一种考虑综合因素指标的制氢加氢站布点优化方法技术

本发明专利技术提出了一种考虑综合因素指标的制氢加氢站布点优化方法。本发明专利技术，引入多节点配电网模型，分别构建节点电压偏差指标、有功功率裕度水平指标、有功网损指标、交通流量指标、制氢加氢站服务范围指标、用户满意度指标；分别构建有功功率上限约束、机组爬坡速率约束、节点电压约束、功率平衡方程约束、燃料电池汽车充氢数量及总需求约束、制氢加氢站数量约束、制氢加氢站服务范围约束、制氢加氢站重合度约束；构建制氢加氢站布点优化目标，结合多个约束条件，通过樽海鞘群优化算法优化求解得到多节点配电网模型中制氢加氢站优化接入节点。本发明专利技术有效减少配电网电压偏差，提升线路功率裕度和减少电网的网损，提升制氢加氢站交通路网布点的便捷性。通路网布点的便捷性。通路网布点的便捷性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑综合因素指标的制氢加氢站布点优化方法


[0001]本专利技术属于新能源优化
，尤其涉及一种考虑综合因素指标的制氢加氢站布点优化方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池汽车是氢能应用领域最为重要的一环，从一定意义上来讲，新能源革命的顺利推进离不开新能源电池汽车的迅猛发展。而随着燃料电池汽车的普及，制氢加氢站将会逐渐取代部分传统的汽车加油站，但由于制氢加氢站的制氢特性与负荷不确定性，制氢加氢站的布点优化策略与电动汽车充电站的布点方式不可一概而论。目前对电动汽车充电站的布点研究主要集中在平衡充电站经营者与用户之间的利益和降低充电站布置的综合成本。而以电解制氢为代表的制氢加氢站由于模型的特殊性，接入电网后会对电网运行带来一定程度的冲击，因此在考虑其布点优化策略时需要侧重考虑其对配电网的影响，其次由于电动汽车与燃料电池汽车的续航里程和需求特性的差异，使得制氢加氢站和电动汽车充电站工作方式也存在很大的不同，同时由于氢能的化学特性，在布点优化策略中需要额外考虑到周围住户的接受程度，因此开展对制氢加氢站布点优化策略的研究刻不容缓。
[0003]近年来，国内外学者对于制氢加氢站的布点优化问题做了大量的研究，为将经典的氢供应链网络设计模型与加氢站规划模型相结合，通过重点设计整个氢气供应网络的数学模型以生成新的模型公式；针对加氢站选址优化模型，以加氢站供应半径、氢源产能和地理信息因素为约束条件，以提高氢能的适用性和水平；为实现制氢加氢站提出最佳运营策略，通过向纯电动汽车和氢燃料电池汽车的用户出售电力和氢气来实现利润最大化；通过为加氢站提供了一个长期的位置规划，以满足不断增长的氢需求。
[0004]然而上述研究大多考虑的是加氢站的模型与尺寸，且大多都是离网模式，难以描述制氢加氢站对于电网的影响。基于以上考虑，通过建立制氢加氢站选址和规模的稳健模型，考虑燃料电池汽车充氢需求的不确定性，并将其接入电网时的附加损耗纳入模型，同时对加氢站各单元进行制氢规划和容量调整，来降低加氢站运行成本。但以上研究缺少对于路网因素的考虑，对于汽车加氢需求与服务范围都没有确定的模型。因此目前对于制氢加氢站的布点优化研究主要集中在制氢加氢站的建模，运行成本的优化以及制氢方式的研究上面，针对制氢对电网影响这一方面的研究存在很大的空洞，且未将制氢加氢站布点优化与交通网相结合，也没有考虑到燃料电池汽车加氢的波动性。
[0005]同时由于制氢加氢站模型的特殊性，在其制氢时间段会对接入节点的电压造成波动，其次制氢加氢站作为一个大型负荷，在运行时会对配电网的潮流分布和网损产生影响，且制氢加氢站在交通网络中的交通流量和服务范围也会因为制氢加氢站布点位置的不同而存在差异。同时由于氢的化学特性，从现实和心理两个方面来讲，在考虑周围住户对制氢加氢站接受程度后的布点策略，无疑更有助于制氢加氢站在实际生活中的建设推进。因此，在考虑制氢加氢站的布点优化问题时应该考虑如下两个问题：
[0006]需要将制氢加氢站布点优化问题与配电网和交通网相耦合，构建制氢加氢站的布点优化模型。
