一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法与流程

1.本发明涉及的技术领域是综合电力系统负荷控制及新能源消纳领域，尤其涉及一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法。


背景技术：

2.分布式新能源发电具有秒级的波动，因此在接入电网时需要对一些秒级的高频波动进行平抑，才能够接入到配电网中。烤酒是一些乡镇的特色产业和重要负荷，这类负荷在未来有继续增长的趋势，特别是在某些地区具有聚集性。同时，越来越多的酒厂安装了电磁式烤酒锅炉和分布式新能源发电设备。因此，酒厂可以就地使用电磁式烤酒锅炉对分布式新能源发电的高频波动进行抑制，提升电能质量，保障分布式新能源发出的电能够顺利接入配电网，提高分布式新能源发电的消纳率。为此，本发明专利提出了一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明解决的技术问题是：对分布式新能源发电的高频波动进行抑制，提升电能质量，保障分布式新能源发出的电能够顺利接入配电网。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，包括：
7.通过滑动平均滤波器对分布式新能源的实时发电功率进行滤波；
8.根据电磁式烤酒锅炉的实时运行数据评估所述锅炉的实时消纳能力，确保在控制过程中电磁式烤酒锅炉的内部温度满足生产要求；
9.控制电磁式烤酒锅炉的运行，改变所述锅炉的用电功率，对所述滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳。
10.作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：所述的电磁式烤酒锅炉是一种利用电磁感应对水进行加热并产生180℃高温水蒸气，然后输送给酒甑进行烤酒的设备；烤酒所使用到的电磁式烤酒锅炉是酒厂内最主要、占比最高的电负荷。
11.作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：所述通过滑动平均滤波器对分布式新能源的实时发电功率进行滤波包括：所述滑动平均滤波器在z域的离散传递函数为：
[0012][0013]
其中，n是单次滤波的数据量，为设计的定值；z表示数据经过z变化后在z域上的表示方法。
[0014]
作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：将所述z域得到的高频分量用时域的方式可以表示为：
[0015][0016]
其中，pr(t)为分布式新能源发电设备在时刻t的发电功率，为测量的已知量；δpr(t)为时刻t通过滑动平均滤波器滤波得到的高频分量。
[0017]
作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：所述评估实时消纳能力包括：电磁式烤酒锅炉的等效热力学模型如下所示：
[0018][0019]
其中，c
eb
表示电磁式烤酒锅炉的等效热容量，为定值；t(t)表示时刻t电磁式烤酒锅炉的温度，为测量的已知量；q
eb
(t)为电磁式烤酒锅炉的产热功率，为控制变量；qo(t)为电磁式烤酒锅炉向外输出的热功率，为控制变量；qh(t)为电磁式烤酒锅炉的热量损耗功率，为控制变量。
[0020]
作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：所述电磁式烤酒锅炉的等效热容量表示为：
[0021]ceb
＝ρvc
[0022]
其中，ρ表示了电磁式烤酒锅炉中蒸汽的密度，为已知量；v表示了电磁式烤酒锅炉能够容纳的蒸汽的体积，为已知量；c表示了蒸汽的比热容，为已知量；
[0023]
所述电磁式烤酒锅炉的产热功率表示为：
[0024]qeb
(t)＝ηp
eb
(t)
[0025]
其中，p
eb
(t)表示时刻t电磁式烤酒锅炉的用电功率，为后续控制变量；η表示电磁式烤酒锅炉的热电转换效率，为已知量；
[0026]
所述电磁式烤酒锅炉向外输出的热功率表示为：
[0027][0028]
其中，tr(t)表示时刻t的环境温度，为已知量；表示向外输出热功率过程中的等效热阻，为已知量；
[0029]
所述电磁式烤酒锅炉的热量损耗功率可表示为：
[0030]
qh(t)＝σt(t)
[0031]
其中，σ表示电磁式烤酒锅炉的等效损耗率，为已知量。
