，日产聆风，本发明中的电动汽车是基于商用产品日产聆风锂离子电池建模的。
46.另外，根据制造商发布的产品信息，剩余的可再生能源可以储存起来，而商业电子设备(如powerwall)可以弥补需求不足，只要需要多余的能源，powerwall就可以为家庭提供电力，从而最大限度地减少对电网的依赖。
47.参考图4所示，实线和虚线分别表示高峰期和非高峰期的能量流，集成在车辆中的光伏在图中未显示，p
mand,off-peak
指车辆在强制模式下充电。
48.参考图5所示，τ为时间步长，0.125h；表示电车强制充电条件：点画线表示对车队车辆强制充电，每组私人电动汽车的fsoc
ev,lower
值分别为0.59、0.53和0.46，每组小客车的fsoc
ev,lower
值分别为0.6，其中，fsoc
ev,lower
为满足车辆运行所需的最低电池荷电状态值。p
ree,surp1/2/3，peak
和pr
ee,surp1/2/3，off-peak
分别在高峰和非高峰时段更新剩余可再生能源产电量，p
shortage1/2,peak
是更新后的电力需求。
49.其中，电网支持混合能源系统的功能不再是在可再生能源发电短缺时期简单地平衡负荷，而是进一步延伸，其初衷是将现场剩余的可再生能源电力从非高峰时段转移到高峰时段，根据可再生能源发电量降低电网充电功率，通过储能系统将更多的可再生能源从非高峰时段转移到高峰时段，提出了一种技术解决方案，以满足建筑用电需求，并通过协调电网和混合电力存储系统的运行，提高能量管理系统的鲁棒性和稳定性。
50.具体地，图4和图5分别显示了可再生能源发电需求和非峰值电网响应控制的系统配置和能量流：控制策略2。
51.参考图5所示，现场可再生能源发电和建筑用电需求根据高峰和非高峰时段进行分类，高峰时段为工作日上午09:00至下午21:00之间的每日时段，非高峰时段包括所有其他时段，在用电高峰期，利用现场可再生能源发电来满足建筑用电需求，之后，根据充电/放电顺序，现场剩余可再生能源发电量/建筑用电需求由两个电储存器来存储/覆盖，然后输出到电网/从电网输入，如控制策略1所述。
52.其中，在非高峰期，利用现场可再生能源发电为储能系统充电，以满足高峰期的建筑用电需求，具体地，可以将非高峰期的可再生能源转移到高峰期用于办公楼的使用，这种控制策略的优点可以概括如下：1)通过混合电力存储方式将可再生能源从非高峰时段转移到高峰时段，可以降低电网在高峰时段的峰值功率；2)由于非高峰时段建筑负荷较低，非高峰时段电网响应控制对电网影响不大，在本发明中，没有关于电网功率的限制，以支持可再生能源发电短缺期间的基本电力需求。
53.参考图6所示，实线和虚线分别表示高峰期和非高峰期的能量流，p
mand1,off-peak
和p
mand2,off-peak
指车辆在强制模式下充电，在非高峰时段进行蓄电池充电。
54.参考图7所示，点画线表示对电动车强制充电的条件：每组私人电动汽车的fsoc
ev,lower
值分别为0.59、0.53和0.46，每组小客车的fsoc
ev,lower
值分别为0.6，其中，
fsoc
ev,lower
为满足车辆运行所需的最低电池荷电状态值，p
ree,surp1/2/3,peak
和p
ree,surp1/2/3,off-peak
分别在高峰和非高峰时段更新剩余可再生能源产电量，p
short1/2,peak
是更新后的电力需求。
55.其中，图6和图7分别显示了可再生能源按需控制和非高峰期电网支持的存储控制：控制策略3的系统配置和能量流。
56.参考图7所示，控制策略2和控制策略3之间的唯一区别在于，考虑到在非高峰时段(例如从工作日的21:00和9:00)可再生能源系统的间歇性，电网运行来给电存储器充电以增强高峰期的电能灵活性，这种控制策略的主要优点是可以将非高峰时段的可再生能源和电网电量转移到高峰时段供办公楼使用。
57.此外，对于混合电力存储系统，在开发非高峰期电网电力和可再生能源系统时，需要注意一个能源拥挤的矛盾，即混合电力存储库中非高峰期电网电量的增加将降低可再生能源对能源管理系统(ems)的渗透，反之亦然。
58.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
59.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。