一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法，从风氢系统投资者利益角度出发，应用等电量‑顺负荷方法计算优化前后的风电波动成本,以投资项目资本金利润率（ROE）最大化为目标，考虑风电的不确定性，构建风电场输电工程与氢系统配置联合优化的机会约束规划模型。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法
本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法。
技术介绍
随着世界各国的能源发展重心转向清洁能源，可再生能源发展迅猛。风电作为可再生能源的主要利用方式，其快速、规模化发展及风电的随机性、间歇性使得电网消纳风电的困难凸显，造成电能质量下降，风电利用率降低，弃风率居高不下，进而影响整个行业的经济效益。将风电与氢储能结合在一起，能有效地解决当前风电遇到的问题，一方面能够通过吸收过剩风电解决风电消纳问题，提高风电的利用率，实现风电功率波动的平抑和能源的长期储存，另一方面可将清洁、高效的氢燃料融入已有的燃气供应网络实现能源互联或者通过燃料电池的形式实现直接高效利用。现有的风氢系统容量优化配置中尚没有考虑风电场的波动平滑效益，也鲜有从机会约束规划角度去合理配置风氢系统各单元容量。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法，从风氢系统投资者利益角度出发，应用等电量-顺负荷方法计算优化前后的风电波动成本,以投资项目资本金利润率(ROE)最大化为目标，为了充分体现风电的不确定性，构建风电场输电工程与氢系统配置联合优化的机会约束规划模型。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：获取风电场电场时序风资源状况，拟合风电场出力时间序列，氢系统成本参数，输电工程参数、风电上网电价参数，为建模优化提供数据支撑；步骤S2：根据获得的风电场出力时间序列，以资本金利润率最大化为目标，满足预设约束，构建风电场的机会约束规划模型，配置风电场外送输出容量以及氢系统各单元容量；步骤S3：根据得到机会约束规划模型，利用Cplex求解得到最优风氢系统外送输电容量、电解槽功率、压缩机功率、储氢单元功率及燃料电池功率。进一步的，所述步骤S2具体包括：步骤S21：计算风氢系统的平滑效益。根据“等电量-顺负荷”思路，针对风氢系统，计算风电场外送出力的波动成本，在一个周期T内，进行“等电量-顺负荷”变换公式为：其中，P(t)为t时刻的实际风电出力，P*(t)为t时刻的“等电量-顺负荷”变换后风电出力，Load(t)为t时刻的负荷需求。计算系统变换前后的风电波动电量：其中，PLoad(t)表示一个周期内的负荷需求，Preal(t)和P*real(t)分别为不含氢系统的风电场实际出力和“等电量-顺负荷”变换后的风电出力；Pe(t)和P*e(t)分别表示风氢系统中风电上网的输送功率和“等电量-顺负荷”变换后的上网功率；故风氢系统平滑效益可表示为RF＝(Wreal-We)h其中，RF为系统平滑效益，Wreal和We分别表示含氢和不含氢系统的风电波动电量，h为单位波动价格。步骤S22：计算风氢系统售电收入R1、售氢收入R2：其中，Pnet.t、Pfc.t、Pso.t分别为第t时段风电、燃料电池补发上网功率和用于售氢的等效风电功率，Se.t为第t时段风电上网电价，Sh为单位氢气价格λ表示每小时每MW风电功率的制氢量；步骤S23：计算风氢系统的投资成本，包括输电工程、电解槽、压缩机、储氢设备和燃料电池五个子系统的投资成本；C1＝LX1ω1其中，C1为输电工程的投资成本，L为输电线路长度，X1为输电工程容量(MW)，ω1为单位长度单位容量投资成本；Ci＝Xiωi其中，Ci为对应子系统的投资成本，i＝2,3,4,5，分别电解槽、压缩机、储氢设备和燃料电池)；Xi和ωi分别为对应子系统容量和单位容量投资成本；采用费用年值法求取各子系统投资成本等年值其中，ACi和ni分别为对应子系统投资成本等年值和使用寿命，ic为折现率；步骤S24：计算风氢系统的运维成本。输电工程与风氢系统各部分的年运维成本按其投资成本的百分比计算OMi＝liCi其中，OMi和li分别为对应子系统的年运维成本及其占比；步骤S26：构建风电场的机会约束规划模型：资本金利润率最大化的目标函数可表示为其中，ROE为资本金利润率，NP为净利润，EC为总投资成本。进一步的，所述预设约束具体为：(1).风电功率有功平衡Pnet.t+Pel.t+Pcurt.t＝Pwind.t其中，Pwind.t和Pcurt.t为t时段风电出力和风电弃风功率，Pel.t为输入电解槽的风电功率；(2).压缩机等式约束每个时段由电解槽产生的氢气量可由输入压缩机的等效风电功率表示，考虑电解槽效率；系统每小时的售氢量和储氢量也用等效风电功率表示：Pcom.t＝Pel.t·ηelPso.t+Psto.t＝Pcom.t·ηcom其中，ηel、ηcom为电解槽和压缩机的效率；Pcom.t、Psto.t表示第t小时输入压缩机和用于储氢的等效风电功率；(3).储氢设备运行等式约束Sto.t＝Sto.t-1+Psto.t-Pfc.t/ηfc其中，ηfc为燃料电池的效率；Sto.t-1、Sto.t为系统运行过程中，高压储氢设备第t-1、t小时储氢量的等效风电功率(MW)；(4).不等式约束(4.1).