CN106444562B - 基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***及方法 - Google Patents

Abstract

基于风光‑电热气转换模块的多储能装置协调***及方法，属于能源技术领域；该***主要包括风光‑电热气转换模块、控制模块、吸收式制冷机、吸收式热泵、压缩式制冷机、压缩式热泵、储热装置、储冷装置和管道电磁阀组；该方法包括计算***实时输出输入功率比；获取储冷、储热装置当前储量和储氢装置预测发电量；根据实时输入输出关系参数比，储热、储冷、储氢装置的储存情况，通过控制继电器组和风光‑电热气转换模块进行***调整；根据储热装置和储冷装置储能状态控制管道电磁阀、压缩式制冷机及压缩式热泵工作；本发明可根据不同需求提供多样工作方式；既能保证能量合理利用，使***保持较高的效率和灵活性。

Description

基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***及方法

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体涉及基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***及方法。

背景技术

能源一直在人类的社会和经济发展过程中扮演着重要的角色。目前，石油、煤炭和天然气等不可再生的化石能源依然是人类社会赖以生存的主要能源。由于全球经济和人口数量在不断地快速增长，世界对能源的需求也在日益增长。但是，由于这些化石能源的不可再生性，随着人类的过度开采，不可再生的化石能源即将面临枯竭。这使得能源危机问题日益突出。与此同时，大量使用化石燃料也对地球环境产生了严重的负面影响。例如，大量化石燃料在使用后产生的物质可造成严重的环境污染，导致全球气候变暖，破坏大自然生态平衡等。为了应对能源危机以及减轻化石能源对环境的影响，人们不断探索新能源的使用方法，如利用风能、太阳能、潮汐能或者地热能等绿色能源来弥补能源缺口，改善环境。

以化石能源集中式利用为特征的传统经济和社会发展模式正在逐步发生变革，而以新能源技术和互联网技术为代表的第三次工业革命正在兴起。能源互联网是以电力***为核心，以互联网及其他前沿信息技术为基础，以分布式可再生能源为主要一次能源，与天然气网络、交通网络等其他***紧密耦合而形成的复杂多网流***。作为第三次工业革命的核心技术，能源互联网力图推动分布式可再生能源的大规模利用与分享，最终实现改变能源利用模式，推动经济与社会可持续发展的目的。能源行业变革的最终目标是建立更加高效、安全与可持续的能源利用模式，从而解决能源利用这一人类社会面临的重大难题。

作为能源互联网大***下的基础单元，微网***受到广泛关注，它由分布式能源(如风力发电、光伏发电、储能装置等)以及负荷等部分组成，具备并网、孤岛两种运行模式，成为分布式发电高效管理与利用的一种新型方案。利用能量协调优化与管理技术，微网能够为可再生能源的规模化接入提供有效的技术手段，可以实现综合能源的高效利用以及***的安全稳定运行。用以及***的安全稳定运行。

微网运行过程中，控制是微网能够正常稳定运行的核心问题与关键技术，正确的控制策略能使微网运行在最优状态，既能稳定可靠地供给负荷，又能降低损耗节省能源的消耗。当微网的运行方式发生变化时，即***内的负荷或者***的结构有所改变，为了保证微网能够保持对在线负荷的稳定供电，此时必须对微网内的微源和开关进行控制与调节，才能满足负荷的电力需求。当电网出现故障或者电能质量不能达到要求时，也需要有相应的控制策略来实现微网的联网运行或者孤岛运行之间的切换。

分布于用户侧附近的分布式冷热电联供***和清洁可再生能源供能技术逐步成为全球能源领域的研究热点，更是微网***能够稳定运行的另一核心技术。风力、太阳能等受自然条件影响，其输出功率具有间歇性、随机性等特点，这类可再生能源规模化并网给电网的稳定运行带来了巨大的挑战。很多情况下，负荷侧的需求与分布式清洁可再生能源的能源供应难以匹配，带来了大规模弃风、弃电等能源浪费的现象。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***及方法。