[0032]
作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：所述评估实时消纳能力还包括：
[0033]
向上和向下电功率消纳量可分别表示为δp
u,1
(t)和δp
d,1
(t)：
[0034][0035]
其中，t
max
和t
min
分别表示了电磁式烤酒锅炉在工作时所要求的温度上限值和下限值，为已知量；δt为实时控制的离散时间间隔，为已知量；
[0036]
同时，在改变用电功率时还需要满足电磁式烤酒锅炉本身的最大用电功率和最小用电功率；据此，得到的向上和向下电功率消纳量可分别表示为δp
u,2
(t)和δp
d,2
(t)：
[0037][0038]
其中，p
eb,max
和p
eb,min
分别表示了电磁式烤酒锅炉在工作时所要求的最大用电功率和最小用电功率，为已知量。
[0039]
作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：所述评估实时消纳能力还包括：电磁式烤酒锅炉的实时消纳能力，包括时刻t向上的电功率消纳量δpu(t)和向下的电功率消纳量δpd(t)：
[0040][0041]
作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：所述对滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳包括：时刻t实际消纳掉的功率用a(t)表示：
[0042][0043]
作为平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的一种优选方案，其中：所述对滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳还包括：根据所述时刻t实际需要消纳掉的功率a(t)，可以得到电磁式烤酒锅炉时刻t的用电功率以及炉内温度，如下所示：
[0044]
p
eb
(t)＝p
eb
(t-1)+a(t)
[0045][0046]
按照p
eb
(t)和t(t)对电磁式烤酒锅炉进行实时控制，其中p
eb
(t)表示电磁式烤酒锅炉在时刻t的用电功率，t(t)表示时刻t的炉内温度。
[0047]
本发明的有益效果：本发明提供的平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法利用了酒厂中的重要用电设备电磁式烤酒锅炉来对本地的分布式新能源发电波动进行平抑，能够实现分布式新能源发电秒级的波动平抑，从而能够保证分布式新能源的发电
量能够顺利入网，提升其电能质量。
附图说明
[0048]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0049]
图1是本发明第一个实施例所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的整体流程图；
[0050]
图2为本发明第二个实施例所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的仿真实例中发电功率高频分量的示意图；
[0051]
图3为本发明第二个实施例所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的仿真实例中电磁式烤酒锅炉炉内温度及用电功率示意图；
[0052]
图4为本发明第二个实施例所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法的仿真实例中电磁式烤酒锅炉实际消纳量及消纳之后的高频分量示意图。
具体实施方式
[0053]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0054]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0055]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0056]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0057]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0058]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0059]
