一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术提出一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法、系统及存储介质，该方法包括：步骤S10，建立风能‑光能‑生物质能‑水能能源枢纽框架，形成沼气储能系统；步骤S20，根据步骤S10建立的能源枢纽框架中，结合沼气的动态流体特性建立用于描述沼气传输过程的沼气流体网络模型；步骤S30，根据沼气流体网络模型，采用预设方法估测沼气储能系统中沼气罐能量状态；步骤S40，根据估测的沼气罐能量状态采取预设方法对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节。本发明专利技术通过精确估测沼气罐的能量状态来调节沼气储能系统中沼气罐的沼气充放过程，保障了基于沼气储能系统的能源枢纽的安全运行和提高了能量管理的精确度。

A control method, system and storage medium of biogas charging and discharging based on energy state of biogas tank

The invention provides a control method, system and storage medium of biogas charging and discharging based on the energy state of biogas tank. The method includes: establishing a framework of wind energy, light energy, biomass energy and water energy hub to form a biogas energy storage system; and establishing a biogas energy storage system for describing biogas transmission according to the dynamic fluid characteristics of biogas in the framework of energy hub established by R 20. The process of biogas fluid network model; 0. According to the biogas fluid network model, the energy status of biogas tank in the biogas energy storage system is estimated by presupposition method; 2. According to the estimated energy status of biogas tank, the presupposition method is adopted to regulate the biogas charging and discharging of biogas tank in the biogas energy storage system under the framework of energy hub. The invention regulates the biogas filling and discharging process of the biogas tank in the biogas energy storage system by accurately estimating the energy state of the biogas tank, guarantees the safe operation of the energy hub based on the biogas energy storage system and improves the accuracy of energy management.

【技术实现步骤摘要】
一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法、系统及存储介质
本专利技术涉及能量控制
，尤其涉及一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法、系统及存储介质。
技术介绍