本发明的技术方案：

基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***，其特征在于，包括：

风光-电热气转换模块、控制模块、生物质气化装置、燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、吸收式热泵、压缩式制冷机、压缩式热泵、储热装置、储冷装置、发电机组、交流母线、并网控制开关、交流变换器、其他氢气利用装置和管道电磁阀组；

所述管道电磁阀组包括第1管道电磁阀、第2管道电磁阀和第3管道电磁阀；

所述风光-电热气转换模块，包括：风力发电机、光伏电池阵列、光电催化制氢装置、真空集热器、整流器、逆变器、直流母线、PEM燃料电池、贮气罐、双向流控制器、储氢装置、光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀；

所述控制模块包括：ARM处理器、风光条件检测器、电功率检测器、冷/热功率检测器、输入功率检测器、继电器组、键盘输入模块和显示屏；

所述风力发电机组的输出端通过整流器连接直流母线第1输入端，光能转化方式选择继电器第1输出端连接光伏电池阵列输入端，光伏电池阵列输出端连接直流母线第2输入端，直流母线输出端通过逆变器连接交流母线第1输入端，光能转化方式选择继电器第2输出端连接光电催化制氢装置输入端，光电催化制氢装置连接贮气罐，贮气罐连接双向流控制器输入端，双向流控制器输出端分别连接储氢装置输入端和氢气输出管道，氢气输出管道连接其他氢气利用装置；储氢装置输出端连接储氢输出电磁阀，储氢输出电磁阀连接燃料电池，燃料电池分别连接生物质气化装置输入口和直流母线第3输入端。

所述生物质气化装置出气口连接燃气轮机第1燃料进气口，第1管道电磁阀出气口连接燃气轮机第2燃料进气口，燃气轮机出气口连接余热锅炉进气口，燃气轮机通过芯轴与发电机组相连，发电机组连接交流变换器输入端，交流变换器输出端连接交流母线输入端；余热锅炉的蒸汽出口连接储热装置、吸收式制冷机蒸汽入口和吸收式热泵的蒸汽入口，储热装置出口通过第2管道电磁阀连接热负荷，吸收式制冷机输出端连接储冷装置入口，储冷装置出口通过第3管道电磁阀连接冷负荷，交流母线通过并网控制开关连接市电网络，交流母线输出端连接电负荷；交流母线输出端分别连接压缩式热泵、压缩式制冷机、吸收式制冷机和吸收式热泵，压缩式制冷机和吸收式制冷机输出端均连接冷负荷，压缩式热泵和吸收式热泵输出端均连接热负荷；

所述风光条件检测器连接ARM处理器第1输入端，储氢装置连接ARM处理器第2输入端，储热装置连接ARM处理器第3输入端，储冷装置连接ARM处理器第4输入端，电功率检测器输入端连接电负荷，电功率检测器输出端连接ARM处理器第5输入端，冷/热功率检测器输入端分别连接冷负荷和热负荷，冷/热功率检测器输出端连接ARM处理器第6输入端，输入功率检测器输入端连接生物质气化装置，输入功率检测器输出端连接ARM处理器第7输入端，键盘输入模块连接ARM处理器第8输入端，继电器组一端连接ARM处理器的第1输出端，继电器组另一端分别连接并网控制开关、压缩式制冷机、压缩式热泵和管道电磁阀组，光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀分别连接ARM处理器的第2输出端和第3输出端；显示屏连接ARM处理器的第4输出端。

采用基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调方法，包括如下步骤：

步骤1：向风光-电热气转换模块输入风能和太阳能，向生物质气化装置输入固定功率的生物质能，向第1电磁阀入口输入化石燃料，ARM处理器启动定时器T0；

步骤2：输入功率检测器实时检测生物质能输入功率并发送给ARM处理器存储；

步骤3：风光条件检测器分别采集当地风速ω和当地光强ξ并发送给ARM处理器；

步骤4：ARM处理器根据当地风速ω和当地光强ξ计算风力发电机发电功率和光伏电池阵列发电功率

步骤5：电功率检测器实时检测电负荷耗电功率冷/热功率检测器实时检测热负荷功率和冷负荷功率

步骤6：ARM处理器计算功率的匹配功率P_need，并计算实时输出输入功率比γ_real-time：

步骤6-1：计算输出侧输出功率的匹配功率P_need：

其中，λ_e、λ_h、λ_c分别为电、热、冷输出对应的当量因子，u_e、u_h、u_c分别为电、热、冷输出对应的差分因子，当量因子与差分因子的值由微网***中各能量转换装置的工作模式和效率决定；