实施例1
[0060]
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，包括：
[0061]
s1：通过滑动平均滤波器对分布式新能源的实时发电功率进行滤波；
[0062]
具体的，所述的电磁式烤酒锅炉是一种利用电磁感应对水进行加热并产生180℃高温水蒸气，然后输送给酒甑进行烤酒的设备；烤酒所使用到的电磁式烤酒锅炉是酒厂内最主要、占比最高的电负荷。
[0063]
更进一步的，滑动平均滤波器在z域的离散传递函数为：
[0064][0065]
其中，n是单次滤波的数据量，为设计的定值；z表示数据经过z变化后在z域上的表示方法。
[0066]
应说明的是，z域和z变化都是在控制领域用于表示控制器性能的专业方法，经过滑动平均滤波器后，可以获得一个波动较大的高频分量和波动较小的低频分量。
[0067]
将所述z域得到的高频分量用时域的方式可以表示为：
[0068][0069]
其中，pr(t)为分布式新能源发电设备在时刻t的发电功率，为测量的已知量；δpr(t)为时刻t通过滑动平均滤波器滤波得到的高频分量。
[0070]
s2：根据电磁式烤酒锅炉的实时运行数据评估所述锅炉的实时消纳能力，确保在控制过程中电磁式烤酒锅炉的内部温度满足生产要求；
[0071]
具体的，电磁式烤酒锅炉的等效热力学模型如下所示：
[0072][0073]
其中，c
eb
表示电磁式烤酒锅炉的等效热容量，为定值；t(t)表示时刻t电磁式烤酒锅炉的温度，为测量的已知量；q
eb
(t)为电磁式烤酒锅炉的产热功率，为控制变量；qo(t)为电磁式烤酒锅炉向外输出的热功率，为控制变量；qh(t)为电磁式烤酒锅炉的热量损耗功率，为控制变量。
[0074]
所述电磁式烤酒锅炉的等效热容量表示为：
[0075]ceb
＝ρvc
[0076]
其中，ρ表示了电磁式烤酒锅炉中蒸汽的密度，为已知量；v表示了电磁式烤酒锅炉能够容纳的蒸汽的体积，为已知量；c表示了蒸汽的比热容，为已知量；
[0077]
所述电磁式烤酒锅炉的产热功率表示为：
[0078]qeb
(t)＝ηp
eb
(t)
[0079]
其中，p
eb
(t)表示时刻t电磁式烤酒锅炉的用电功率，为后续控制变量；η表示电磁式烤酒锅炉的热电转换效率，为已知量；
[0080]
所述电磁式烤酒锅炉向外输出的热功率表示为：
[0081][0082]
其中，tr(t)表示时刻t的环境温度，为已知量；表示向外输出热功率过程中的等效热阻，为已知量；
[0083]
所述电磁式烤酒锅炉的热量损耗功率可表示为：
[0084]
qh(t)＝σt(t)
[0085]
其中，σ表示电磁式烤酒锅炉的等效损耗率，为已知量。
[0086]
应说明的是，在电磁式烤酒锅炉的等效热力学模型基础上，对其在时刻能够提供的向上及向下电功率消纳量进行评估。向上电功率消纳量指电磁式烤酒锅炉增加其用电功率来消纳波动，向下电功率消纳量指电磁式烤酒锅炉降低其用电功率来消纳波动。电磁式烤酒锅炉通过改变其自身用电功率对分布式新能源的波动进行消纳，在改变自身用电功率时，要保证炉内温度在要求范围内。
[0087]
据此，得到的向上和向下电功率消纳量可分别表示为δp
u,1
(t)和δp
d,1
(t)：
[0088][0089]
其中，t
max
和t
min
分别表示了电磁式烤酒锅炉在工作时所要求的温度上限值和下限值，为已知量；δt为实时控制的离散时间间隔，为已知量；
[0090]
同时，在改变用电功率时还需要满足电磁式烤酒锅炉本身的最大用电功率和最小用电功率；据此，得到的向上和向下电功率消纳量可分别表示为δp
u,2
(t)和δp
d,2
(t)：
[0091][0092]
其中，p
eb,max
和p
eb,min
分别表示了电磁式烤酒锅炉在工作时所要求的最大用电功率和最小用电功率，为已知量。
[0093]
更进一步的，电磁式烤酒锅炉的实时消纳能力，包括时刻t向上的电功率消纳量δpu(t)和向下的电功率消纳量δpd(t)：
[0094][0095]
s3：控制电磁式烤酒锅炉的运行，改变所述锅炉的用电功率，对所述滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳。
[0096]
具体的，时刻t实际消纳掉的功率用a(t)表示：
[0097][0098]
更进一步的，根据所述时刻t实际需要消纳掉的功率a(t)，可以得到电磁式烤酒锅炉时刻t的用电功率以及炉内温度，如下所示：
