施金曉，邰能靈 ，李 珂，唐躍中

（1.上海交通大學(xué) 電氣工程系，上海 200240；2.上海市電力公司市南供電公司，上海 201100）

0 引言

微電網(wǎng)能有效解決分布式電源的大規(guī)模分散接入問(wèn)題，對(duì)新能源進(jìn)行有效利用，同時(shí)需滿足網(wǎng)內(nèi)用戶對(duì)電能與熱能的需求［1-2］。風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，為保證微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)功率平衡，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理以及微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要對(duì)微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化管理進(jìn)行深入研究［3-4］。

針對(duì)儲(chǔ)能單元的運(yùn)行控制與優(yōu)化配置策略，文獻(xiàn)［5］根據(jù)不同的儲(chǔ)能荷電區(qū)間設(shè)計(jì)相應(yīng)的能量管理策略，建立了負(fù)荷分配與可中斷模型，減小了儲(chǔ)能的系統(tǒng)容量；文獻(xiàn)［6］通過(guò)模糊控制理論，使用蓄電池-超級(jí)電容混合系統(tǒng)對(duì)功率波動(dòng)進(jìn)行平抑，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。上述研究通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行充放電管理，減少了儲(chǔ)能容量，保證了微電網(wǎng)的可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。然而，儲(chǔ)能的高投資成本仍在一定程度上限制著其在微電網(wǎng)中的應(yīng)用［7-8］。文獻(xiàn)［9］比較并計(jì)算了儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；文獻(xiàn)［10］設(shè)計(jì)了蓄電池壽命成本函數(shù)，并對(duì)儲(chǔ)能容量進(jìn)行了優(yōu)化。

作為減少儲(chǔ)能容量的有效途徑，需求側(cè)管理成為研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)［11］根據(jù)分時(shí)電價(jià)建立了分布式電源與需求側(cè)負(fù)荷管理的協(xié)調(diào)運(yùn)行模型；文獻(xiàn)［12］分別在日前與日內(nèi)對(duì)微電網(wǎng)能量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，優(yōu)化各發(fā)電單元和需求側(cè)管理負(fù)荷的啟停狀態(tài)及有功出力。然而，上述研究對(duì)需求側(cè)管理負(fù)荷的分類較籠統(tǒng)，并未對(duì)具體負(fù)荷的工作運(yùn)行特性進(jìn)行深入分析。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于熱泵作為需求側(cè)負(fù)荷投入微電網(wǎng)的研究逐漸深入。文獻(xiàn)［13］通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)熱泵的工作特性進(jìn)行了測(cè)量與分析，并提出了一種能有效減少儲(chǔ)能容量的功率波動(dòng)平抑策略。熱泵應(yīng)用范圍廣，對(duì)功率控制信號(hào)響應(yīng)較快，能配合儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)功率平衡［14-15］。

為減少儲(chǔ)能容量，本文將熱泵作為需求側(cè)負(fù)荷應(yīng)用于微電網(wǎng)，提出了一種基于熱泵、蓄電池與超級(jí)電容的能量管理策略。熱泵與混合儲(chǔ)能相互配合，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷，同時(shí)對(duì)功率波動(dòng)進(jìn)行抑制。實(shí)際算例表明本文方法能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)功率平衡。

1 微電網(wǎng)能量管理策略

1.1 熱泵系統(tǒng)模型

熱泵是以環(huán)境介質(zhì)為熱源，通過(guò)輸入少量電能以實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移的裝置，用于供暖以及生產(chǎn)熱水，并以獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)在建筑能源應(yīng)用中占據(jù)廣泛的市場(chǎng)份額。熱泵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，它主要由以下部分構(gòu)成［13］。

a.壓縮機(jī)：將熱泵工質(zhì)由低溫低壓狀態(tài)壓縮至高溫高壓狀態(tài)，同時(shí)使工質(zhì)在各部件中循環(huán)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，熱泵運(yùn)行功率隨之改變。系統(tǒng)功耗主要由壓縮機(jī)承擔(dān)。

b.熱交換器：熱泵工質(zhì)在環(huán)境側(cè)的熱交換器中蒸發(fā)吸熱，并在水箱側(cè)的熱交換器中液化放熱。

c.節(jié)流閥與控制器：節(jié)流閥調(diào)節(jié)熱泵工質(zhì)流速，在控制器的作用下使工質(zhì)流速與系統(tǒng)制熱量匹配。

d.儲(chǔ)熱裝置：用于存儲(chǔ)熱泵產(chǎn)生的熱量，并對(duì)微電網(wǎng)熱負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷。