步骤6-2：计算输入侧输入功率

步骤6-3：计算实时输出输入功率比γ_real-time：

步骤7：ARM处理器分别获取储冷装置当前储量储热装置当前储量储氢装置的n组温度和压强；

步骤8：ARM处理器计算储氢装置预测发电量

步骤8-1：ARM处理器利用储氢装置的n组温度和压强数据，计算温度阵列和压强阵列

步骤8-2：ARM处理器计算储氢装置的工作温度和工作压力

步骤8-3：计算储氢装置中氢气浓度本实施方式中，具体的气体状态方程模型为：

式中，a、b、c为气体状态方程模型的参数，为储氢装置中氢气的浓度。

步骤8-4：并计算当前储氢装置通过燃料电池预测发电量

其中，η_{fuel cell}为燃料电池转化效率，为储氢装置的预设容量；为氢气在储氢装置下对应的低焓值，由于在储氢装置中氢气存在相变过程，根据Van’t Hoff方程得到：

其中，氢平衡分解压，根据所得数据在储氢合金与氢气的相平衡图中可查的；ΔS^o值主要是气体氢熵的损失。

步骤9：ARM处理器将***运行状态指标发送到显示屏显示；

步骤10：ARM处理器根据实时输出输入功率比γ_real-time、储热装置、储冷装置和储氢装置的储存情况，通过控制继电器组、光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀进行***调整：

步骤10-1：ARM处理器根据实时输出输入功率比γ_real-time所在区间，通过控制并网控制开关和管道电磁阀，实现控制风能、太阳能、石化燃料和市电网络的输入和利用；

步骤10-2：判断储氢装置预测发电量是否低于储氢装置发电量下限，是，执行步骤10-3；否则，执行步骤10-4；

步骤10-3：ARM处理器增大管道电磁阀开度，增加燃气轮机中输入的石化燃料，同时，ARM处理器控制光能转化方式选择继电器由光伏电池阵列工作转化为光电催化制氢装置工作，为储氢装置提供氢气，执行步骤10-5；

步骤10-4：ARM处理器控制光能转化方式选择继电器选择光伏电池阵列工作，执行步骤10-7；

步骤10-5：判断储氢装置预测发电量是否高于储氢装置发电量上限，是，执行步骤10-6；否则，执行步骤10-7；

步骤10-6：ARM处理器减小管道电磁阀开度；

步骤10-7：ARM处理器分别判断储冷装置当前储量或储热装置当前储量是否低于储冷装置或储热装置储能下限值，是，执行步骤10-8；否则，执行步骤11；

步骤10-8：ARM处理器打开储氢输出电磁阀，向燃料电池以一定流速释放氢气，燃料电池开始工作，为电负荷和生物质气化装置供能；

步骤10-9：ARM处理器启动定时器T1记录燃料电池工作时间；计时器定时起点为t₀，当计时器达到t₀+60S时，将60S分为10个时间节点t₁至t₁₀，并以，计算储氢装置参考临界消耗速率Γ：

并判断Γ与消耗速率阈值Γ_b的关系：(1)若Γ≤Γ_b，定时器T1重置为t₀；

(2)若Γ＞Γ_b，定时器T1清零，执行步骤10-10。

步骤10-10：闭合并网控制开关，关闭氢气输出电磁阀，燃料电池停止工作。

步骤11：并实时判断定时器T0的计时状态，如果定时器T0的计时值未达到定时器定时周期T_check，执行步骤13；否则，判执行步骤12。

步骤12：判断储热装置和储冷装置储能状态：

如果ARM处理器控制第2电磁阀关闭，压缩式制冷机开关闭合，为冷负荷增加供冷；如果ARM处理器控制第3电磁阀关闭，控制压缩式热泵开关闭合，为热负荷增加供热；其中，为储热装置储能上限值，为储冷装置储能上限值；如果执行步骤13。

