一种氢-电耦合多能源跨区域优化配置方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氢

【技术实现步骤摘要】
一种氢
‑
电耦合多能源跨区域优化配置方法及系统


[0001]本专利技术属于跨区域储能系统分配
，涉及一种氢
‑
电耦合多能源跨区域优化配置方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来可再生能源发电能力显著增长，现在他已经是公认的应对气候变化的最理想选择。电力系统中可再生能源份额的增加给电网运行的安全性和稳定性带来了新的挑战，现有电网无法支撑可再生能源发电量的大幅增长。如何最大限度地安全、稳定地利用清洁可再生能源，关键在于实施储能系统。
[0003]氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75％，是二次能源。氢能在21世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的能源，氢的制取、储存、运输、应用技术也将成为21世纪备受关注的焦点。氢具有燃烧热值高的特点，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢是众所周知的清洁和绿色能源，碳排放量接近零。通过燃料电池，氢气可以转化为电能和热能，以满足电力需求和热量需求。氢能源系统不仅可以具有储能系统的功能，而且还具有能源供应的灵活性和多样性。因此，氢气的使用可以清洁有效地消纳可再生能源。
[0004]燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
[0005]电池储能系统是一个利用采用锂电池/铅电池作为能量储存载体，一定时间内存储电能和一定时间内供应电能的系统，而且提供的电能具有平滑过渡、削峰填谷、调频调压等功能。有技术相对成熟、容量大、安全可靠、噪声低、环境适应性强、便于安装等优点。
[0006]目前在我国北方地区，占比长期超过70％的燃煤仍是的主力热源，由此导致的二氧化碳排放量惊人，供暖行业碳减排的增长空间最大，减排形势也最急迫。供暖是民生刚需，这一特殊性也增加了碳减排难度。
[0007]该方案希望通过研究一个基于可再生能源消纳的跨区氢
‑
电耦合多能源储能系统及其最优储能配置方法，在冬季集中供暖期，结合可再生能源，在跨区满足电、热需求的同时，解决由于供暖期热电联产机组热电耦合的特性产生的热电联产机组出力上限高的问题，最大化的消纳可再生能源，最小化火电系统碳排放。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种氢
‑
电耦合多能源跨区域优化配置方法及系统。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0010]一种氢
‑
电耦合多能源跨区域优化配置方法，包括以下步骤：
[0011]S1：获取当前区域的环境数据和用能需求数据，仿真出当前区域的电需求和热需求；
[0012]S2：构建跨区域氢
‑
电耦合多能源储能系统的数学模型；
[0013]S3：确定多能源跨区域优化配置的目标函数和系统平衡约束条件；
[0014]S4：采用优化算法对目标函数进行求解，得到最优调度策略。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：
[0016]所述S2中的数学模型包括储氢罐模型、蓄电池模型、可再生能源机组出力模型、火电机组模型和热电联产机组模型。
[0017]所述S2包括以下步骤：
[0018]S201：构建储氢罐模型：
[0019][0020][0021][0022]其中，表示在第t时段j区域的氢气存储量，单位为兆瓦；表示在第t时段j区域的氢气的生产量，单位为兆瓦；表示在第t时段j区域的氢气的消耗量，单位为兆瓦；每一时刻氢气的消耗量不超过上一时刻储氢罐的存储量，表示第t时段从其它区域向j区域通过天然气管道输送的氢气，单位为兆瓦；数值为正，代表其它区域向j区域输送的氢气量，数值为负，代表j区域向其它区域输送的氢气量；g表示与j区域相连的管道编号，取值从1到G；表示储氢罐的容量上限，单位为兆瓦；
[0023]表示储氢罐的容量下限，单位为兆瓦；
[0024]S202：蓄电池模型：
[0025][0026][0027][0028]a+b≤1
[0029][0030][0031][0032]η
EC
表示电池充放电的损耗；表示第t时段j区域电的存储量，单位为兆瓦；表示第t时段j区域电池的充电量，单位为兆瓦；表示第t时段j区域电池的放电量，单位
为兆瓦；a，b均为整数变量，取值0或1，M为无穷大，a，b不能同时为1；表示j区域储电的容量上限，单位为兆瓦；表示j区域储电的容量上限；α
ch
和α
dis
分别表示充电和放电的系数，限制每次电池的充放电量；
[0033]S203：可再生能源机组出力模型：
[0034]0≤wp
j,t
≤WP
j,t
[0035]0≤pv
j,t
≤PV
j,t
[0036]0≤hy
j,t
≤HY
j,t