圖1 熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of heat pump system

在負(fù)荷谷時(shí)段，熱泵的產(chǎn)熱直接為負(fù)荷供熱，同時(shí)將余熱存儲(chǔ)于儲(chǔ)熱裝置；在負(fù)荷峰時(shí)段，通過(guò)熱泵產(chǎn)熱以及儲(chǔ)熱裝置在谷時(shí)段的儲(chǔ)熱，共同為負(fù)荷供熱。熱泵工質(zhì)流速在V1～V2之間調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)運(yùn)行功率隨流速相應(yīng)改變。

將Qpump定義為熱泵單位時(shí)間產(chǎn)熱量，定義C為熱泵工質(zhì)比熱，用v表示熱泵工質(zhì)流量，ρ表示熱泵工質(zhì)密度，ΔT表示經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)周期后熱泵工質(zhì)的溫度差。經(jīng)推導(dǎo)，Qpump可由式（1）表示。

與產(chǎn)熱量對(duì)應(yīng)的熱泵系統(tǒng)耗電量通過(guò)效能系數(shù)FCOP進(jìn)行定義，用Epump表示熱泵單位時(shí)間的系統(tǒng)耗電量。則效能系數(shù)的表達(dá)式如式（2）所示。

蓄電池通過(guò)充放電對(duì)微電網(wǎng)的峰谷特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是投資成本相對(duì)很高，對(duì)微電網(wǎng)波動(dòng)功率的抑制還會(huì)縮減蓄電池的運(yùn)行壽命。具有儲(chǔ)熱裝置的熱泵系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)熱負(fù)荷的峰谷特性，并能改善微電網(wǎng)的功率波動(dòng)特性，擁有更好的經(jīng)濟(jì)效益。以下對(duì)熱泵與儲(chǔ)能的容量?jī)?yōu)化作深入分析。

1.2 能量管理策略分析

為減小微電網(wǎng)對(duì)外部電網(wǎng)的影響，設(shè)定僅當(dāng)外部電網(wǎng)處于負(fù)荷谷時(shí)段時(shí)，微電網(wǎng)能夠從外部電網(wǎng)計(jì)劃性地購(gòu)入電能以填補(bǔ)微電網(wǎng)的能量需求缺額。其余時(shí)間段微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)不進(jìn)行功率交換。

能量管理系統(tǒng)分為削峰填谷階段和功率波動(dòng)抑制階段。微電網(wǎng)削峰填谷階段通過(guò)日前風(fēng)力發(fā)電短期預(yù)測(cè)以及負(fù)荷短期預(yù)測(cè)，計(jì)算微電網(wǎng)從外部電網(wǎng)的計(jì)劃購(gòu)電量，并使用蓄電池與熱泵儲(chǔ)熱裝置對(duì)負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷。在功率波動(dòng)抑制階段，通過(guò)風(fēng)電超短期預(yù)測(cè)和負(fù)荷超短期預(yù)測(cè)，控制注入熱泵壓縮機(jī)的工質(zhì)流速以改變熱泵的運(yùn)行功率，同時(shí)配合蓄電池、超級(jí)電容充放電，共同對(duì)瞬時(shí)波動(dòng)功率進(jìn)行抑制。

在負(fù)荷谷時(shí)段的起始時(shí)刻，蓄電池儲(chǔ)能容量與熱泵系統(tǒng)儲(chǔ)熱量均處于一天中的最低值。蓄電池充電，注入熱泵壓縮機(jī)的工質(zhì)流速預(yù)設(shè)為額定值，熱泵除為負(fù)荷供熱外，將大量產(chǎn)熱存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱裝置中。若微電網(wǎng)出現(xiàn)功率波動(dòng)，則由熱泵壓縮機(jī)、蓄電池與超級(jí)電容共同抑制。