为解决偏远地区的用电困难、并网成本高、长期使用柴油发电机加剧环境恶化等问题，充分利用当地自然资源(如沼气、太阳能、风能等)条件建立多能互补的微网成为一种可行方案。为了抑制新能源出力的间歇性和随机性，通常选择蓄电池作为储能系统。但随着储能系统所需储能容量不断增长，所需蓄电池较多，投资成本相应增大。而且蓄电池不得不频繁地充放电来维持微网的供需平衡，这大大缩短了其使用寿命。同时，蓄电池的后期处理对环境的影响很大，处理成本较高。而对于作为清洁能源的沼气而言，电能和热能可以通过相应设备直接或间接转换成沼气，沼气也能通过相应设备直接转换成电能或者热能，因此，将沼气作为一种过渡储能物质从而替代蓄电池储能系统越来越受到关注。然而，现有对沼气罐的剩余能量状态(StateofEnergy，SOE)的研究仅仅局限在静态过程，这显然不符合气体的动态特性，造成对剩余能量状态监测的不精确性。同时，在以沼气储能系统为主的能源枢纽中，解决沼气罐压强约束和沼气管道压强约束的安全性问题也需要知道沼气罐充放气时沼气罐和沼气管道的实时压强，因此沼气储能系统中沼气罐能量状态无法精确评估会给能源枢纽的安全运行和精确能量管理带来困难。鉴于上述原因，有必要提出一种精确估测沼气罐能量状态的方法，和基于沼气罐能量状态估测的沼气充放控制方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法、系统及存储介质，旨在通过精确估测沼气罐的能量状态并形成相应的沼气充放控制策略以解决基于沼气储能系统的能源枢纽安全运行和精确能量管理问题。为实现上述目的，本专利技术提供的一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤S10，建立风能-光能-生物质能-水能能源枢纽框架，形成沼气储能系统；步骤S20，根据步骤S10建立的能源枢纽框架中，结合沼气的动态特性建立用于描述沼气传输过程的沼气流体网络模型；步骤S30，根据步骤S20建立的沼气流体网络模型采用预设方法估测沼气储能系统中沼气罐能量状态；步骤S40，根据估测的沼气罐能量状态采取预设方法对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节。优选地，所述步骤S20的沼气流体网络模型利用沼气储能系统中沼气的流动特性根据质量守恒方程建立。优选地，所述步骤S20的沼气流体网络模型根据如下方法建立：根据沼气罐处的质量守恒方程得到沼气罐该节点处的压力Ptank的计算式。优选地，所述步骤S30为：额定状态下沼气罐的能量状态由下式表示：SOEN＝QNVN(1)，s.t.PNVN＝nNRTN(2)；其中，SOEN为额定状态下的沼气罐能量状态，PN为额定压强，TN为额定温度，VN为沼气体积，QN为额定压强下沼气的热值，nN为额定状态下沼气的物质的量，R为通用气体常数；实际运行过程中沼气罐的能量状态由下式表示：SOE＝QNVbio(3)，s.t.PbioVbio＝nRTN(4)；取Q＝QN，即Q恒为定值，沼气的体积VN换算成PN，TN下的体积Vbio，Pbio为充放气后沼气罐的压强，n为沼气的物质的量；根据上式(2)和(4)可得出：其中Pbio根据步骤S20中的沼气流体网络模型计算得到；根据式(3)和式(5)计算得到某一时刻沼气罐的能量状态。优选地，所述步骤S40还包括：步骤S42，根据估测的沼气罐能量状态结合新能源出力情况对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节。优选地，所述根据估测的沼气罐能量状态结合新能源出力情况对能源枢纽框架下的沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节的方法为：(1)当供电不足时，沼气罐向CCHP机组输气，然后转换成电能；当供热不足时，沼气罐向燃气锅炉或者CCHP输气以转换成热能；当供气不足时，控制沼气罐向气负荷输气；(2)当供电过多时，通过电锅炉将电能转换成热能用以加热沼气池，以转换成沼气，然后将转换的沼气输送至沼气罐储存；当供热过多时，通过热能加热沼气池增加沼气产量，以将热能转换成沼气，然后将转换的沼气输送至沼气罐储存；当供气过多时，沼气池向沼气罐输气；在上述的调整过程中，能源枢纽层面的调度和沼气罐的调整处于不同的时间尺度，设定能源枢纽层面调度的时间为1小时一次以及在这一小时内沼气罐每间隔10分钟进行一次调整。优选地，在对沼气罐进行充放气调整以及对能源枢纽层面调节的过程中，通过沼气罐能量状态估测方法获得以下信息：1)沼气罐SOEtank；2)沼气罐内的压强Ptank；3)沼气输送管道平均压强Ptube；根据上述信息判断沼气罐储存的能量能否满足供需要求、沼气罐和沼气输送管道的压强是否处在安全范围内。优选地，根据沼气罐SOEtank、沼气罐内的压强Ptank以及沼气输送管道平均压强Ptube判断沼气罐和沼气输送管道的压强是否处在安全范围内的方法为：判断沼气罐SOEtank、沼气罐内的压强Ptank以及沼气输送管道平均压强Ptube是否满足如下约束：SOEmin＜SOEtank＜SOEmax0＜Ptank＜Ptank-max0＜Ptube＜Ptube-max其中，SOEmax是沼气罐所允许储存的最大能量，SOEmin是满足当前供需关系所需的沼气罐应当储存的最低能量，Ptank-max是沼气罐允许的最大压强，Ptube-max沼气管道允许的最大平均压强；沼气管道平均压强Ptube可由下式计算：式中：Ptube：沼气管道平均压强；P1：沼气管道始端压强；P2：沼气管道末端压强。此外，为了实现上述目的，本专利技术还提出一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制系统，所述系统包括风能-光能-生物质能-水能能源枢纽框架，该能源枢纽框架形成沼气储能系统，所述基于沼气罐能量状态的沼气充放控制系统还包括：沼气流体网络模型建立模块，用于根据风能-光能-生物质能-水能能源枢纽框架建立用于描述沼气传输过程的沼气流体网络模型；沼气能量状态估测模块，用于根据沼气流体网络模型采用预设方法估测沼气储能系统中沼气罐能量状态；调节模块，用于根据估测的沼气罐能量状态采取预设方法对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节。