[0007]通过改进的樽海鞘群优化算法对模型进行求解，所得策略需解决在考虑配电网与氢燃料汽车耦合影响条件下配电网运行不稳定，交通网服务范围与交通流量不均衡的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术首次提出了一种综合考虑配电网与氢燃料汽车耦合影响的制氢加氢站布点优化策略。首先，对氢燃料汽车用户用氢时序曲线进行蒙特卡罗仿真模拟，达成对制氢加氢站工作模式的深入分析；其次，以兼顾交通路网与电力网的安全运行为目标，构建了在交通
‑
电力网络框架下考虑配电网与氢燃料汽车耦合影响的制氢加氢站布点优化模型，进一步利用改进的樽海鞘群优化算法对模型进行求解得到最优的制氢加氢站布点优化方案。
[0009]本专利技术的上述问题主要是通过以下技术方案得以解决的：
[0010]一种考虑综合因素指标的制氢加氢站布点优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0011]步骤1：引入多节点配电网模型，分别构建节点电压偏差指标、有功功率裕度水平指标、有功网损指标、交通流量指标、制氢加氢站服务范围指标、用户满意度指标；
[0012]步骤2：分别构建有功功率上限约束、机组爬坡速率约束、节点电压约束、功率平衡方程约束、燃料电池汽车充氢数量及总需求约束、制氢加氢站数量约束、制氢加氢站服务范围约束、制氢加氢站重合度约束；
[0013]步骤3：根据步骤1所述的节点电压偏差指标、有功功率裕度水平指标、有功网损指标、交通流量指标、制氢加氢站服务范围指标、用户满意度指标构建制氢加氢站布点优化目标，将有功功率上限约束、机组爬坡速率约束、节点电压约束、功率平衡方程约束、燃料电池汽车充氢数量及总需求约束、制氢加氢站数量约束、制氢加氢站服务范围约束、制氢加氢站重合度约束作为制氢加氢站布点优化目标的约束条件，通过樽海鞘群优化算法优化求解得到多节点配电网模型中制氢加氢站优化接入节点；
[0014]作为优选，步骤1所述节点电压偏差指标，定义为：
[0015][0016]其中，S1为节点电压偏差指标；S1‑
a
为电压波动水平指标；N为配电网节点数；t∈T，t为制氢时间内t时刻，T为制氢总时长；U
bus
‑
i,t
为节点i在t时刻的节点电压偏差；U
bus
‑
i,t,min
为节点i在t时刻额定电压偏差的最小值；U
bus
‑
i,t,max
为节点i在t时刻额定电压偏差的最大值；U
N
为额定电压；为节点i在计算时段内电压波动水平的均值。
[0017]步骤1所述有功功率裕度水平指标，定义为：
[0018][0019]其中，S2为有功功率裕度水平指标；S2‑
a
为考虑功率波动和最大功率偏差对目标函数的影响系数；k∈K，k为与节点i相连的第k条交流线，K为与节点i相连的交流线总数；P
FCV，t
为在t时刻与节点i相连的交流线的平均功率；P
k，t
为在t时刻与节点i相连的线路k的有功功率水平；a为功率波动在影响系数中的权重；b为最大功率偏差在影响系数中的权重；P
k
‑
max
为与节点i相连的线路k的传输功率上限。
[0020]步骤1所述有功网损指标，定义为：
[0021][0022]其中，S3为有功网损指标；G
ij
为节点i和节点j间的支路的电导；U
i
为节点i的电压幅值；U
j
为节点j的电压幅值；n
l
∈N
L
，n
L
为多节点配电网模型中第n
L
条输电线路，N
L
为多节点配电网模型中输电线路数量；θ
i
为节点i电压的相角，θ
j
为节点j电压的相角。
[0023]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑综合因素指标的制氢加氢站布点优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：引入多节点配电网模型，分别构建节点电压偏差指标、有功功率裕度水平指标、有功网损指标、交通流量指标、制氢加氢站服务范围指标、用户满意度指标；步骤2：分别构建有功功率上限约束、机组爬坡速率约束、节点电压约束、功率平衡方程约束、燃料电池汽车充氢数量及总需求约束、制氢加氢站数量约束、制氢加氢站服务范围约束、制氢加氢站重合度约束；步骤3：根据步骤1所述的节点电压偏差指标、有功功率裕度水平指标、有功网损指标、交通流量指标、制氢加氢站服务范围指标、用户满意度指标构建制氢加氢站布点优化目标，将有功功率上限约束、机组爬坡速率约束、节点电压约束、功率平衡方程约束、燃料电池汽车充氢数量及总需求约束、制氢加氢站数量约束、制氢加氢站服务范围约束、制氢加氢站重合度约束作为制氢加氢站布点优化目标的约束条件，通过樽海鞘群优化算法优化求解得到多节点配电网模型中制氢加氢站优化接入节点。2.根据权利要求1所述的考虑综合因素指标的制氢加氢站布点优化方法，其特征在于，步骤1所述节点电压偏差指标，定义为：其中，S1为节点电压偏差指标；S1‑
