[发明专利]一种能源微网负荷频率控制方法、系统及相关产品

说明书

本发明公开了一种能源微网负荷频率控制方法、系统及相关产品，该方法包括以下步骤：建立能源微网各组件的负荷频率响应模型；基于广义预测控制算法设计的负荷频率控制器；对SMES系统的超导线圈参数进行优化，实现优化调整能源微网的频率偏差；能源微网各组件包括LIQHYSMES装置、微型燃气轮机、电动汽车充电站和智能负荷。本发明提出了一种鲁棒性更强的基于广义预测算法的协调负荷频率控制器，应用在含有液氢超导储能装置的能源微网负荷频率控制中，能够有效维持能源微网的频率稳定；另外，本发明提出了超导线圈参数的优化设计，包括对初始电流，电感和初始存储能量的优化，以获得更优的频率控制效果。

技术领域

本发明涉及能源微网的负荷频率控制技术领域，具体针对含液氢超导储能的能源微网的负荷频率控制问题。

背景技术

可再生能源(Renewable Energy Sources，RES)和分布式电源(DistributedGeneration，DG)渗透率的增加容易引起功率的波动，发电量与负荷需求难以满足实时平衡，这对电力系统的稳定性和可靠性提出了严峻挑战。再考虑到常规能量成本，温室气体排放，传统电力系统的安全等问题，能量互联网的概念应运而生。能源互联网由许多能源微网构成，并支持多种可再生能源的灵活接入。能源微网的概念与未来电力系统的概念一致，代表微网的进一步发展。智能负载(Smart Load，SL)将会变得可控，而储能系统以及基于V2G(Vehicle-to-grid)技术的电动汽车(Electric Vehicle，EV)的使用有助于可控负载的主动响应，可再生能源也将越来越多地用于家庭，楼宇和工厂。对于抑制能源互联网中的功率波动，以及通过将发电侧与需求侧解耦来实现可再生能源的有效利用，储能技术可以起到关键作用。

超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES)具有对功率波动的快速响应和提供瞬时大功率的优势，但有限的存储容量限制了超导储能的长期工作能力；液氢(Liquid Hydrogen，LH2)存储单元具有存储容量大和经济性好的特点，可以弥补超导储能的缺点，但是它们的响应速度十分缓慢，不适合单独用作存储单元应用于含可再生能源的能源互联网中。液氢超导磁储能装置(Liquid Hydrogen with SMES，LIQHYSMES)可以利用SMES和液氢储能部分协同作用，以共同平抑功率的波动，并且有助于扩大储能单元的存储容量。另一方面，将液氢用作SMES的冷却介质，二者可以共用制冷设备以提高制冷效率并降低投资成本，如文献沈郁，姚伟，方家琨，文劲宇等人于2016年1月在电网技术期刊上提出的《液氢超导磁储能及其在能源互联网中的应用》。

另外，《电能质量电力系统频率允许偏差》(GB/T 15945－1995)中规定：“电力系统频率偏差允许值为0.2Hz，当系统容量较大时，偏差值可放宽到+0.5Hz～－0.5Hz。”对于能源微网，其系统频率波动较大一方面将影响系统的频率质量，另一方面可能造成频率崩溃影响其安全运行，在并网运行时更有可能会造成整个能源互联网系统崩溃，因此，在电力系统运行的过程中，有效地控制系统负荷频率至关重要。

负荷频率控制(Load Frequency Control，LFC)已被广泛应用于传统电力系统中，微网可以通过最优控制、比例积分(Proportional Integral，PI)控制等方法维持频率的稳定性。但是在包含大量分布式可再生能源的能源微网中，由于可再生能源的波动与负荷频率变化叠加产生综合扰动，十分需要能够协调能源微网各单元的强鲁棒性控制器，以及能充分发挥液氢超导储能平抑波动优势的负荷频率控制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种能源微网负荷频率控制方法，包括以下步骤：

建立能源微网各组件的负荷频率响应模型；基于广义预测控制算法设计的负荷频率控制器；对SMES系统的超导线圈参数进行优化，实现优化调整能源微网的频率偏差；

能源微网各组件包括LIQHYSMES装置、微型燃气轮机、电动汽车充电站、智能负荷和分布式发电装置。