此外，为了实现上述目的，本专利技术还提出计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。本专利技术基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法包括如下步骤：步骤S10，建立风能-光能-生物质能-水能能源枢纽框架，形成沼气储能系统；步骤S20，根据步骤S10建立的能源枢纽框架中，结合沼气的动态特性建立用于描述沼气传输过程的沼气流体网络模型；步骤S30，根据步骤S20建立的沼气流体网络模型，采用预设方法估测沼气储能系统中沼气罐能量状态；步骤S40，根据估测的沼气罐能量状态采取预设方法对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节。采用本专利技术的基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法通过精确估测沼气罐的能量状态来调节相应的沼气充放过程，解决了基于沼气储能系统的能源枢纽的安全运行和精确能量管理问题。附图说明附图作为本专利技术的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S10，建立风能‑光能‑生物质能‑水能能源枢纽框架，形成有沼气储能系统；步骤S20，根据步骤S10建立的能源枢纽框架中，结合沼气的动态流体特性建立用于描述沼气传输过程的沼气流体网络模型；步骤S30，根据步骤S20建立的沼气流体网络模型，采用预设方法估测沼气储能系统中沼气罐能量状态；步骤S40，根据估测的沼气罐能量状态采取预设方法对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S10，建立风能-光能-生物质能-水能能源枢纽框架，形成有沼气储能系统；步骤S20，根据步骤S10建立的能源枢纽框架中，结合沼气的动态流体特性建立用于描述沼气传输过程的沼气流体网络模型；步骤S30，根据步骤S20建立的沼气流体网络模型，采用预设方法估测沼气储能系统中沼气罐能量状态；步骤S40，根据估测的沼气罐能量状态采取预设方法对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节。2.根据权利要求1所述的基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法，其特征在于，所述步骤S20的沼气流体网络模型利用沼气储能系统中沼气的动态流体特性根据质量守恒方程建立。3.根据权利要求2所述的基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法，其特征在于，所述步骤S20的沼气流体网络模型根据如下方法建立：根据沼气罐处的质量守恒方程得到沼气罐该节点处的压力Ptank的计算式。4.根据权利要求2所述的基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法，其特征在于，所述步骤S30中沼气罐的能量状态估测方法为：额定状态下沼气罐的能量状态由下式表示：SOEN＝QNVN(1)，s.t.PNVN＝nNRTN(2)；其中，SOEN为额定状态下的沼气罐能量状态，PN为额定压强，TN为额定温度，VN为沼气体积，QN为额定压强下沼气的热值，nN为额定状态下沼气的物质的量，R为通用气体常数；实际运行过程中沼气罐的能量状态由下式表示：SOE＝QNVbio(3)，s.t.PbioVbio＝nRTN(4)；取Q＝QN，即Q恒为定值，则沼气的体积VN当换算成PN，TN下的体积Vbio，Pbio为充放气后沼气罐的压强，n为沼气的物质的量；根据上式(2)和(4)可得出：其中Pbio根据步骤S20中的沼气流体网络模型计算得到；根据式(3)和式(5)计算得到某一时刻沼气罐的能量状态。5.根据权利要求1所述的基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法，其特征在于，所述步骤S40包括：步骤S42，根据估测的沼气罐能量状态结合新能源出力情况对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节。6.根据权利要求5所述的基于沼气罐能量状态的沼气充放控制方法，其特征在于，所述根据估测的沼气罐能量状态结合新能源出力情况对能源枢纽框架下沼气储能系统中沼气罐的沼气充放进行调节的方法为：(1)当供电不足时，沼气罐向CCHP机组输气，然后转换成电能；当供热不足时，沼气罐向燃气锅炉或者CCHP机组输气以转换成热能；当供气不足时，控制沼气罐向气负荷输气；(2)当供电过多时，通过电锅炉将...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌，王韬，黎灿兵，邹剑霆，李佳勇，曹一家，郑玲，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43