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一種氫儲能與電池儲能協(xié)同的多時間尺度優(yōu)化調(diào)度方法與流程

文檔序號:39801800發(fā)布日期:2024-10-29 17:16閱讀:6來源:國知局
一種氫儲能與電池儲能協(xié)同的多時間尺度優(yōu)化調(diào)度方法與流程

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。

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