一种可再生能源直流微网制氢黑启动优化方法技术

本发明专利技术涉及一种可再生能源直流微网制氢黑启动优化方法，包括步骤：(1)在执行系统黑启动命令前，判断此刻储能能否满足作为系统黑启动电源的条件，如果满足条件则执行(2)，反之则执行(8)；(2)储能系统作为黑启动电源，执行系统黑启动模式；(3)风电机组和制氢电解槽辅助设备恢复供电；(4)基于优化控制算法判断下一时刻最优的设备投入顺序；(5)按照所求最优启动顺序依次启动设备；(6)制氢电解槽温度达到热备工作条件时开始制氢；(7)系统黑启动完成；(8)光伏发电单元作为黑启动电源；(9)由光伏发电单元为低SOC储能系统充电；(10)判断光储单元如果满足条件，则恢复风电机组和制氢电解槽辅助设备供电；执行步骤(4)。执行步骤(4)。执行步骤(4)。

【技术实现步骤摘要】
一种可再生能源直流微网制氢黑启动优化方法


[0001]本专利技术涉及电力领域，尤其是一种可再生能源直流微网制氢黑启动优化方法。

技术介绍

[0002]近年来，氢能作为一种清洁高效可持续的二次能源，得到了国家重点扶持培育以及大力发展。同时随着国家可再生能源发展规划的推进，分布式可再生能源渗透率不断提高。但由于风电和光伏发电波动性，其输出功率极不平衡，电网对可再生能源的消纳能力十分有限，造成了严重的弃风、弃光现象，通过制氢设备作为负荷能够有效实现可再生能源的消纳，有效地减少弃风、弃光，同时降低制氢成本。因此可再生能源制氢可以实现城市环境和能源转型的迫切需求，并进一步推动氢能产业的发展。
[0003]一种典型的可再生能源直流微网制氢的结构如图1所示。相比于大电网，可再生能源直流微网制氢系统稳定性较弱。由于其风光波动特性，微网中储能系统承担了为重要负荷持续供电和维持系统稳定性的作用。不合理的负荷分配和极端天气情况将会导致储能系统因电池放空而停机。此外，由于储能系统容量和支撑裕度局限性，当外部电网出现故障时，往往会产生电网保护动作、全站失电的情况。专利CN 104318317 A、CN 103986186 A均基于可再生能源微网系统，提出了相应的黑启动方案及优化方法，但未能考虑制氢负荷动态特性。专利CN 111668862 A提出一种储能系统黑启动顺控方法，但未能结合新能源出力预测数据，实现对黑启动方案的优化，增强方案面对不同情况的适应性。

