本發(fā)明涉及電網(wǎng)儲能優(yōu)化，具體的說是一種氫儲能與電池儲能協(xié)同的多時間尺度優(yōu)化調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、隨著分布式風光大規(guī)模接入配電網(wǎng)，如何減少由于風光的波動導(dǎo)致的棄風、棄光，提高配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，是電網(wǎng)當前面臨的主要問題，為此，各類型儲能，尤其是氫儲能和電池儲能，得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

2、然而，當前的儲能優(yōu)化調(diào)度研究多是針對電池儲能，而且是以日為單位的模式，該模式適合光伏發(fā)電功率輸出短時間尺度波動的特點，不適合風力發(fā)電功率輸出長時間尺度波動，影響風能消納，降低配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。另外，目前針對氫儲能在電網(wǎng)中的優(yōu)化調(diào)度研究，也是以日單位的模式，不符合氫儲能的長時間尺度特性，也不適應(yīng)風電輸出功率長時間尺度波動的實際情況。

3、目前的儲能優(yōu)化調(diào)度缺乏電池儲能短時間尺度與氫儲能長時間尺度協(xié)同的研究，不適應(yīng)風光功率輸出不同時間尺度波動的特點，影響了風光的消納率和配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種氫儲能與電池儲能協(xié)同的多時間尺度優(yōu)化調(diào)度方法，充分利用電池儲能與氫儲能不同時間尺度互補的特性，適應(yīng)光伏和風電輸出功率不同時間尺度波動的特點，提高風光功率的消納水平和配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。

2、為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種氫儲能與電池儲能協(xié)同的多時間尺度優(yōu)化調(diào)度方法，通過如下步驟實現(xiàn)：

4、s1：輸入配電網(wǎng)參數(shù)和風光預(yù)測功率；

5、輸入預(yù)測負荷pl,i(t)、風電機組預(yù)測功率pw,i(t)、光伏發(fā)電預(yù)測功率ppv,i(t)，t＝1,2,...,t，i＝1,2,....,n，t是優(yōu)化調(diào)度的時間尺度，n是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)，輸入分時電價；

6、s2：確定電池儲能和氫儲能各自的充放電時段；

7、依據(jù)分時電價確定電池儲能充放電時段，電價低時電池儲能連續(xù)充電，電價高時電池儲能連續(xù)放電；依據(jù)t時間段內(nèi)預(yù)測的風功率波動情況，風功率高的時段電解槽連續(xù)制氫，風功率低的時段燃料電池連續(xù)發(fā)電；

8、s3：建立氫儲能系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型，包括電解槽、儲氫罐和燃料電池優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型；

9、電解槽電解水制氫量計算公式如下：

10、qe,i(t)＝ηepe,i(t)ξ????????????????????????(1)

11、式中，qe,i(t)是第t小時的制氫量，單位：kg(nm3)；ηe是電解槽效率；pe,i(t)是電解槽第t小時的輸入功率，單位：mw；ξ是消耗1kw·h的電能的制氫量，單位：kg/kw·h；

12、pe,i(t)滿足如下容量約束：

13、pe,i(t)≤pe,i????????????????????????(2)

14、式中，pe,i是節(jié)點i電解槽容量；

15、儲氫罐儲氫量的計算公式如下：

16、

17、式中，qtank,i(t)是第t小時儲氫罐的儲氫量，單位：kg(nm3)；pfc,i(t)是燃料電池第t小時輸出的功率，單位：kw；μ是燃料電池生產(chǎn)1kw·h電能所消耗的氫氣量；ηfc是燃料電池的工作效率；ηtank是儲氫罐的效率；ze,i(t)和zfc,i(t)分別是電解槽制氫狀態(tài)和燃料電池輸出功率狀態(tài)，1為制氫或輸出功率，0為其它；

18、電解槽制氫狀態(tài)和燃料電池輸出功率狀態(tài)滿足如下方程：

19、ze,i(t)+zfc,i(t)＝1?????????????????????????(4)

20、qtank,i(t)和pfc,i(t)同時滿足容量約束：

21、qtank,i(t)≤qtank,i?????????????????????????(5)

22、pfc,i(t)≤pfc,i?????????????????????????(6)

23、式中，qtank,i是第i個節(jié)點儲氫罐容量；pfc,i是第i個節(jié)點燃料電池容量；

24、燃料電池輸出功率的計算公式如下：

25、pfc,i(t)＝ηfcqh,i(t)/μ??????????????????????(7)

26、式中，qh,i(t)是第t小時氫氣的消耗量，單位：kg(nm3)。

27、另外，氫儲能在周期t要完成一個循環(huán)，即滿足如下關(guān)系式：

28、qtank,i(1)＝qtank,i(t)???????????????????????(8)；

29、s4：建立電池儲能優(yōu)化數(shù)學模型；

30、電池儲能以24小時為一個循環(huán)周期，滿足如下約束：

31、

32、ei(1)＝ei(24)?????????????????????????????????(11)