a.如果風(fēng)速瞬時(shí)降低或者電力負(fù)荷需求瞬時(shí)增加，通過(guò)控制器降低注入壓縮機(jī)的工質(zhì)流速，并將流速控制在V1～V2之間。熱泵產(chǎn)熱速度降低并且壓縮機(jī)運(yùn)行在欠載狀態(tài)，部分功率波動(dòng)被補(bǔ)償，剩下的波動(dòng)功率則由混合儲(chǔ)能抑制。

b.如果風(fēng)速瞬時(shí)增加或者電力負(fù)荷需求瞬時(shí)下降，通過(guò)控制器增加流入壓縮機(jī)的工質(zhì)流速，并將流速控制在V1～V2之間。熱泵產(chǎn)熱速度增加并且壓縮機(jī)運(yùn)行在過(guò)載狀態(tài)，部分功率波動(dòng)被補(bǔ)償，剩下的波動(dòng)功率則由混合儲(chǔ)能抑制。

在負(fù)荷峰時(shí)段的起始時(shí)刻，蓄電池儲(chǔ)能容量與熱泵系統(tǒng)儲(chǔ)熱量均處于一天中的最高值。蓄電池放電，注入熱泵壓縮機(jī)的工質(zhì)流速預(yù)設(shè)為額定值。若微電網(wǎng)出現(xiàn)功率波動(dòng)，則通過(guò)調(diào)節(jié)熱泵壓縮機(jī)的工質(zhì)流速補(bǔ)償部分波動(dòng)功率，剩下的波動(dòng)功率則由蓄電池與超級(jí)電容共同平抑。

2 微電網(wǎng)能量管理建模

根據(jù)微電網(wǎng)能量管理策略，蓄電池充放電功率絕對(duì)值的減小延長(zhǎng)了其使用壽命。由于熱泵的儲(chǔ)熱容量成本直接影響著微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需建立其數(shù)學(xué)模型，以實(shí)現(xiàn)熱泵-混合儲(chǔ)能的功率優(yōu)化分配。

2.1 儲(chǔ)熱容量模型

在對(duì)熱泵-混合儲(chǔ)能進(jìn)行功率優(yōu)化分配前，首先設(shè)定儲(chǔ)熱容量。通過(guò)分析熱負(fù)荷日需求曲線，對(duì)儲(chǔ)熱容量進(jìn)行求解。

為減小熱泵的儲(chǔ)熱容量，在負(fù)荷谷時(shí)段，壓縮機(jī)以額定功率運(yùn)行，熱泵為負(fù)荷供熱，同時(shí)增加儲(chǔ)熱量；在負(fù)荷峰時(shí)段，壓縮機(jī)仍運(yùn)行于額定功率狀態(tài)并對(duì)負(fù)荷供熱，儲(chǔ)熱裝置放熱。熱泵日功率曲線如圖2所示，其中虛線為熱負(fù)荷日需求曲線。

圖2 熱泵日功率曲線Fig.2 Daily power curve of heat pump

由于與外界存在熱交換，需考慮儲(chǔ)熱裝置的熱量損失，用β表示日儲(chǔ)熱量損失系數(shù)，則負(fù)荷谷時(shí)段儲(chǔ)熱量對(duì)應(yīng)的用電量Ev以及負(fù)荷峰時(shí)段儲(chǔ)熱裝置放熱量Ep對(duì)應(yīng)的電量之間的關(guān)系如式（3）所示。

將一天劃分為k個(gè)時(shí)段，用El表示熱負(fù)荷日用電量，Pl，k表示第k時(shí)段熱負(fù)荷用電功率，τk表示第k時(shí)段的時(shí)間長(zhǎng)度，PN表示熱泵額定運(yùn)行功率，可得：

在負(fù)荷谷時(shí)段，熱泵為負(fù)荷供熱，同時(shí)將剩余熱量存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱裝置中。設(shè)τm表示負(fù)荷谷時(shí)段第m時(shí)段的時(shí)間長(zhǎng)度，Ev和PN的關(guān)系如下式所示：

通過(guò)計(jì)算可以得出PN的表達(dá)式：

實(shí)際條件下，儲(chǔ)熱容量可由式（7）計(jì)算得出。

其中，Qactual為實(shí)際儲(chǔ)熱容量；K為熱泵的邊際系數(shù)。確定K時(shí)，需考慮熱負(fù)荷功率波動(dòng)及風(fēng)電功率波動(dòng)。