步骤13：检测是否有键盘输入指令，有，优先执行键盘输入指令，无，执行步骤14。

步骤14：反复执行步骤3到步骤13。

有益效果：一种基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***及方法与现有技术相比，具有如下优势：

(1)适用范围广，可以根据不同的冷热需求，提供灵活多样的供冷供热方式；

(2)供热源有吸收式热泵、压缩式热泵、储热装置、太阳能真空集热管、PEM燃料电池五种，供冷源有吸收式制冷机、压缩式制冷机、储冷装置等三种，冷热量输出侧具备极大调整区间，能适应各种复杂的冷热需求状况；

(3)既能保证能量按“梯级利用，温度对口”的原则利用，又能使冷热电***的冷量、热量和电量分配的更合理，使***保持较高的效率和灵活性。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***结构示意图；

图2为本发明一种实施方式的风光-电热气转换模块结构示意图；

图3为本发明一种实施方式的控制模块结构及连接关系示意图；

图4为本发明一种实施方式的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调方法流程图

图5为本发明一种实施方式的ARM处理器根据实时输入输出关系参数比、储热装置、储冷装置和储氢装置的储存情况进行***调整的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。

如图1所述，一种基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***，包括：

风光-电热气转换模块、控制模块、生物质气化装置、燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、吸收式热泵、压缩式制冷机、压缩式热泵、储热装置、储冷装置、发电机组、交流母线、并网控制开关、交流变换器、其他氢气利用装置和管道电磁阀组；

所述管道电磁阀组包括第1管道电磁阀、第2管道电磁阀和第3管道电磁阀；

如图2所述，所述风光-电热气转换模块，包括：风力发电机、光伏电池阵列、光电催化制氢装置、真空集热器、整流器、逆变器、直流母线、PEM燃料电池、贮气罐、双向流控制器、储氢装置、光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀；

如图3所示，所述控制模块包括：ARM处理器、风光条件检测器、电功率检测器、冷/热功率检测器、输入功率检测器、继电器组、键盘输入模块和显示屏；

***中核心部件的型号如下：燃气轮机型号为Capstone公司200kW的C200型燃气轮机组，压缩式制冷机采用远大公司BS150溴化锂制冷机组，压缩式热泵采用远大公司溴化锂热水机组，储氢装置为TAE/EVO-121型号氢气高压储罐，储热装置为CHCR6型号蒸汽蓄热器，

储冷装置为盘管式蓄冰装置，ARM处理器的型号是AT91RM9200。

所述风力发电机组的输出端通过整流器连接直流母线第1输入端，光能转化方式选择继电器第1输出端连接光伏电池阵列输入端，光伏电池阵列输出端连接直流母线第2输入端，直流母线输出端通过逆变器连接交流母线第1输入端，光能转化方式选择继电器第2输出端连接光电催化制氢装置输入端，光电催化制氢装置连接贮气罐，贮气罐连接双向流控制器输入端，双向流控制器输出端分别连接储氢装置输入端和氢气输出管道，氢气输出管道连接其他氢气利用装置；储氢装置输出端连接储氢输出电磁阀，储氢输出电磁阀连接燃料电池，燃料电池分别连接生物质气化装置输入口和直流母线第3输入端。

所述生物质气化装置出气口连接燃气轮机第1燃料进气口，第1管道电磁阀出气口连接燃气轮机第2燃料进气口，燃气轮机出气口连接余热锅炉进气口，燃气轮机通过芯轴与发电机组相连，发电机组连接交流变换器输入端，交流变换器输出端连接交流母线输入端；余热锅炉的蒸汽出口连接储热装置、吸收式制冷机蒸汽入口和吸收式热泵的蒸汽入口，储热装置出口通过第2管道电磁阀连接热负荷，吸收式制冷机输出端连接储冷装置入口，储冷装置出口通过第3管道电磁阀连接冷负荷，交流母线通过并网控制开关连接市电网络，交流母线输出端连接电负荷；交流母线输出端分别连接压缩式热泵、压缩式制冷机、吸收式制冷机和吸收式热泵，压缩式制冷机和吸收式制冷机输出端均连接冷负荷，压缩式热泵和吸收式热泵输出端均连接热负荷；

