上海交通大学王萧博、黄文焘、邰能灵 等：一种源-荷-储协同的电热微网联络线功率平滑策略

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团队介绍

王萧博，博士研究生，研究方向为混合储能系统和微网能量管理等。参与国家重点研发计划参与国家重点研发计划、上海市教委重大科研项目。

黄文焘，上海交通大学电子信息与电气工程学院，副教授，IEEE Senior Member。研究方向为舰船电力系统与微电网控制、保护及能量管理等。主持国家自然科学基金、上海市青年英才科技扬帆计划、教育部重大项目课题、智能电网重点研发计划课题等。获上海市科技进步一等奖、上海市技术发明一等奖。

邰能灵，上海交通大学电子信息与电气工程学院，长聘教授，博士生导师，电气工程系系主任，电力输送与功率变换控制教育部重点实验室主任。研究方向为智能电网监测保护与运行控制、综合能源系统运行与优化、舰船电力系统优化设计与保护控制技术等。

近几年，主持包括4项国家自然科学基金、国家科技支撑项目、国家重大专项子项、国家重点研发计划、教育部重点科技项目、上海教委科研创新重大项目等省部级以上项目18项。发表各类学术论文400余篇，授权发明专利48项。获上海市科技进步一等奖、二等奖等奖励。

导语

本文针对高渗透率电热微网联络线功率峰谷差和短时波动较大的问题，提出了一种源（燃气轮机）-荷（热泵群）-储（液态热储能和超级电容）协同平滑策略。

该策略可以实时追踪各设备的功率平抑潜力，动态调整联络线功率平滑目标，并通过模糊控制和复合滤波方法分配功率平抑任务，实现燃气轮机、热泵群和超级电容协同平抑功率波动中的低、中、高频部分。所提策略具有良好的功率平抑效果，同时具有经济性优势。

项目研究背景

电热微网是满足终端用户多类型用能需求的小型综合能源供给系统，是分布式可再生能源消纳的重要载体。不同于传统发电方式，可再生能源发电具有很大的波动性和不确定性。电热微网中可再生能源渗透率的不断增加，给微网的安全稳定运行带来了诸多挑战。因此，包含高渗透率可再生能源的电热微网亟需一种经济可靠的功率平滑方法。

论文所解决的问题及意义

本文针对交通枢纽、工业园区等场景，以集中式供能结构下的电热微网为对象，为解决联络线功率峰谷差和短时波动较大的问题，提出了一种源荷储协同的功率平滑策略。

以热电联产的燃气轮机为微源，热泵群为需求响应资源，超级电容器组为储能设备，分别平抑不同频段的联络线波动功率。同时，根据各设备的实时运行状态，调整联络线功率平滑目标，动态分配平抑任务，实现源荷储协同平抑联络线功率波动。

论文方法及创新点

本文基于电热功率实时波动情况，合理分配燃气轮机和热泵群承担的功率波动平抑任务。平滑策略流程如图1所示。综合考虑用户电热负荷，使用可变平滑参数动态确定各个控制周期的平抑目标功率。根据各设备的运行特性选择对应复合滤波方法，同时通过状态参数集评估不同设备的功率平抑潜力，以合理分配任务。分离目标功率中的低频成分，通过模糊控制确定燃气轮机承担的功率平抑任务。然后，计算目标功率中的中频成分和剩余的低频成分，控制热泵群启停参与负荷需求响应予以平抑。超级电容器组承担剩余波动功率的平抑任务。

图1  电热微网源-荷-储协同控制

采用模糊控制确定燃气轮机调控系数，以实时调整燃气轮机承担的功率平抑份额。当燃气轮机具有较好的平抑潜力时，增大其承担的份额；当热泵群-蓄热箱具有较好的平抑潜力时，减小燃气轮机承担的份额。燃气轮机调控系数模糊控制效果如图2所示。

（a）PTL0(t)>Paim(t-1)时   （b）PTL0(t)<Paim(t-1)时

图2  调控系数模糊控制效果

参与负荷需求响应的热泵群包含基荷热泵和负荷需求响应热泵。为了减少控制策略对热泵群使用寿命的影响，在控制热泵群开启和关闭满足热泵群启停控制目标时，本文遵循以下三个准则：1）尽可能避免负荷需求响应热泵全部开启或关闭；2）均一化同类型热泵启停次数；3）启停尽可能少的热泵，启停热泵数目相等的情况下，优先启停负荷需求响应热泵。当准则1和3矛盾时，优先遵循准则1。

结论

本文提出了一种源荷储协同的功率平滑策略，通过燃气轮机出力调整、热泵群负荷需求响应，配合储能系统共同平抑电热微网联络线功率。

燃气轮机平抑低频波动，参与联络线功率削峰填谷，配合热泵群、超级电容器组后，不需要配置蓄电池即可完成波动平抑任务。在燃气轮机参与调峰后，峰时购电成本降低，同时又节省了电池投资费用，使得源荷储协同平滑方案较不加控制和电池-热泵群平滑方案具备经济性优势，因此有良好的应用前景。

引用本文

王萧博, 黄文焘, 邰能灵, 温力力, 樊飞龙. 一种源-荷-储协同的电热微网联络线功率平滑策略[J]. 电工技术学报, 2020, 35(13): 2817-2829. Wang Xiaobo, Huang Wentao, Tai Nengling, Wen Lili, Fan Feilong. A Tie-Line Power Smoothing Strategy for Microgrid with Heat and Power System Using Source-Load-Storage Coordination Control. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2817-2829.

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