Оптимизация энергетического сотрудничества в жилых микросетях с помощью технологии виртуального хранения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский Государственный Технический Университет

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОТРУДНИЧЕСТВА В ЖИЛЫХ МИКРОСЕТЯХ С ПОМОЩЬЮ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ

Чемпинский А.В., студент магистратуры

2 курс, факультет Электротехнический

г. Самара

Аннотация

микросеть энергия мощность сглаживание

В этой статье представлен метод сглаживания колебаний мощности в соединительной линии микросети, основанный на технологии виртуального накопления энергии. Во -первых, систематически анализируются характеристики конструкции и режим соединения энергии объединенной системы тепла и мощности. С учетом рабочих характеристик тепловых насосов, микрогазовых турбин и характеристик аккумулирования тепла в зданиях создается виртуальная модель аккумулирования энергии. Результаты моделирования показывают, что этот метод может реализовать координацию связи между тепловой и электрической энергией и обеспечить эффект сглаживания колебаний мощности. Между тем, можно повысить гибкость управления комбинированной теплоэнергетической системой и повысить экономичность работы микросети.

Ключевые слова: возобновляемые источники, энергия, виртуальное хранилище

Abstract

This article presents a method for smoothing power fluctuations in a microgrid trunk, based on virtual energy storage technology. First, the characteristics of the structure and the energy connection mode of the combined heat and power system are analyzed systematically. Taking into account the performance characteristics of heat pumps, micro-gas turbines and heat storage characteristics in buildings, a virtual energy storage model is created. The simulation results show that this method can realize the coordination of the connection between heat and electrical energy and provide the effect of smoothing power fluctuations. Meanwhile, the control flexibility of the combined heat and power system can be improved and the efficiency of the microgrid can be improved.

Keywords: renewable sources, energy, virtual storage.

Основная часть

Наряду с популяризацией и применением возобновляемых источников энергии, распределенная система электроснабжения, состоящая из энергии ветра и фотоэлектрических элементов, может сформировать ориентированную на пользователя MicroGrid. В течение последнего десятилетия система комбинированного производства и электроэнергии (ТЭЦ) вызывает все большее беспокойство и проблемы как ключ к потреблению энергии пользователей в электричестве и тепле. Возобновляемые источники энергии и традиционные источники энергии используются для обеспечения управления оптимизацией системы и регулирования в MicroGrid. В традиционном режиме MicroGrid обычно реализует баланс мощности через конфигурацию аккумуляторов энергии для обеспечения безопасности работы системы, увеличивает эксплуатационные расходы из-за стоимости аккумуляторов энергии. Скоординированное управление тепловой и электрической энергией может сгладить колебания мощности соединительной линии и реализовать много энергетическое питание и каскадное использование, а также поэтому общие инвестиционные затраты на MicroGrid могут быть уменьшены.

Структура MicroGrid сообщества изображена на Рисунке 1, который включает в себя сеть микроэлектричества и микротермическую сеть. Распределенная генерация, такая как ветровая и фотоэлектрическая, генерирует и вводит электрическую энергию в сеть микроэлектричества, а суперконденсаторы используются для сглаживания колебаний мощности в соединительной линии микросети. Микрогазовые турбины подают электроэнергию в сеть микроэлектроэнергии за счет сжигания природного газа и рециркулируют тепловую энергию из отходов через абсорбционный нагрев, который генерирует тепло и вводится в микротермальную сеть, таким образом реализуя когенерацию тепла и электроэнергии. На основе технологии электротермического преобразования тепловые насосы могут преобразовывать низкокачественную тепловую энергию окружающей среды в высококачественную тепловую энергию, в которой часть электроэнергии потребляется теплообменником и компрессором, а тепловая энергия выводится в микротермальную сеть. Электроэнергия и тепловая энергия, наконец, передаются населению для удовлетворения спроса на электроэнергию и тепловую энергию на стороне пользователя. Поток мощности и поток тепла отмечены зеленым и красным на Рисунке 1 соответственно.

Моделирование виртуального накопителя энергии. Нагрузка на кондиционирование воздуха принимается как потребность в тепле в микросети. Поскольку потребность пользователя в температуре регулируется, тепловые насосы и микрогазовые турбины могут изменять потребность в тепле, чтобы участвовать в выравнивании мощности соединительной линии, что аналогично характеристикам зарядки / разрядки системы аккумулирования энергии. Таким образом, тепловые насосы и микрогазовые турбины могут образовывать виртуальную систему хранения. Выходной сигнал можно отрегулировать для плавных колебаний мощности на линии и обеспечения приемлемой комнатной температуры.