所述风光条件检测器连接ARM处理器第1输入端，储氢装置连接ARM处理器第2输入端，储热装置连接ARM处理器第3输入端，储冷装置连接ARM处理器第4输入端，电功率检测器输入端连接电负荷，电功率检测器输出端连接ARM处理器第5输入端，冷/热功率检测器输入端分别连接冷负荷和热负荷，冷/热功率检测器输出端连接ARM处理器第6输入端，输入功率检测器输入端连接生物质气化装置，输入功率检测器输出端连接ARM处理器第7输入端，键盘输入模块连接ARM处理器第8输入端，继电器组一端连接ARM处理器的第1输出端，继电器组另一端分别连接并网控制开关、压缩式制冷机、压缩式热泵和管道电磁阀组，光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀分别连接ARM处理器的第2输出端和第3输出端；显示屏连接ARM处理器的第4输出端。

如图4所示，采用基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调方法，包括如下步骤：

步骤1：向风光-电热气转换模块输入风能和太阳能，向生物质气化装置输入固定功率的生物质能，向第1电磁阀入口输入化石燃料，ARM处理器启动定时器T0；

步骤2：输入功率检测器实时检测生物质能输入功率并发送给ARM处理器存储；

步骤3：风光条件检测器分别采集当地风速ω和当地光强ξ并发送给ARM处理器；

步骤4：ARM处理器根据当地风速ω和当地光强ξ计算风力发电机发电功率和光伏电池阵列发电功率

步骤5：电功率检测器实时检测电负荷耗电功率冷/热功率检测器实时检测热负荷功率和冷负荷功率

步骤6：ARM处理器计算功率的匹配功率P_need，并计算实时输出输入功率比γ_real-time：

步骤6-1：计算输出侧输出功率的匹配功率P_need：

其中，λ_e、λ_h、λ_c分别为电、热、冷输出对应的当量因子，u_e、u_h、u_c分别为电、热、冷输出对应的差分因子，当量因子与差分因子的值由微网***中各能量转换装置的工作模式和效率决定；

步骤6-2：计算输入侧输入功率

步骤6-3：计算实时输出输入功率比γ_real-time：

本实施方式中，t′时刻，输出侧输出功率的匹配功率和输入侧输入功率分别为：

实时输出输入功率比

步骤7：ARM处理器分别获取储冷装置当前储量储热装置当前储量储氢装置的n组温度和压强；

本实施方式中，t′时刻，储冷装置当前储量储热装置当前储量

步骤8：ARM处理器计算储氢装置预测发电量

步骤8-1：ARM处理器利用储氢装置的n组温度和压强数据，计算温度阵列和压强阵列

步骤8-2：ARM处理器计算储氢装置的工作温度和工作压力

步骤8-3：计算储氢装置中氢气浓度本实施方式中，具体的气体状态方程模型为：

式中，a、b、c为气体状态方程模型的参数，a＝0.02452Pa.m⁶/mol²，b＝0.0000265m³/mol，c＝8.9113×10^-14m³/(Pa·mol)，为储氢装置中氢气的浓度。

步骤8-4：并计算当前储氢装置通过燃料电池预测发电量

其中，η_{fuel cell}为燃料电池转化效率，η_{fuel cell}取值为53％，为储氢装置的预设容量；为氢气在储氢装置下对应的低焓值，由于在储氢装置中氢气存在相变过程，根据Van’t Hoff方程得到：

其中，氢平衡分解压，根据所得数据在储氢合金与氢气的相平衡图中可查的；ΔS^o值主要是气体氢熵的损失，在常温时，ΔS^o的值均近似为130.5J/(mol·K)。

本实施方式中，t′时刻，储氢装置的预测发电量

步骤9：ARM处理器将***运行状态指标发送到显示屏显示；

步骤10：如图5所示，ARM处理器根据实时输入输出关系参数比γ_real-time、储热装置、储冷装置和储氢装置的储存情况，通过控制继电器组、光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀进行***调整：