2.2 熱泵-混合儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配模型

調(diào)節(jié)熱泵運(yùn)行功率，將實(shí)際功率與額定功率的偏差量用于抑制微電網(wǎng)瞬時(shí)功率波動(dòng)，配合混合儲(chǔ)能，并將功率波動(dòng)成分在熱泵、蓄電池及超級(jí)電容間進(jìn)行分配。超級(jí)電容響應(yīng)速度快，而熱泵是慣性元件，響應(yīng)速度相對(duì)較慢。因此，波動(dòng)功率的高頻成分主要由超級(jí)電容補(bǔ)償，中低頻成分由蓄電池與熱泵共同平抑。定義PFlu為微電網(wǎng)波動(dòng)功率，等于風(fēng)電波動(dòng)功率減去負(fù)荷波動(dòng)功率。使用高通濾波器濾除功率波動(dòng)中的高頻成分PHF，剩余的波動(dòng)功率成分為PLF。定義τ為濾波時(shí)間常數(shù)，功率波動(dòng)的高頻與中低頻成分分別為：

使用模糊控制將功率波動(dòng)成分在熱泵與混合儲(chǔ)能間分配，需同時(shí)考慮微電網(wǎng)功率波動(dòng)狀態(tài)以及超級(jí)電容、蓄電池與熱泵的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。模糊控制的輸入量如式（10）—（13）所示。

其中，SOCSC（t）與 SOCB（t）分別為 t時(shí)刻超級(jí)電容與蓄電池的荷電狀態(tài)；Ppump（t）為t時(shí)刻熱泵的運(yùn)行功率，Ppump（t） ／PN表示 t時(shí)刻熱泵的負(fù)載系數(shù)；PSC_ref（t）為 t時(shí)刻超級(jí)電容的充放電功率；ΔPpump（t）為t時(shí)刻熱泵用于抑制微電網(wǎng)波動(dòng)的功率分量，PFlu（t）-PSC_ref（t）-ΔPpump（t-1）表示t時(shí)刻由超級(jí)電容平抑后的中低頻波動(dòng)成分相對(duì)于t-1時(shí)刻熱泵功率分量的變化幅度。

圖3給出了關(guān)于熱泵與混合儲(chǔ)能的功率分配模型：微電網(wǎng)波動(dòng)功率PFlu經(jīng)高通濾波濾除功率波動(dòng)中的高頻成分PHF，經(jīng)模糊控制1得到超級(jí)電容的充放電功率PSC_ref；微電網(wǎng)波動(dòng)功率與超級(jí)電容充放電功率的差值經(jīng)模糊控制2得到用于平抑功率波動(dòng)的熱泵分量ΔPpump，熱泵運(yùn)行功率為PN+ΔPpump，余下的波動(dòng)功率由蓄電池PB_ref承擔(dān)。

圖3 熱泵-混合儲(chǔ)能功率分配模型Fig.3 Power allocation model of heat pump and hybrid energy storage

對(duì)于模糊控制1，當(dāng)超級(jí)電容電量處于理想范圍內(nèi)時(shí)，由其單獨(dú)承擔(dān)PHP（t），以減輕蓄電池的壓力；此外，使超級(jí)電容的容量狀態(tài)盡可能回到初始條件，進(jìn)而改善下一時(shí)間點(diǎn)的功率波動(dòng)平抑能力；當(dāng)超級(jí)電容電量接近容量極限時(shí)，蓄電池需要提升自身的平抑微電網(wǎng)波動(dòng)功率比例，增加蓄電池輸出功率大小。

對(duì)于模糊控制2，當(dāng)壓縮機(jī)重載時(shí)，若微電網(wǎng)功率波動(dòng)變化率為正，則減小模糊控制修正系數(shù)μ2（t），避免熱泵系統(tǒng)嚴(yán)重重載；若微電網(wǎng)功率波動(dòng)變化率為負(fù)，則增大模糊控制修正系數(shù)μ2（t），增加熱泵平抑波動(dòng)功率的比例。壓縮機(jī)輕載的情況類似。