Рисунок 1 Поток энергии в сети MicroGrid, совмещенной с теплоэнергетической системой

Микро-газовая турбина. В условиях когенерации ТЭЦ электрическая и тепловая мощность микрогазовой турбины отображается следующим образом:

где PMT (t) и QMT (t) представляют собой электрическую мощность и тепловую мощность микрогазовой турбины в момент времени t, соответственно; Pgas (t) обозначает мощность газа, нагнетаемую в микрогазовую турбину в момент времени t; pмт представляет собой эффективность производства энергии микрогастурбином; Y_MT и p_heat представляют собой коэффициент когенерации и эффективность теплопередачи микрогазовой турбины; и COPMT - коэффициент энергоэффективности микрогазовой турбины.

Тепловой насос. Тепловой насос может преобразовывать низкопотенциальную тепловую энергию в высокопотенциальную тепловую энергию, потребляя небольшое количество электроэнергии. Фактическое энергопотребление теплового насоса изменяется соответственно с потоком рабочей жидкости:

где COPhp- коэффициент полезного действия тепловой энергии теплового насоса, Снр и рнр- представляют собой удельную теплоту и плотность рабочей жидкости теплового насоса, ATHP - это разность температур до и после одного рабочего цикла.

Суперконденсатор. Состояние заряда (SOC) суперконденсаторов можно описать следующим образом:

где SOCsc(t) представляет собой состояние заряда в момент времени, Esc - это емкость суперконденсаторов, SOCsc_min и SOCsc_max это верхний и нижний предел заряда.

Виртуальное хранилище энергии. Основываясь на законах термодинамики, уравнение теплового баланса виртуальной системы накопления энергии можно описать как:

где Q представляет собой тепло в помещении, р и C - плотность воздуха и удельная теплоемкость воздуха соответственно; а V и T inside представляют объем воздуха в помещении и температуру в помещении соответственно.

Предположим, что для сглаживания колебаний мощности применяется только один тип отопительного оборудования (например, тепловой насос). В этом случае мгновенное изменение мощности связующего устройства будет напрямую влиять на тепловую мощность отопительного оборудования, вызывая нестабильность температуры в помещении на стороне пользователя. Этот режим управления доступен, но эффект управления неудовлетворителен. Тем не менее, когенерационная система в этой статье включает два типа оборудования: тепловые насосы и микрогазовые турбины. Когда колебания мощности соединительной линии положительны, тепловые насосы могут принимать на себя часть колебательного компонента за счет увеличения мощности компрессора, а увеличение выработки тепла вызывает повышение температуры в помещении на стороне пользователя. Одновременно с этим микрогазовые турбины могут нести еще одну часть колебаний мощности за счет снижения естественной мощности впрыска газа, а падение выработки тепла может вызвать снижение температуры в помещении (анализ колебаний мощности в соединительной линии является отрицательным). За счет скоординированного управления тепловыми насосами и микрогранулами диапазон изменения температуры в помещении для пользователей может значительно увеличиться. В результате, по сравнению с одним типом нагревательного оборудования, виртуальный накопитель энергии, состоящий из тепловых насосов и микрогранул, обеспечивает большую гибкость управления и стабильность нагрева.

Заключение. В этой статье создана модель виртуального накопления энергии с учетом тепловой мощности зданий на стороне пользователя микрогриди общины, а также предложен метод сглаживания мощности связующей линии микрогрид общины для системы когенерации. Этот метод больше не ограничивается одним нагревательным оборудованием, а скоординированное управление тепловыми насосами и микрогазовыми турбинами может более эффективно сглаживать колебания мощности и обеспечивать температуру в помещении со стороны пользователя в разумных пределах. Координация между виртуальным накопителем энергии и суперконденсаторами может обеспечить глубокую связь между электрической и тепловой энергией и снизить стоимость оборудования для хранения электроэнергии. Координация тепловых насосов, микрогазовых турбин и суперконденсаторов может значительно улучшить гибкость управления энергией в микросети и всестороннюю эффективность использования электроэнергии, тепла и другой энергии.

Использованные источники

1. Правила устройства электроустановок: 7-е издание (ПУЭ) / Главгосэнергонадзор России. М.: Изд-во ЗАО «Энергосервис», 2007. 610 с.

2. С.Фенг, В.Лиу, Ф.Вен, З.Ли, М.Шахидпаур, «Планирование расширения активных распределительных сетей с учетом развертывания технологий интеллектуального управления», IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 12, вып. 20. С. 4605-4614, 2018.

3. Л. Игуалада, К. Корчеро, М. Крус-Самбрано и Ф.-Ж. Эредиа, «Оптимальное управление энергопотреблением для жилой микросети, включая систему от транспортного средства к электросети», IEEE Transaction on Smart Grid, vol. 5, вып. 4. С. 2163-2172, 2014.

Размещено на Allbest.ru