步骤10-1：ARM处理器判断实时输出输入功率比γ_real-time所在区间：

(1)若γ_real-time∈(0，0.96)，ARM处理器分别闭合并网控制开关和关闭第1管道电磁阀，风能与太阳能转化为电输出，为电负荷和市电网络供电；

(2)若γ_real-time∈[0.96，1.07)，ARM处理器关闭第1管道电磁阀并断开并网控制开关，风能与太阳能转化为电输出，为电负荷供电；

(3)若γ_real-time∈[1.07，1.22)，ARM处理器闭合并网控制开关，风能与太阳能转化交流电为市电负荷供电；

(4)若γ_real-time∈[1.22，∞)，ARM处理器断开并网控制开关，风能与太阳能转化为交流电，同时，增大第1管道电磁阀开度，增加燃气轮机中石化燃料的输入；

本实施方式中，t′时刻，γ_real-time∈[0.96，1.07)，因此，ARM处理器关闭第1管道申磁阀，并断开并网控制开关。

步骤10-2：判断储氢装置预测发电量是否低于储氢装置发电量下限，是，执行步骤10-3；否则，执行步骤10-4；

本实施方式中，储氢装置发电量下限为t′时刻，储氢装置预测发电量不低于储氢装置发电量下限，于是直接执行步骤10-4；

步骤10-3：ARM处理器增大第1管道电磁阀开度，增加燃气轮机中输入的石化燃料，同时，ARM处理器控制光能转化方式选择继电器由光伏电池阵列工作转化为光电催化制氢装置工作，为储氢装置提供氢气，执行步骤10-5；

步骤10-4：ARM处理器控制光能转化方式选择继电器选择光伏电池阵列工作，执行步骤10-7；

步骤10-5：判断储氢装置预测发电量是否高于储氢装置发电量上限，是，执行步骤10-6；否则，执行步骤10-7；

本实施方式中，储氢装置发电量上限为t′时刻，执行步骤10-7。

步骤10-6：ARM处理器减小第1管道电磁阀开度；

步骤10-7：ARM处理器分别判断储冷装置当前储量或储热装置当前储量是否低于储冷装置或储热装置储能下限值，是，执行步骤10-8；否则，执行步骤11；

本实施方式中，储冷装置储能下限值储热装置储能下限值t′时刻，储热装置当前储量低于储热装置储能下限值，执行步骤10-9。

步骤10-8：ARM处理器打开储氢输出电磁阀，向燃料电池以一定流速释放氢气，燃料电池开始工作，为电负荷和生物质气化装置供能；

步骤10-9：ARM处理器启动定时器T1记录燃料电池工作时间；计时器定时起点为t₀，当计时器达到t₀+60S时，将60S分为10个时间节点t₁至t₁₀，并以，计算储氢装置参考临界消耗速率Γ：

并判断Γ与消耗速率阈值Γ_b的关系：(1)若Γ≤Γ_b，定时器T1重置为t₀；

(3)若Γ＞Γ_b，定时器T1清零，执行10-10。

本实施方式中，消耗速率阈值Γ_b＝50KW，t₀+60S时间段内，Γ＝32KW，Γ≤Γ_b，定时器T1重置为t₀。

步骤10-10：闭合并网控制开关，关闭氢气输出电磁阀，燃料电池停止工作。

步骤11：并实时判断定时器T0的计时状态，如果定时器T0的计时值未达到定时器定时周期T_check，执行步骤13；否则，判执行步骤12；其中，T_check＝1h。

步骤12：判断储热装置和储冷装置储能状态：

如果ARM处理器控制第2管道电磁阀关闭，控制压缩式制冷机开关闭合，为冷负荷增加供冷；如果ARM处理器控制第3管道电磁阀关闭，控制压缩式热泵开关闭合，为热负荷增加供热。

如果执行步骤13。

本实施方式中，储热装置储能上限值和储冷装置储能上限值均为0.5～0.6，t′时刻，ARM处理器控制第2管道电磁阀关闭，控制压缩式制冷机开关闭合，为冷负荷增加供冷；