模糊控制1的輸入隸屬函數(shù)如圖4和圖5所示；模糊控制2的輸入隸屬函數(shù)如圖6所示。

根據(jù)模糊控制理論，調(diào)節(jié)超級(jí)電容與熱泵運(yùn)行功率，配合蓄電池充放電，共同對(duì)功率波動(dòng)進(jìn)行抑制。

根據(jù)能量管理策略，優(yōu)先使用超級(jí)電容平抑高頻功率波動(dòng)，再使用熱泵、蓄電池平抑低頻功率波動(dòng)，用μ1（t）表示模糊控制1的修正系數(shù)，熱泵-混合儲(chǔ)能功率分配如式（15）—（17）所示。

圖4 模糊控制1的輸入隸屬函數(shù)（PHF（t）≥0）Fig.4 Input membership functions of fuzzy-control-1（PHF（t）≥0）

圖5 模糊控制1的輸入隸屬函數(shù)（PHF（t）<0）Fig.5 Input membership functions of fuzzy-control-1（PHF（t）<0）

圖6 模糊控制2的輸入隸屬函數(shù)Fig.6 Input membership functions of fuzzy-control-2

本模型既考慮了混合儲(chǔ)能的自身工作特性，又考慮了熱泵狀態(tài)與微電網(wǎng)功率波動(dòng)實(shí)時(shí)狀況。模糊控制1側(cè)重于混合儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)，模糊控制2側(cè)重于熱泵運(yùn)行狀況以及功率波動(dòng)對(duì)熱泵的作用效果，最終求出模糊控制修正系數(shù) μ1（t）與 μ2（t），計(jì)算出熱泵-混合儲(chǔ)能的分配功率。此策略能保證微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)功率平衡，同時(shí)減少了蓄電池用于平抑功率波動(dòng)的功率和容量。微電網(wǎng)能量管理策略見(jiàn)圖7，圖中SOCB_max與SOCB_min分別為蓄電池容量允許上、下限。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 微電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)

圖8 微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.8 Topology of microgrid

以某微電網(wǎng)為例進(jìn)行分析，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8。該微電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)與外部電網(wǎng)相連，微電網(wǎng)包含4臺(tái)裝機(jī)容量為250 kW的雙饋風(fēng)機(jī)，1臺(tái)容量為2 MW·h、初始荷電狀態(tài)為70%的蓄電池儲(chǔ)能電站，1臺(tái)功率極限為200 kW、初始荷電狀態(tài)為50%的超級(jí)電容。微電網(wǎng)負(fù)荷被劃分為普通負(fù)荷與熱泵負(fù)荷，熱泵容量為425 kW（負(fù)荷情況見(jiàn)表1）。熱泵不一直運(yùn)行于額定功率，會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)功率波動(dòng)對(duì)控制器作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，熱泵效能系數(shù)FCOP設(shè)為4。風(fēng)電機(jī)組輸出特性見(jiàn)圖9；微電網(wǎng)負(fù)荷需求曲線如圖10實(shí)線所示，負(fù)荷具有明顯的峰谷特性；微電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 微電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)Table 1 Related parameters of microgrid

3.2 能量管理優(yōu)化結(jié)果分析

根據(jù)能量管理模型，優(yōu)先對(duì)熱泵儲(chǔ)熱容量進(jìn)行計(jì)算。熱泵參與能量管理后的微電網(wǎng)負(fù)荷曲線見(jiàn)圖10中虛線，可看出熱泵對(duì)負(fù)荷峰谷特性的調(diào)節(jié)作用明顯。經(jīng)計(jì)算，壓縮機(jī)額定功率設(shè)計(jì)為360 kW（電功率）；熱泵儲(chǔ)熱裝置總?cè)萘吭O(shè)計(jì)為3.02 MW·h（熱容量）。