[0037]wp
j,t
表示在第t时段，j区域的风电出力，单位为兆瓦；WP
j,t
表示在第t时段，j区域的风电出力上限，单位为兆瓦；pv
j,t
表示在第t时段，j区域的光伏出力，单位为兆瓦；PV
j,t
表示在第t时段，j区域的光伏出力上限，单位为兆瓦；hy
j,t
表示在第t时段，j区域的水电出力，单位为兆瓦；HY
j,t
表示在第t时段，j区域的水电出力上限，单位为兆瓦；
[0038]S204：火电机组模型：
[0039][0040][0041]表示第t时段，j区域的凝气火电机组出力，单位为兆瓦，和P
jE
分别表示凝气火电机组的出力上限和出力下限，单位为兆瓦；Δ
e
表示凝气火电机组的爬坡率；
[0042]S205：热电联产机组模型：
[0043][0044][0045]表示第t时段，j区域的热电联产机组出力，单位为兆瓦；和P
jH
分别表示热电联产机组的出力上限和出力下限，单位为兆瓦；Δ
h
表示热电联产机组的爬坡率。
[0046]所述S3中，多能源跨区域优化配置的目标函数为：
[0047][0048][0049]目标函数为整个区域的供电火电机组和热电联产机组的碳排放之和最小；其中，t表示调度周期取值从1到T，j表示区域取值从1到J，C
j
(
·
)是关于和的函数，表示t时刻在j区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢
‑
电耦合多能源跨区域优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取当前区域的环境数据和用能需求数据，仿真出当前区域的电需求和热需求；S2：构建跨区域氢
‑
电耦合多能源储能系统的数学模型；S3：确定多能源跨区域优化配置的目标函数和系统平衡约束条件；S4：采用优化算法对目标函数进行求解，得到最优调度策略。2.根据权利要求1所述的一种氢
‑
电耦合多能源跨区域优化配置方法，其特征在于，所述S2中的数学模型包括储氢罐模型、蓄电池模型、可再生能源机组出力模型、火电机组模型和热电联产机组模型。3.根据权利要求2所述的一种氢
‑
电耦合多能源跨区域优化配置方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：S201：构建储氢罐模型：S201：构建储氢罐模型：S201：构建储氢罐模型：其中，表示在第t时段j区域的氢气存储量，单位为兆瓦；表示在第t时段j区域的氢气的生产量，单位为兆瓦；表示在第t时段j区域的氢气的消耗量，单位为兆瓦；每一时刻氢气的消耗量不超过上一时刻储氢罐的存储量，表示第t时段从其它区域向j区域通过天然气管道输送的氢气，单位为兆瓦；数值为正，代表其它区域向j区域输送的氢气量，数值为负，代表j区域向其它区域输送的氢气量；g表示与j区域相连的管道编号，取值从1到G；表示储氢罐的容量上限，单位为兆瓦；表示储氢罐的容量下限，单位为兆瓦；S202：蓄电池模型：S202：蓄电池模型：S202：蓄电池模型：a+b≤1a+b≤1a+b≤1η
EC
表示电池充放电的损耗；表示第t时段j区域电的存储量，单位为兆瓦；表示第t时段j区域电池的充电量，单位为兆瓦；表示第t时段j区域电池的放电量，单位为兆
瓦；a，b均为整数变量，取值0或1，M为无穷大，a，b不能同时为1；表示j区域储电的容量上限，单位为兆瓦；表示j区域储电的容量上限；α
ch
和α
dis
分别表示充电和放电的系数，限制每次电池的充放电量；S203：可再生能源机组出力模型：0≤wp
j,t
≤WP
j,t
0≤pv
j,t
≤PV
j,t
0≤hy
j,t
≤HY
j,t
wp
j,t
表示在第t时段，j区域的风电出力，单位为兆瓦；WP
j,t
表示在第t时段，j区域的风电出力上限，单位为兆瓦；pv
j,t
表示在第t时段，j区域的光伏出力，单位为兆瓦；PV
j,t
表示在第t时段，j区域的光伏出力上限，单位为兆瓦；hy
j,t
表示在第t时段，j区域的水电出力，单位为兆瓦；HY
j,t
表示在第t时段，j区域的水电出力上限，单位为兆瓦；S204：火电机组模型：S204：火电机组模型：S204：火电机组模型：表示第t时段，j区域的凝气火电机组出力，单位为兆瓦，和分别表示凝气火电机组的出力上限和出力下限，单位为兆瓦；Δ
e
表示凝气火电机组的爬坡率；S205：热电联产机组模型：S205：热电联产机组模型：S205：热电联产机组模型：表示第t时段，j区域的热电联产机组出力，单位为兆瓦；和分别表示热电联产机组的出力上限和出力下限，单位为兆瓦；Δ
h
表示热电联产机组的爬坡率。4.根据权利要求3所述的一种氢
‑
电耦合多能源跨区域优化配置方法，其特征在于，所述S3中，多能源跨区域优化配置的目标函数为：述S3中，多能源跨区域优化配置的目标函数为：目标函数为整个区域的供电火电机组和热电联产机组的碳排放之和最小；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴江，程延，徐占伯，王佳华，王超，管晓宏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：