步骤13：检测是否有键盘输入指令，有，优先执行键盘输入指令，无，执行步骤14。

步骤14：反复执行步骤3到步骤13；

本实施方式中，t″时刻，***工作状态如下：

输出侧输出功率的匹配功率和输入侧输入功率分别为：

实时输出输入功率比

由于γ_real-time∈[1.22，∞)，ARM处理器打开第1管道电磁阀，并断开并网控制开关。

计算储氢装置的预测发电量：储氢装置预测发电量不低于储氢装置发电量下限。无需对储氢装置进行储能补充。光能转化方式选择继电器选择光伏电池阵列工作。

储冷装置当前储量储热装置当前储量储冷装置或储热装置储能下限值分别为储热装置与储冷当前储量均低于储能下限值，ARM处理器打开储氢输出电磁阀，燃料电池工作。

t₀+60S时间段内，Γ＝114KW，Γ＞Γ_b；储氢装置的氢气消耗速率大于临界速率，关闭氢气输出电磁阀，燃料电池停止工作。

判断定时器T0的计时状态，定时器T0的计时值达到定时器定时周期T_check，此时，储热装置和储冷装置储能状态为：ARM处理器控制第2电磁阀、第3电磁阀关闭，压缩式热泵与压缩式制冷机的开关闭合，对储热装置与储冷装置进行储能。

Claims (6)

1.基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***，其特征在于，包括：

风光-电热气转换模块、控制模块、生物质气化装置、燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、储热装置、储冷装置、交流母线、并网控制开关和管道电磁阀；

所述风光-电热气转换模块，包括：风力发电机、光伏电池阵列、光电催化制氢装置、整流器、逆变器、直流母线、燃料电池、储氢装置、光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀；

所述控制模块包括：ARM处理器、风光条件检测器、电功率检测器、冷/热功率检测器、输入功率检测器和继电器组；

所述风力发电机的输出端通过整流器连接直流母线第1输入端，光能转化方式选择继电器第1输出端连接光伏电池阵列输入端，光伏电池阵列输出端连接直流母线第2输入端，直流母线输出端通过逆变器连接交流母线第1输入端，光能转化方式选择继电器第2输出端连接光电催化制氢装置输入端，光电催化制氢装置输出端连接储氢装置输入端，储氢装置输出端连接储氢输出电磁阀，储氢输出电磁阀连接燃料电池，燃料电池分别连接生物质气化装置输入口和直流母线第3输入端；

所述生物质气化装置出气口连接燃气轮机第1燃料进气口，管道电磁阀出气口连接燃气轮机第2燃料进气口，燃气轮机出气口连接余热锅炉进气口，余热锅炉的蒸汽出口连接储热装置和吸收式制冷机蒸汽入口，储热装置出口连接热负荷，吸收式制冷机输出端连接储冷装置入口，储冷装置出口连接冷负荷，交流母线通过并网控制开关连接市电网络，交流母线输出端连接电负荷；

所述风光条件检测器连接ARM处理器第1输入端，储氢装置连接ARM处理器第2输入端，储热装置连接ARM处理器第3输入端，储冷装置连接ARM处理器第4输入端，电功率检测器输入端连接电负荷，电功率检测器输出端连接ARM处理器第5输入端，冷/热功率检测器输入端分别连接冷负荷和热负荷，冷/热功率检测器输出端连接ARM处理器第6输入端，输入功率检测器输入端连接生物质气化装置，输入功率检测器输出端连接ARM处理器第7输入端，继电器组一端连接ARM处理器的第1输出端，继电器组另一端分别连接并网控制开关和管道电磁阀，光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀分别连接ARM处理器的第2输出端和第3输出端。

2.根据权利要求1所述的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***，其特征在于，还包括：发电机组、交流变换器、吸收式热泵、压缩式制冷机和压缩式热泵；