a
为电压波动水平指标；N为配电网节点数；t∈T，t为制氢时间内t时刻，T为制氢总时长；U
bus
‑
i,t
为节点i在t时刻的节点电压偏差；U
bus
‑
i,t,min
为节点i在t时刻额定电压偏差的最小值；U
bus
‑
i,t,max
为节点i在t时刻额定电压偏差的最大值；U
N
为额定电压；为节点i在计算时段内电压波动水平的均值；步骤1所述有功功率裕度水平指标，定义为：其中，S2为有功功率裕度水平指标；S2‑
a
为考虑功率波动和最大功率偏差对目标函数的影响系数；k∈K，k为与节点i相连的第k条交流线，K为与节点i相连的交流线总数；P
FCV，t
为在t时刻与节点i相连的交流线的平均功率；P
k，t
为在t时刻与节点i相连的线路k的有功功率水平；a为功率波动在影响系数中的权重；b为最大功率偏差在影响系数中的权重；P
k
‑
max
为与节点i相连的线路k的传输功率上限；步骤1所述有功网损指标，定义为：
其中，S3为有功网损指标；G
ij
为节点i和节点j间的支路的电导；U
i
为节点i的电压幅值；U
j
为节点j的电压幅值；n
l
∈N
L
，n
L
为多节点配电网模型中第n
L
条输电线路，N
L
为多节点配电网模型中输电线路数量；θ
i
为节点i电压的相角，θ
j
为节点j电压的相角；步骤1所述交通流量指标，定义为：其中，S4为交通流量指标；F
u
为线路起点u的车辆权重系数；F
v
为线路终点v的车辆权重系数；l∈L，l为多节点交通网模型中第l条交通路径，L为多节点交通网模型中交通路径数量；d
uv_l
为交通路网中线路起点u，终点v的路径长度；N
_JT
为路网总节点；步骤1所述制氢加氢站服务范围指标，定义为：其中，S5为制氢加氢站服务范围指标，m∈M，m为第m个制氢加氢站，M为制氢加氢站总数量；S
m_CS
表示第m个制氢加氢站对用户的吸引力，P
HPRS_m
表示第m个制氢加氢站的功率，λ
q
表示路网节点q的其他因素影响权重，d
HPRS_l
表示燃料电池汽车到达制氢加氢站路径l的长度，E
FCV
表示单位距离的耗氢量，P
FCV
代表制氢加氢站氢价；步骤1所述用户满意度指标，定义为：其中，S6为用户满意度指标；S
_num
为制氢加氢站的数量对于用户满意度的影响；为数量因素在用户满意度中的权重；S
_ljd
为邻近度对于用户满意度的影响；n
m_o
∈N
m_o
，n
m_o
为第m个制氢加氢站服务范围包含的第o个节点，N
m_o
为第m个制氢加氢站服务范围包含总节点；k
b_m
∈K
b_m
，k
b_m
为与第m个制氢加氢站相连的第b条路径，K
j_m
为与第m个制氢加氢站相连路径总数；l
b_m
为与第m个制氢加氢站相连的第b条路径d的长度；L
N_JT
表示路网中总的路径长度；n
EV_u
表示路网节点u的车辆数；N
EV
表示交通路网总车辆数。3.根据权利要求1所述的考虑综合因素指标的制氢加氢站布点优化方法，其特征在于，步骤2所述有功功率上限约束，定义为：式中，P
ij，t
为线路l
ij
在t时刻的有功功率；P
ijmax
为线路l
ij
在t时刻的有功功率上限；
步骤2所述机组爬坡速率约束，定义为：式中，P
xgr
为机组x有功出力单位时间变化上限；
‑
P
xgr
为机组x有功出力单位时间变化下限；为机组x在t时刻的有功功率；为机组x在t
‑
1时刻的有功功率；步骤2所述节点电压约束，定义为：U
bus
‑
i,t,min
≤U
bus
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文涛，邓明辉，何俊，罗杰，王歆智，程肖达，王宇，叶泽力，郑青青，张博凯，于华，朱理文，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：