综合能源微网多态虚拟储能系统精细化建模与协调控制技术研究

The Integrated Energy Microgrid is one of the most effective way for the comprehensive utilization of multiple types of distributed energy resources at the demand side. The combined utilization and interaction of the electricity, gas, cold and heat introduce more complex static and dynamic characteristics for the integrated energy microgrid. As a result, more stringent requirements are put forward on the energy storage system related to the indexes of power, energy, and response speed. The traditional energy storage systems with its control strategy are limited by many factors, which are no longer applicable. For this reason, this project studies the precise modeling and coordination control technology for the multi virtual energy storage system in the integrated energy microgrid. Firstly, the precise definition of the multi virtual energy storage system is given with considering the operation characteristics of the integrated energy microgrid. Then based on the multi dimension decomposition and parameter identification technologies, the precise model of the multi virtual energy storage system is built. Further, the interaction mechanism among the multi virtual energy storage systems and the control unit of the microgrid is studied by using the simulation method. Based on this, a multi time-scale and hierarchical control method is proposed for the multi virtual storage systems. The research results of this project can effectively enhance the economy and reliability of integrated energy microgrid, and improve the energy quality for the end users, which can provide the theoretical and technical support for the further development of integrated energy microgrid.

综合能源微网是用户侧多类型分布式能源综合利用的最有效方式之一。电/气/冷/热等多种能源在综合能源微网中的交互和综合利用使其呈现出比电力型微网更加复杂的静动态特征，由此对储能系统响应过程中的功率、能量、速度等指标都提出了更为严格的要求。传统储能系统及其控制策略受限于诸多因素已变得不再适用。为此本项目研究综合能源微网多态虚拟储能系统精细化建模与协调控制技术：首先考虑综合能源微网的运行特征给出多态虚拟储能系统的精确定义；进而结合多维度分解和参数辨识技术实现对多态虚拟储能系统的精细化建模；进而利用仿真手段探索多态虚拟储能系统之间，多态虚拟储能系统与微网内部可调控单元之间的交互作用机理；以此为基础，提出一种多态型储能系统的多时间尺度分层优化协调控制方法。本项目研究成果可有效提升综合能源微网的经济性、可靠性，改善用户供能品质，为综合能源微网未来的普及、多能源之间的协调优化提供理论支撑和技术保障。

综合能源微网是用户侧多类型分布式能源综合利用的最有效方式之一。电/气/冷/热等多种能源在综合能源微网中的交互使其呈现出比电力型微网更加复杂的静动态特征，由此对储能系统响应过程中的功率、能量、速度等指标都提出了更为严苛的要求。传统储能单元及其控制策略受限于经济、效率等因素已变得不再适用。针对此难题，本项目研究综合能源微网多态虚拟储能的定义与精细化建模，多态虚拟储能与微网内部可调控单元之间的交互作用机理分析，多态型储能的多时间尺度分层优化协调控制三方面研究内容。通过深入研究，本项目如下领域取得了技术突破：. 1) 提出了综合能源微网多态虚拟储能概念及精细化建模方法，涉及建筑暖通、电动汽车、多能管网、工业负荷等环节，形成了基于子空间辨识的虚拟储能多时间尺度核心参数辨识技术，可科学量化虚拟储能的响应容量、速率等参数，为协调控制提供模型支撑；. 2) 提出了强随机环境下，单体与集群虚拟储能的可信调控容量预测技术，可生成日前虚拟储能可调控容的置信区间，进而基于模型预测控制在日内对虚拟储能响应能力进行动态滚动修正，可有效支撑综合能源微网系统的运行调控；. 3) 提出了融合多态拟储能的综合能源微网双层优化规划方法，在规划阶段考虑多能源转换设备、储能与虚拟储能，负荷需求响应资源之间的协同潜力，形成等年值成本最优的系统最优规划方案；. 4) 提出了融合多态拟储能的综合能源微网多时间尺度分层优化调控框架与调控方法，可利用多能源耦合单元交互产生的时间尺度差异性、互补能力等，提供多种高效、便捷、经济的调控手段，辅助系统优化运行。. 本项目研究破解了虚拟储能精细化建模及参数分析的难题，提出了多态虚拟储能多时间尺度分层协调控制方法，解决了不同时间尺度供用能动态系统之间的相互协调问题。本项目研究成果可有效提升综合能源微网的经济性、可靠性，改善用户供能品质，为综合能源微网未来的普及、多能源之间的协调优化提供理论支撑和技术保障。