33、

34、式中，ei(t)是電池儲能在t小時的能量；pib,c(t)和pib,d(t)是電池儲能在t小時的充電和放電功率；pib,c,max和pib,d,max是電池儲能充電和放電功率最大值；和是電池儲能的充放電效率；和是電池儲能電量的下限和上限；和是電池儲能充電和放電狀態(tài)，1為充電或放電，0為其它；

35、s5：建立含電池儲能和氫儲能的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型；

36、在調(diào)度周期t內(nèi)，以線路損耗費用和棄風、棄光懲罰費用之和最小為優(yōu)化調(diào)度目標：

37、

38、式中，b是支路集合；iij是支路ij的電流幅值；rij是支路ij的電阻；c(t)是電價；是預(yù)測的風功率；pw,i(t)是實際消納的風功率；cw是棄風懲罰成本；是預(yù)測的光伏發(fā)電功率；ppv,i(t)是實際消納的光伏發(fā)電功率；cpv是棄光懲罰成本；

39、線性化的配電網(wǎng)潮流方程約束如下：

40、vj(t)≤vi(t)-rijpij(t)-xijqij(t)+m(1-zij(t))???????????????????(16)

41、vj(t)≥vj(t)-rijpij(t)-xijqij(t)-m(1-zij(t))???????????????????(17)

42、

43、式中，vi(t)是節(jié)點i的電壓幅值；pij(t)和qij(t)是支路ij的有功和無功功率；xij是支路ij的電抗；m是一個很大的正數(shù)；zij支路ij上開關(guān)的狀態(tài)，1表示閉合，0表示斷開；pl,j(t)和ql,j(t)是節(jié)點j的有功和無功負荷；

44、節(jié)點電壓和支路功率滿足如下約束：

45、vmin≤vi(t)≤vmax?????????????????????????????(20)

46、

47、式中，vmin和vmax是節(jié)點電壓的下限值和上限值；和是支路ij傳輸?shù)淖畲笥泄蜔o功功率；

48、輻射狀拓撲約束如下：

49、τij(t)+τji(t)＝zij(t)???????????????????????????????(23)

50、

51、τij(t)＝0,j∈n1????????????????????????????????(25)

52、式中，τij(t)是二進制變量，τij(t)＝1表明節(jié)點j是節(jié)點i的父節(jié)點，否則，τij(t)＝0；ni表明與節(jié)點i相連的所有節(jié)點集合；式(24)表明節(jié)點i≥2只有一個父節(jié)點；式(25)表明根節(jié)點1沒有父節(jié)點；

53、開關(guān)動作變量和開關(guān)狀態(tài)變量間的關(guān)系如下：

54、zij(t-1)-zij(t)≤αij(t)-βij(t),ij∈b????????????????(26)

55、式中，αij(t)和βij(t)分別是描述開關(guān)動作的二進制變量，αij(t)＝1表示支路ij上的開關(guān)斷開，βij(t)＝1表示支路ij上的開關(guān)閉合；

56、開關(guān)動作次數(shù)約束方程如下：

57、

58、式中，為單個開關(guān)最大動作次數(shù)，為所有開關(guān)最大動作次數(shù)；

59、s6：采用線性規(guī)劃的內(nèi)點法求解；

60、s7：輸出總費用、電池儲能、氫儲能系統(tǒng)和開關(guān)狀態(tài)的優(yōu)化結(jié)果；

61、輸出總費用f，輸出開關(guān)狀態(tài)變量αij(t)和βij(t)，電池儲能充放電功率pib,c(t)和pib,d(t)，電解槽制氫功率pe,i(t)，燃料電池放電功率pfc,i(t)。

62、所述步驟s1中，時間t以小時為單位，也可以以給定時間段為單位。

63、所述步驟s6中，采用粒子群智能優(yōu)化算法求解。

64、本發(fā)明充分利用電池儲能與氫儲能不同時間尺度互補的特性，適應(yīng)風光發(fā)電輸出功率不同時間尺度波動的特點，通過建立氫儲能系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學模型、電池儲能優(yōu)化數(shù)學模型、含電池儲能和氫儲能的配電網(wǎng)的線性優(yōu)化調(diào)度模型等步驟，將氫儲能和電池儲能協(xié)同優(yōu)化調(diào)度，有助于減少電網(wǎng)因風光的波動導(dǎo)致的棄風、棄光，提高了風光的消納率，在調(diào)度周期內(nèi)以線路損耗費用和棄風、棄光懲罰費用之和最小為優(yōu)化調(diào)度目標，相對于當前以天為優(yōu)化周期更符合實際風光功率波動的規(guī)律，顯著提升了配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。