[0099]
p
eb
(t)＝p
eb
(t-1)+a(t)
[0100][0101]
按照p
eb
(t)和t(t)对电磁式烤酒锅炉进行实时控制，其中p
eb
(t)表示电磁式烤酒锅炉在时刻t的用电功率，t(t)表示时刻t的炉内温度。
[0102]
应说明的是，在该控制过程中，电磁式烤酒锅炉的内部可以处于要求的温度区间以满足工作要求，确保电磁式烤酒锅炉能够正常完成其生产工作。
[0103]
实施例2
[0104]
参照图2-4，为本发明的一个实施例，提供了一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，为了验证本发明的有益效果，通过仿真实验进行科学论证。
[0105]
s1：通过滑动平均滤波器对分布式新能源的实时发电功率进行滤波。
[0106]
实施例中的分布式新能源设备的实时发电量数据如附图2的上图所示。单次滤波的数据量设置为600。通过此步骤，得到的发电功率高频分量如附图2的下图所示。
[0107]
s2：根据电磁式烤酒锅炉的实时运行数据评估其实时消纳能力，确保在控制过程中电磁式烤酒锅炉的内部温度满足生产要求。
[0108]
在实施例中，电磁式烤酒锅炉中蒸汽的密度为2.47kg/m3，能够容纳的蒸汽的体积为29l，蒸汽的比热容为2.205kj/(kg
·
℃)。电磁式烤酒锅炉的热电转换效率为96％，等效损耗率为0.0001kw/℃，环境温度为20℃，向外输出热功率过程中的等效热阻为1.07℃/kw。电磁式烤酒锅炉在工作时所要求的温度上限值为185℃和下限值为175℃。电磁式烤酒锅炉在工作时所要求的最大用电功率为170kw和最小用电功率为0kw。
[0109]
s3：控制电磁式烤酒锅炉的运行改变其用电功率对滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳。
[0110]
得到的各时刻的电磁式烤酒锅炉炉内温度及用电功率控制方案如附图3所示，得到的各时刻的高频分量实际消纳量如附图4上图所示，经过本发明消纳之后的高频分量如附图4下图所示。
[0111]
对比附图4消纳后的高频分量和附图2原本的高频分量即可发现，在未实施本发明的控制方案时，高频分量波动十分明显，在实施后，大部分高频分量被消除，只有小部分高频分量依然存在。这说明了本发明能够有效地平抑分布式新能源发电功率的高频分量。
[0112]
由上述记载和实施可见，本发明能够利用酒厂中的重要用电设备电磁式烤酒锅炉来对本地的分布式新能源发电波动进行平抑，能够实现分布式新能源发电秒级的波动平抑，从而能够保证分布式新能源的发电量能够顺利入网，提升其电能质量。
[0113]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，包括：通过滑动平均滤波器对分布式新能源的实时发电功率进行滤波；根据电磁式烤酒锅炉的实时运行数据评估所述锅炉的实时消纳能力，确保在控制过程中电磁式烤酒锅炉的内部温度满足生产要求；控制电磁式烤酒锅炉的运行，改变所述锅炉的用电功率，对所述滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳。2.如权利要求1所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，包括：所述的电磁式烤酒锅炉是一种利用电磁感应对水进行加热并产生180℃高温水蒸气，然后输送给酒甑进行烤酒的设备。3.如权利要求2所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，所述通过滑动平均滤波器对分布式新能源的实时发电功率进行滤波包括：所述滑动平均滤波器在z域的离散传递函数为：其中，n是单次滤波的数据量，为设计的定值；z表示数据经过z变化后在z域上的表示方法。4.如权利要求3所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，包括：将所述z域得到的高频分量用时域的方式可以表示为：其中，p
r
(t)为分布式新能源发电设备在时刻t的发电功率，为测量的已知量；δp
r
(t)为时刻t通过滑动平均滤波器滤波得到的高频分量。5.如权利要求4所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，所述评估实时消纳能力包括：电磁式烤酒锅炉的等效热力学模型如下所示：其中，c
