[01746620]基于分布式光-风-储的能源局域网运行控制关键技术及应用

为了应对现代社会过度依赖化石能源而导致的资源紧张、 环境恶化等严峻问题,保障高速增长的能源供应需求,世界各国将化石能源高效清洁发电、大规模开发利用可再生能源、节能减排和能源结构的调整作为共同的战略选择。在此背景下,学术界提出的能源互联网已经成为能源行业的前沿发展方向和重要课题,被视为解决能源和环境双重危机的重要手段。本项目以国家能源发展战略为指导,以促进湖南省两型社会建设为出发点,结合我国对清洁、高效、持久电能的重大需求,围绕能源局域网下面向实际环境的光风储系统设计及其并网优化控制、 电动汽车智能充放电与并网协同以及基于光-风-储-荷的能源局域网协调控制三大方向开展研究,旨在提升光伏/储能组件并网性能,发挥电动汽车充放电在电力系统中的效用,解决能源局域网协调运行等领域的关键技术瓶颈,实现设备智能化控制和能量高效梯级利用,以及能源局域网内数据流、控制流和服务流的协同优化,为能源互联网的安全、经济运行提供技术支持。 本项科技成果技术的主要创新成果： ①研发了共用铝电极太阳能电池-超级电容三端口一体化组件,极大简化了光伏组件构架,在此基础上提出了面向组件单元、组件端口、光伏系统的三级分层协调控制策略,并采用角度矩阵框架和混合神经网络理论构建了面向实际环境的风光出力预测系统,为分布式风光储系统提供最佳的控制平台,从而获得稳定且具备较高可控性的发电输出; ②针对现有充电设施较少考虑车主意愿和利益,忽略放电功能的缺点,研发了一套兼顾行驶需求和参与电网运行的电动汽车智能充放电功率调节方法,以实现充放电过程的智能控制;并借助群智感知和无线通讯技术,实时调整电动汽车的路径导航和充放电状态,可减少充电成本约44.39%,减少电池损耗成本约50%,同时支持包含现金、IC卡和手机等多种充放电费用结算的支付手段,克服了现有结算平台功能单一的缺点; ③基于数据压缩传输、重构与入侵检测技术,研发了面向能源局域网的数据采集与监控云平台,在信息安全主动防护的前提下实现多源异构数据的采集、管理与挖掘,生成多种用能设备的协同优化调度策略,平均提升电能利用效率6.19%;并在能源局域网环境下提出了考虑可再生能源激励机制的区域多能源生产型消费者系统结构及其优化调度策略,可以最小化系统供能成本和碳排放治理成本,平均提高可再生能源利用效率5%;在此基础上提出了基于用户类型离散和需求响应的可控负荷菜单定价方法,能够有效激励区域内用户主动参与需求响应,节约系统供能成本。 该项目成果整体上达到国际先进水平,其中考虑需求响应的集“光-风-储-荷”能源局域网协调控制技术居国际领先水平。已获授权国际发明专利1项、国家授权发明专利9项、授权实用新型专利6项、计算机软件著作权7项;获国际科研奖励1项;发表SCI收录论文30余篇、出版英文专著2部;制定了CIGRE国际电力行业技术规范;国内外著名学者充分肯定了项目成果的前沿性、创新性和系统性。 本项目研发的技术和产品可推广应用于分布式可再生能源发电领域、电动汽车充电站运营和服务领域、物联网产品体系与服务领域以及多能源微网系统优化调度领域等。目前在面向实际环境的光风储系统设计及其并网优化控制方向的技术成果已经应用于长沙理工大学5MW光伏屋顶项目中,并依托中国动力谷自主创新园产学研合作基地直接推广于株洲市的光伏产业链和中电四十八所的多个实际的工程项目;在电动汽车智能充放电与并网协同方向的技术成果已成功应用于华自科技股份有限公司的“分布式发电智能监控及光水互补技术研发应用”项目以及江苏亘德科技有限公司的相关项目;在基于光-风-储-荷的能源局域网协调控制方向的技术成果已成功应用于湖南方心科技有限公司主要产品体系与服务环节、长城信息产业股份有限公司的远程金融服务信息系统,3年来促成建设并已应用于湖南省内的10余个分布式可再生能源电站及分布式发电项目,方便了国网湖南省电力公司电力调度控制中心调度任务的顺利执行。