[发明专利]一种能源需求侧智能协调控制的微能网系统

权利要求书

1.一种能源需求侧智能协调控制的微能网系统，其特征在于：包括需求侧、控制层和能源侧；所述需求侧包括用热子系统和用电子系统；所述能源侧包括太阳能集热子系统、光伏发电子系统、风力发电子系统和高温燃料电池堆；其中，光伏发电子系统和风力发电子系统将电能传输给直流母线，高温燃料电池堆通过双向直流变换器与直流母线连接，直流母线将电能传输给用电子系统；太阳能集热子系统通过储热换热器与用热子系统形成热循环回路；其中，所述用热子系统包括一级换热器和二级换热器，一级换热器与制冷子系统形成热交换回路，二级换热器和热水子系统形成热交换回路；还包括一级短路电控阀门和二级短路电控阀门；所述一级换热器和二级换热器的供热输入端串联后与储热换热器供热输出端形成供热回路；所述一级换热器的供热输入端并联有一级短路电控阀门，二级换热器的供热输入端并联有二级短路电控阀门；所述控制层的控制信号输出端分别与双向直流变换器、一级短路电控阀门和二级短路电控阀门连接；

控制层对高温燃料电池堆的控制方法，包括如下步骤：

步骤一，假定高温燃料电池堆的控制信号为u；首先获取需求侧热能需求Q₁与能源侧热能供给Q₂的误差e_QT，其中e_QT＝Q₁-Q₂；同时获取需求侧电能需求E₁与能源侧电能供给E₂的误差e_GE，其中e_GE＝E₁-E₂；

步骤二，输入输出变量论域和量化因子；其中输入变量一e_QT、二e_GE的基本论域设计为(-20kW,+20kW)，然后将两个输入量分为5个语言变量，即正大(PB)、正中(PM)、零(ZE)、负中(NM)、负大(NB)，两个输入量的5个语言变量在基本论域(-20kW,+20kW)的隶属度函数为三角形与梯形组合式隶属度函数；输出变量u基本论域为(-100kW，+100kW)，然后将这个变化量分为5个语言变量U，即正大(PB)、正中(PM)、零(ZE)、负中(NM)、负大(NB)；输出变量的5个语言变量在基本论域(-100kW,+100kW)的隶属度函数为三角形与梯形组合式隶属度函数；

步骤三，对模糊控制规则进行设计；其中设计模糊控制规则的原则是当误差大或者较大时，选择控制量以尽快消除误差为主，而当误差小或者较小时，选择控制量要控制超调量，确认模糊控制规则表；模糊控制规则表为：

步骤四，进行解模糊，其中解模糊采用最大隶属度方法进行解模糊，得到输出控制信号u，控制器输出控制信号u用来控制双向直流变换器的工作状态，决定双向直流变换器处于升压变换模式还是降压变换模式。

2.根据权利要求1所述的能源需求侧智能协调控制的微能网系统，其特征在于：所述用电子系统包括工业用电和民用电，所述直流母线上设有电压传感器和电流传感器，工业用电和民用电的主线路上均分别设有电压传感器和电流传感器。

3.根据权利要求2所述的能源需求侧智能协调控制的微能网系统，其特征在于：所述一级换热器、制冷子系统、二级换热器和热水子系统上均设有温度传感器。

4.根据权利要求3所述的能源需求侧智能协调控制的微能网系统，其特征在于：所述控制层的检测信号输入端分别与直流母线上的电压传感器和电流传感器、工业用电主线路上的电压传感器和电流传感器、民用电主线路上的电压传感器和电流传感器以及一级换热器上的温度传感器、制冷子系统上的温度传感器、二级换热器上的温度传感器和热水子系统上的温度传感器连接。

5.根据权利要求1所述的能源需求侧智能协调控制的微能网系统，其特征在于：所述风力发电子系统通过整流器与直流母线连接。

6.根据权利要求1所述的能源需求侧智能协调控制的微能网系统，其特征在于：所述储热换热器含有两路供热输入端和一路供热输出端，其中，储热换热器的两路供热输入端分别与太阳能集热子系统和高温燃料电池堆的供热输出端形成热循环回路，储热换热器的供热输出端连接用热子系统。

7.根据权利要求1所述的能源需求侧智能协调控制的微能网系统，其特征在于：所述控制器对一级短路电控阀门的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，定义输入、输出变量及模糊分割：其中输入变量x＝[x₁,x₂]；输出变量y；其中输入变量x₁为一级换热器的输出热能Q₁与制冷子系统需求热能Q₂之间的误差，即x₁＝Q₁-Q₂；输入变量x₂为一级换热器的输出热能Q₁与制冷子系统需求热能Q₂之间的误差变化率，即x₂＝d(Q₁-Q₂)/dt；输出变量y为一级短路电控阀门的控制量；

各输入变量的模糊分割为：

输入变量x₁：[PL(正大),ZE(零),NL(负大)]

输入变量x₂：[PL(正大),ZE(零),NL(负大)]

输出变量y：采用T-S模糊模型，输出值是精确值，无需模糊分割；

步骤2，进行模糊推理；推理采用具体T-S模糊控制规则为：

其中，m为模糊系统的模糊集合，为控制规则总数，m＝1,2,...,18，为模糊系统的模糊集合，i为模糊集合数，i＝1,2,3，即正大、零、负大，j为输入变量个数，j＝1,2；与为模糊系统参数，范围为(0，1)，y_m为根据模糊控制规则得到的输出，输入部分是模糊的，输出部分是确定的，T-S模糊推理表示输出为输入的线性组合；

根据模糊规则计算各输入变量的隶属度：

式中，分别为隶属度函数的中心和宽度；

步骤3，进行模糊计算与输出，其中将隶属度进行模糊计算，采用模糊算子为连乘算子：

根据模糊计算结果计算模糊模型的输出值

根据T-S型模糊推理，得到控制信号y，控制信号y为连续的开度信号，用来控制一级短路电控阀门的开度。