eb
表示电磁式烤酒锅炉的等效热容量，为定值；t(t)表示时刻t电磁式烤酒锅炉的温度，为测量的已知量；q
eb
(t)为电磁式烤酒锅炉的产热功率，为控制变量；q
o
(t)为电磁式烤酒锅炉向外输出的热功率，为控制变量；q
h
(t)为电磁式烤酒锅炉的热量损耗功率，为控制变量。6.如权利要求5所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，包括：所述电磁式烤酒锅炉的等效热容量表示为：c
eb
＝ρvc其中，ρ表示了电磁式烤酒锅炉中蒸汽的密度，为已知量；v表示了电磁式烤酒锅炉能够容纳的蒸汽的体积，为已知量；c表示了蒸汽的比热容，为已知量；所述电磁式烤酒锅炉的产热功率表示为：q
eb
(t)＝ηp
eb
(t)
其中，p
eb
(t)表示时刻t电磁式烤酒锅炉的用电功率，为后续控制变量；η表示电磁式烤酒锅炉的热电转换效率，为已知量；所述电磁式烤酒锅炉向外输出的热功率表示为：其中，t
r
(t)表示时刻t的环境温度，为已知量；表示向外输出热功率过程中的等效热阻，为已知量；所述电磁式烤酒锅炉的热量损耗功率可表示为：q
h
(t)＝σt(t)其中，σ表示电磁式烤酒锅炉的等效损耗率，为已知量。7.如权利要求6所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，所述评估实时消纳能力还包括：向上和向下电功率消纳量可分别表示为δp
u,1
(t)和δp
d,1
(t)：其中，t
max
和t
min
分别表示了电磁式烤酒锅炉在工作时所要求的温度上限值和下限值，为已知量；δt为实时控制的离散时间间隔，为已知量；同时，在改变用电功率时还需要满足电磁式烤酒锅炉本身的最大用电功率和最小用电功率，从而得到的向上和向下电功率消纳量可分别表示为δp
u,2
(t)和δp
d,2
(t)：其中，p
eb,max
和p
eb,min
分别表示了电磁式烤酒锅炉在工作时所要求的最大用电功率和最小用电功率，为已知量。8.如权利要求7所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，所述评估实时消纳能力还包括：电磁式烤酒锅炉的实时消纳能力，包括时刻t向上的电功率消纳量δp
u
(t)和向下的电功率消纳量δp
d
(t)：9.如权利要求8所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特征在于，所述对滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳包括：时刻t实际消纳掉的功率用a(t)表示：10.如权利要求9所述的一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，其特
征在于，所述对滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳还包括：根据所述时刻t实际需要消纳掉的功率a(t)，可以得到电磁式烤酒锅炉时刻t的用电功率以及炉内温度，如下所示：p
eb
(t)＝p
eb
(t-1)+a(t)按照p
eb
(t)和t(t)对电磁式烤酒锅炉进行实时控制，其中p
eb
(t)表示电磁式烤酒锅炉在时刻t的用电功率，t(t)表示时刻t的炉内温度。

技术总结
本发明公开了一种平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法，包括：通过滑动平均滤波器对分布式新能源的实时发电功率进行滤波；根据电磁式烤酒锅炉的实时运行数据评估所述锅炉的实时消纳能力，确保在控制过程中电磁式烤酒锅炉的内部温度满足生产要求；控制电磁式烤酒锅炉的运行，改变所述锅炉的用电功率，对所述滤波得到的分布式新能源发电高频分量进行消纳；本发明提供的平抑分布式新能源波动的电磁式烤酒锅炉控制方法利用了酒厂中的重要用电设备电磁式烤酒锅炉来对本地的分布式新能源发电波动进行平抑，能够实现分布式新能源发电秒级的波动平抑，从而能够保证分布式新能源的发电量能够顺利入网，提升其电能质量。量。量。


技术研发人员：李庆生 朱永清 李震 陈巨龙 张裕 丁一 惠恒宇 张兆丰 杨婕睿 张彦 刘正 郑之轩 赵庆 钱磊 罗宁 胡江 王斌 赵军
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：2022.08.31
技术公布日：2023/1/6