圖9 風(fēng)電機(jī)組的輸出特性Fig.9 Output characteristics of wind generating set

圖10 微電網(wǎng)負(fù)荷需求曲線Fig.10 Load demand curve of microgrid

微電網(wǎng)某時(shí)段的功率波動(dòng)抑制結(jié)果如圖11所示，采用熱泵-混合儲(chǔ)能對(duì)波動(dòng)功率進(jìn)行抑制后，功率輸出特性得到改善。相比于超級(jí)電容和蓄電池，熱泵對(duì)功率控制信號(hào)的響應(yīng)速度較慢，使用蓄電池配合超級(jí)電容對(duì)功率波動(dòng)中的高頻成分進(jìn)行補(bǔ)償，使用熱泵配合蓄電池對(duì)剩余功率波動(dòng)的中低頻成分進(jìn)行平抑。蓄電池既對(duì)微電網(wǎng)低頻波動(dòng)進(jìn)行了平抑，又吸收了經(jīng)超級(jí)電容平抑后的高頻剩余成分。

圖11 功率波動(dòng)抑制結(jié)果Fig.11 Results of power fluctuation suppression

對(duì)于功率波動(dòng)的高頻成分，超級(jí)電容較長(zhǎng)時(shí)間單獨(dú)完成功率波動(dòng)平抑，蓄電池對(duì)高頻波動(dòng)的抑制時(shí)間變短。在模糊控制策略的作用下，超級(jí)電容充放電轉(zhuǎn)換為263次，而蓄電池充放電變換僅為22次。圖11表明高頻波動(dòng)的抑制策略能夠有效降低蓄電池充放電次數(shù)，有效延長(zhǎng)運(yùn)行壽命。

關(guān)于微電網(wǎng)功率波動(dòng)中低頻成分的抑制，從圖11可以看出，熱泵與蓄電池共同對(duì)中低頻功率波動(dòng)進(jìn)行抑制，運(yùn)行過(guò)程中熱泵的功率曲線更為平滑，體現(xiàn)出熱泵對(duì)功率控制信號(hào)響應(yīng)相對(duì)較慢的特點(diǎn)，蓄電池則對(duì)剩余功率波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。熱泵參與微電網(wǎng)功率波動(dòng)抑制減少了蓄電池的投入容量與充放電輸出功率。超級(jí)電容、蓄電池與熱泵的相互配合，很好地協(xié)調(diào)并平抑了波動(dòng)功率，體現(xiàn)了熱泵-混合儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配模型具備優(yōu)異的功率波動(dòng)平抑能力。

若熱泵參與微電網(wǎng)的削峰填谷以及功率波動(dòng)抑制，則蓄電池荷電狀態(tài)如圖12所示，可以看出僅需要0.90 MW·h蓄電池容量便可參與微電網(wǎng)能量調(diào)度；若熱泵不參與能量管理，蓄電池荷電狀態(tài)如圖13所示，此時(shí)需要1.31 MW·h容量參與能量調(diào)度。由此可得，熱泵與混合儲(chǔ)能共同參與微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化可減少0.41 MW·h的蓄電池容量。

圖12 熱泵參與需求側(cè)管理的蓄電池荷電狀態(tài)Fig.12 State of charge of battery with heat pump in demand side

圖13 熱泵不參與需求側(cè)管理的蓄電池荷電狀態(tài)Fig.13 State of charge of battery without heat pump in demand side

通過(guò)計(jì)算曲線數(shù)據(jù)的二階差分，比較蓄電池充放電功率的實(shí)時(shí)變化率可知，應(yīng)用熱泵后，圖12中蓄電池用于平抑波動(dòng)的功率比圖13更為平滑，基于熱泵-混合儲(chǔ)能的能量管理策略實(shí)現(xiàn)了減少蓄電池容量、延長(zhǎng)儲(chǔ)能運(yùn)行壽命的目標(biāo)。

4 結(jié)論

本文提出一種考慮需求側(cè)管理的微電網(wǎng)能量管理策略，使用熱泵配合蓄電池對(duì)負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷，同時(shí)配合蓄電池、超級(jí)電容進(jìn)行功率波動(dòng)抑制。由于冬季的供暖、熱水需求量會(huì)直接增加蓄電池總?cè)萘浚瑹岜玫膽?yīng)用減少了蓄電池容量，削減了儲(chǔ)能電站的容量投資成本。熱泵配合混合儲(chǔ)能對(duì)瞬時(shí)波動(dòng)功率進(jìn)行抑制，延長(zhǎng)了蓄電池壽命。將熱泵應(yīng)用于微電網(wǎng)具有顯著的可靠性與巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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