子系统容量约束0≤Xi≤Cap其中,Xi为联合系统各组成单元的容量，Cap为风电场的装机容量(MW)；(4.2).风电上网功率波动约束为平抑风电出力，根据风电并网技术要求，将两个时段间风电场的并网功率变化限制在装机容量的10％以内：-10％Cap≤[(Pnet.t+Pfc.t)-(Pnet.t-1+Pfc.t-1)]≤10％Cap(4.3).稳定运行约束系统稳定运行约束包括并网功率约束、制氢功率约束、弃风功率约束、燃料电池补发上网功率约束和压缩氢气、售氢、储氢等效风电功率约束；(4.4).弃风置信水平约束基于风资源的不确定性，利用置信水平约束作为弃风约束。Pr{X1+X2≥ζ}≥α其中，X1和X2为决策变量，分别为输电工程容量和电解槽容量，α为置信水平，表示不允许弃风的概率，ζ是随机变量。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术考虑风电场有氢系统和没有氢系统的波动平滑效益，全面量化风氢系统的收益，有利于合理优化风氢系统各单元容量配置；机会约束规划的引入充分体现风资源的不确定性，使得优化配置的各单元容量不致过于保守，提升项目投资的经济性并充分体现了投资者的决策意愿。附图说明图1是本专利技术风氢系统结构图；图2是本专利技术风电出力的等电量顺负荷变换；图3是本专利技术一实施例中风电场历史出力数据；图4是本专利技术一实施例中风电上网电价。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。请参照图1，本专利技术提供一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：获取风电场电场时序风资源状况，拟合风电场出力时间序列，氢系统成本参数，输电工程参数、风电上网电价参数，为建模优化提供数据支撑；步骤S2：根据获得的风电场出力时间序列，以资本金利润率最大化为目标，满足预设约束，构建风电场的机会约束规划模型，配置风电场外送输出容量以及氢系统各单元容量；步骤S3：根据得到机会约束规划模型，利用Cplex求解得到最优风氢系统外送输电容量、电解槽功率、压缩机功率、储氢单元功率及燃料电池功率。在本专利技术一实施例中，所述步骤S2具体为：步骤S21：计算风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：获取风电场时序风资源状况，拟合风电场出力时间序列，氢系统成本参数，输电工程参数、风电上网电价参数，为建模优化提供数据支撑；步骤S2：以资本金利润率最大化为目标，满足预设约束，构建风电场的机会约束规划模型，配置风电场外送工程输电容量以及氢系统各单元容量；步骤S3：根据得到机会约束规划模型，利用Cplex求解得到最优风氢系统外送输电容量、电解槽功率、压缩机功率、储氢单元功率及燃料电池功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：获取风电场时序风资源状况，拟合风电场出力时间序列，氢系统成本参数，输电工程参数、风电上网电价参数，为建模优化提供数据支撑；步骤S2：以资本金利润率最大化为目标，满足预设约束，构建风电场的机会约束规划模型，配置风电场外送工程输电容量以及氢系统各单元容量；步骤S3：根据得到机会约束规划模型，利用Cplex求解得到最优风氢系统外送输电容量、电解槽功率、压缩机功率、储氢单元功率及燃料电池功率。2.根据权利要求1所述的基于机会约束规划的风氢系统联合优化建模方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21：计算风氢系统的平滑效益。根据“等电量-顺负荷”思路，针对风氢系统，计算风电场外送出力的波动成本，在一个周期T内，进行“等电量-顺负荷”变换公式为：其中，P(t)为t时刻的实际风电出力，P*(t)为t时刻的“等电量-顺负荷”变换后风电出力，Load(t)为t时刻的负荷需求。计算系统变换前后的风电波动电量：其中，PLoad(t)表示一个周期内的负荷需求，Preal(t)和P*real(t)分别为不含氢系统的风电场实际出力和“等电量-顺负荷”变换后的风电出力；Pe(t)和P*e(t)分别表示风氢系统中风电上网的输送功率和“等电量-顺负荷”变换后的上网功率；故风氢系统平滑效益可表示为RF＝(Wreal-We)h其中，RF为系统平滑效益，Wreal和We分别表示含氢和不含氢系统的风电波动电量，h为单位波动价格。步骤S22：计算风氢系统售电收入R1、售氢收入R2：其中，Pnet.t、Pfc.t、Pso.t分别为第t时段风电、燃料电池补发上网功率和用于售氢的等效风电功率，Se.t为第t时段风电上网电价，Sh为单位氢气价格λ表示每小时每MW风电功率的制氢量；步骤S23：计算风氢系统的投资成本，包括输电工程、电解槽、压缩机、储氢设备和燃料电池五个子系统的投资成本；C1＝LX1ω1其中，C1为输电工程的投资成本，L为输电线路长度，X1为输电工程容量(MW)，ω1为单位长度单位容量投资成本；Ci＝Xiωi其中，Ci为对应子系统的投资成本，i＝2,3,4,5，分别电解槽、压缩机、储氢设备和燃料电池)；Xi和ωi分别为对应子系统容量和单位容量投资成本；采用费用年值法求取各子系统投资成本等年值其中，ACi和...

【专利技术属性】
技术研发人员：江岳文，邓智宏，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35