所述燃气轮机通过芯轴与发电机组相连，发电机组连接交流变换器输入端，交流变换器输出端连接交流母线输入端；所述余热锅炉蒸汽出口连接吸收式热泵的蒸汽入口，交流母线输出端分别连接压缩式热泵、压缩式制冷机、吸收式制冷机和吸收式热泵，压缩式制冷机和吸收式制冷机输出端均连接冷负荷，压缩式热泵和吸收式热泵输出端均连接热负荷；压缩式制冷机和压缩式热泵均通过继电器组与ARM处理器相连。

3.根据权利要求1所述的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***，其特征在于，还包括：贮气罐、双向流控制器和其他氢气利用装置；

光电催化制氢装置连接贮气罐，贮气罐连接双向流控制器输入端，双向流控制器输出端分别连接储氢装置输入端和氢气输出管道，氢气输出管道连接其他氢气利用装置。

4.利用权利要求1所述的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调***的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：向风光-电热气转换模块输入风能和太阳能，向生物质气化装置输入固定功率的生物质能，向管道电磁阀入口输入化石燃料；

步骤2：输入功率检测器实时检测生物质能输入功率并发送给ARM处理器存储；

步骤3：风光条件检测器分别采集当地风速ω和当地光强ξ并发送给ARM处理器；

步骤4：ARM处理器根据当地风速ω和当地光强ξ计算风力发电机发电功率和光伏电池阵列发电功率

步骤5：电功率检测器实时检测电负荷耗电功率冷/热功率检测器实时检测热负荷功率和冷负荷功率

步骤6：ARM处理器计算功率的匹配功率P_need，并计算实时输出输入功率比

步骤7：ARM处理器分别获取储冷装置当前储量储热装置当前储量和储氢装置预测发电量

步骤8：ARM处理器根据实时输出输入功率比γ_real-time、储热装置、储冷装置和储氢装置的储存情况，通过控制继电器组、光能转化方式选择继电器和储氢输出电磁阀进行***调整；

步骤9：重复执行步骤3到步骤8。

5.根据权利要求4所述的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调方法，其特征在于，步骤8具体包括：

步骤8-1：ARM处理器根据实时输出输入功率比γ_real-time所在区间，通过控制并网控制开关和管道电磁阀，实现控制风能、太阳能、石化燃料和市电网络的输入和利用；

步骤8-2：判断储氢装置预测发电量是否低于储氢装置发电量下限，是，执行步骤8-3；否则，执行步骤8-4；

步骤8-3：ARM处理器增大管道电磁阀开度，增加燃气轮机中输入的石化燃料，同时，ARM处理器控制光能转化方式选择继电器由光伏电池阵列工作转化为光电催化制氢装置工作，为储氢装置提供氢气，执行步骤8-5；

步骤8-4：ARM处理器控制光能转化方式选择继电器选择光伏电池阵列工作，执行步骤8-7；

步骤8-5：判断储氢装置预测发电量是否高于储氢装置发电量上限，是，执行步骤8-6；否则，执行步骤8-7；

步骤8-6：ARM处理器减小管道电磁阀开度；

步骤8-7：ARM处理器分别判断储冷装置当前储量或储热装置当前储量是否低于储冷装置或储热装置储能下限值，是，执行步骤8-8；否则，执行步骤9；

步骤8-8：ARM处理器打开储氢输出电磁阀，向燃料电池以一定流速释放氢气，燃料电池开始工作，为电负荷和生物质气化装置供能；

步骤8-9：ARM处理器判断储氢装置消耗速率是否大于消耗速率阈值，是，执行步骤8-10，否则，执行步骤9；

步骤8-10：闭合并网控制开关，关闭氢气输出电磁阀，燃料电池停止工作。

6.根据权利要求5所述的基于风光-电热气转换模块的多储能装置协调方法，其特征在于，步骤8-9具体为：

ARM处理器启动定时器T1记录燃料电池工作时间；计时器定时起点为t₀，当计时器达到t₀+60S时，将60S分为10个时间节点t₁至t₁₀，计算储氢装置消耗速率Γ：

判断Γ与消耗速率阈值Γ_b的关系：(1)若Γ≤Γ_b，定时器T1重置为t₀，执行步骤9；

(2)若Γ＞Γ_b，定时器T1清零，执行步骤8-10。