技术实现思路

[0004]可再生能源直流微网制氢系统由于可再生能源出力波动性以及系统储能容量的局限性，稳定性问题较为突出。系统尤其对大电网故障和极端天气问题带来的稳定性问题较为敏感。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种可再生能源直流微网制氢系统黑启动顺控优化方法，可为微网系统故障下安全、可靠、快速恢复系统正常工作，为重要负荷供电提供创新解决和优化方案，提升微网系统安全可靠性同时提高制氢效率，进一步推动我国可再生能源和氢能产业的持续发展。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种可再生能源直流微网制氢黑启动优化方法，包括以下步骤：
[0006](1)在执行系统黑启动命令前，通过读取当前t0时刻储能单元SOC
t0
，判断此刻储能能否满足作为系统黑启动电源的条件，如果满足条件则执行步骤(2)；反之则执行步骤(8)；
[0007](2)储能系统作为黑启动电源，执行系统黑启动模式，此时储能单元工作在恒压模式，用于维持直流母线电压；
[0008](3)风电机组和制氢电解槽辅助设备恢复供电；
[0009](4)根据风光预测数据和优化目标函数，基于优化控制算法判断下一时刻最优的设备投入顺序；
[0010](5)通过求解步骤(4)的优化目标函数，求得最优的设备启动顺序，按照所求最优
启动顺序，依次启动设备并入微网系统；
[0011](6)判断制氢电解槽温度是否达到热备工作条件，若不满足要求则等待，直至系统符合热启动条件，制氢电解槽开始接收系统调度指令制氢，此时电解槽工作在恒流控制模式，风光发电单元工作在限功率模式，上层协调控制系统根据功率守恒原则调节微网内各单元出力；
[0012](7)系统黑启动完成；
[0013](8)光伏发电单元作为黑启动电源，工作在恒压模式，用于维持直流母线电压；
[0014](9)下一刻储能系统投入工作，由光伏发电单元为低SOC储能系统充电；
[0015](10)判断下一时刻t，光储单元能否满足预定供电条件，如果满足预定供电条件，则恢复系统内风电机组和制氢电解槽辅助设备供电；下一步执行步骤(4)所述优化控制算法；增加约束条件：反之，则返回步骤(8)，光伏发电单元继续为储能系统充电。
[0016]进一步的，所述条件为：
[0017]P
dis
(t0)≥P
sup
[0018]其中P
dis
(t0)为t0时刻储能单元最大放电功率，具体表达式为：
[0019][0020]SOC
low
为储能单元SOC的下限值SOC
t0
为储能单元在t0时刻SOC，Δt为预定时间间隔；η
dis
为放电效率；E
bat
为储能额定容量；为储能系统允许的最大放电功率；P
sup
为保障系统内设备正常运行的辅助设备供电所需总功率，具体表达式为：
[0021]P
sup
＝P
sup_wind
+P
h2_sup
[0022]P
sup_wind
和P
h2_sup
分别为保障风电机组和制氢电解槽正常运行的辅助设备供电所需功率。
[0023]进一步的，所述步骤(4)具体包括：
[0024]优化目标函数将重要负荷即制氢电解槽最快恢复供电作为优化目标，具体函数表达式如下：
[0025][0026]其中，T为优化目标函数运行的总时段数，γ为二进制变量，表示制氢电解槽在T时间段内所有启停状态集合，1表示该单元此刻处于工作状态，0表示该单元此刻处于停机状态；
[0027]此外，设置二进制变量α、β分别对应风电机组、光伏发电单元在T时间段内所有启停状态集合，1和0所代表含义与γ相同，所有设备在初始时刻均为停机状态，即：
[0028]α(0)＝β(0)＝γ(0)＝0
[0029]在每一计算时刻t，α、β和γ需满足以下的约束条件：
[0030][0031]同时为了保证风光发电单元和制氢电解槽逐一启动接入系统，防止多个设备同时
并入系统造成母线电压过大波动，α、β和γ还需满足以下的约束条件：
[0032]α(t)
‑
α(t
‑
1)+β(t)
‑
β(t
‑
1)+γ(t)
‑
γ(t
‑
1)≤1
[0033]除此以外，系统运行时需满足功率平衡约束条件，即：
[0034]α(t)(P
PV
(t)
‑
P
sup_pV
)+β(t)P
wind
(t)
‑
P
sup_wind
+P
bat
(t)
‑
γ(t)P
h2_hot
‑
P
h2_sup
＝0
[0035]其中P
PV
(t)、P
wind
(t)分别为t时刻光伏、风电预测出力；P
sup_PV
为光伏发电单元对应的DC/DC变流器工作所需功率，其直接从光伏PV组件上取电；P
h2_hot
为电解槽达到热备条件所需功率，P
bat
(t)为t时刻储能系统的充放电功率，具体表达式为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再生能源直流微网制氢黑启动优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在执行系统黑启动命令前，通过读取当前t0时刻储能单元SOC
t0
，判断此刻储能能否满足作为系统黑启动电源的条件，如果满足条件则执行步骤(2)；反之则执行步骤(8)；(2)储能系统作为黑启动电源，执行系统黑启动模式，此时储能单元工作在恒压模式，用于维持直流母线电压；(3)风电机组和制氢电解槽辅助设备恢复供电；(4)根据风光预测数据和优化目标函数，基于优化控制算法判断下一时刻最优的设备投入顺序；(5)通过求解步骤(4)的优化目标函数，求得最优的设备启动顺序，按照所求最优启动顺序，依次启动设备并入微网系统；(6)判断制氢电解槽温度是否达到热备工作条件，若不满足要求则等待，直至系统符合热启动条件，制氢电解槽开始接收系统调度指令制氢，此时电解槽工作在恒流控制模式，风光发电单元工作在限功率模式，上层协调控制系统根据功率守恒原则调节微网内各单元出力；(7)系统黑启动完成；(8)光伏发电单元作为黑启动电源，工作在恒压模式，用于维持直流母线电压；(9)下一刻储能系统投入工作，由光伏发电单元为低SOC储能系统充电；(10)判断下一时刻t，光储单元能否满足预定供电条件，如果满足预定供电条件，则恢复系统内风电机组和制氢电解槽辅助设备供电；下一步执行步骤(4)所述优化控制算法；增加约束条件：反之，则返回步骤(8)，光伏发电单元继续为储能系统充电。2.根据权利要求1所述的一种可再生能源直流微网制氢黑启动优化方法，其特征在于，所述条件为：P
dis
(t0)≥P
sup
其中P
dis
(t0)为t0时刻储能单元最大放电功率，具体表达式为：SOC
low
为储能单元SOC的下限值SOC
t0
为储能单元在t0时刻SOC，Δt为预定时间间隔；η
dis
为放电效率；E
bat
为储能额定容量；为储能系统允许的最大放电功率；P
sup
为保障系统内设备正常运行的辅助设备供电所需总功率，具体表达式为：P
sup
＝P
sup_wind
+P
h2_sup
P
sup_wind
和P
h2_sup
分别为保障风电机组和制氢电解槽正常运行的辅助设备供电所需功率。3.根据权利要求1所述的一种可再生能源直流微网制氢黑启动优化方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：优化目标函数将重要负荷即制氢电解槽最快恢复供电作为优化目标，具体函数表达式如下：
其中，T为优化目标函数运行的总时段数，γ为二进制变量，表示制氢电解槽在T时间段内所有启停状态集合，1表示该单元此刻处于工作状态，0表示该单元此刻处于停机状态；此外，设置二进制变量α、β分别对应风电机组、光伏发电单元在T时间段内所有启停状态集合，1和0所代表含义与γ相同，所有设备在初始时刻均为停机状态，即：α(0)＝β(0)＝γ(0)＝0在每一计算时刻t，β、β和γ...

【专利技术属性】
技术研发人员：井延伟，白日欣，魏晓阳，
申请(专利权)人：河北建投新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：