考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法技术方案

本发明专利技术涉及氢能源容量规划技术领域，具体涉及一种考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法，包括以下步骤：S1，根据电解槽单元制造的氢气、电力价格、运营部门需要的氢气以及燃料电池单元消耗的氢气，建立存储装置的容量调度模型；S2，在所述容量调度模型的基础上，增加存储装置储存液氢的约束条件，得到容量优化调度模型；S3，将外部电力运营市场的需求信号嵌入到所述容量优化调度模型中，得到考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统。使用本方法得到的系统，可以有效提升氢气站的经济效益，进而助力氢气站的推广，提升清洁能源的普及速度。洁能源的普及速度。洁能源的普及速度。

Generation method of capacity planning system considering real-time electricity price and automotive hydrogen demand

【技术实现步骤摘要】
考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法


[0001]本专利技术涉及氢能源容量规划
，具体涉及一种考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法。

技术介绍

[0002]在各国二氧化碳排放、温室气体增加的全球大背景下，我国提出了碳达峰和碳中和目标，为实现这一目标，需要在经济增长和能源需求增加的同时，大力发展非化石能源，实现清洁能源代替传统能源的转变。在新能源中，氢能具有储量大、热值高、零污染的优势，能够很好的解决上述难题。
[0003]由于氢气的制备和存储是氢能产业的基础，因此，对于氢气需求量大的加氢站也成为了研究重点。液氢加氢站具有储运效率高、成本低、投资少、氢气纯度高、能耗少及兼容性强的优势，是未来一个很好的发展方向，加氢站的普及对于氢动力汽车的成功实现是非常有必要的。氢气站可以利用电力来制备和存储氢气，储存的氢气则可以用于服务运输部门，为氢气站带来利润。
[0004]但是，当运输部门处于非氢气需求高峰期(即氢能源车辆的加氢需求不高)时，制备存储的氢能源不能得到有效利用，并且，由于现有的氢能源汽车的数量并不算太多，运输部门中的氢气需求高峰期的时段还较少，因此，现有氢气站的产能利用率处于较低的水平，氢气站的经济效益不高，氢气站的推广遇到的经济效益阻力较大，进而导致氢能源的普及速度较低。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法，可以有效提升氢气站的经济效益，进而助力氢气站的推广，提升清洁能源的普及速度。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法，本方法基于具有电解槽单元、存储装置和燃料电池单元的氢气站；电解槽单元用于制造氢气，存储装置用于储存氢气，燃料电池单元用于将氢气转化为电能给外部电力运营市场供电；包括以下步骤：
[0008]S1，根据电解槽单元制造的氢气、电力价格、运营部门需要的氢气以及燃料电池单元消耗的氢气，建立存储装置的容量调度模型；
[0009]S2，在所述容量调度模型的基础上，增加存储装置储存液氢的约束条件，得到容量优化调度模型；
[0010]S3，将外部电力运营市场的需求信号嵌入到所述容量优化调度模型中，得到考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统。
[0011]优选地，S1中，所述容量调度模型的目标函数为：
[0012][0013]式中，t为时间步长，Δt为优化时间间隔，s为氢气站索引标记，T＝{1,1+
△
t,
…
,优化长度＝T}为调度时间步长合集，S＝{1,
…
,S}为氢气站合集，为燃料电池单元输出功率，为电解槽单元输入功率，为燃料电池单元氢气流入量，为燃料电池单元运行的松弛变量，为电解槽单元运行松弛变量，为电力价格，为氢气价格，为运输部门的氢气需求量，为燃料电池单元松弛变量的惩罚因子，为电解槽单元松弛变量的惩罚因子。
[0014]优选地，S1中，所述容量调度模型的约束条件包括：
[0015][0016][0017][0018][0019]式中，为燃料电池单元最小输出功率，为燃料电池单元最大输出功率，为电解槽单元最小出氢量，为电解槽单元氢气流出量，为电解槽单元最大出氢量，λ
FC
为氢气转换为电能的转化因子，η
FC
为燃料电池单元效率，λ
Elz
为电能转换为氢气的转化因子，η
Elz
为电解槽单元效率；为燃料电池单元输出功率，为电解槽单元输入功率，为燃料电池单元氢气流入量。
[0020]优选地，S1中，所述目标函数服从：
[0021][0022]式中，为t时刻氢的荷电状态，为t
‑
1时刻氢的荷电状态，λ
H,Dsp
为储氢能量耗散率。
[0023]优选地，S2中，所述目标函数还受以下约束，以提供储氢装置的下限储量：
[0024][0025]式中，为荷电状态下限调整因子，为物理上有限的最小荷电状态，表示下限储备裕度，为下限储备的松弛变量，为电力运营市场的信号状态，表示未接收到来自外部电力运营市场的需求信号；
[0026]储氢装置的下限储量还满足以下约束条件：
[0027][0028]优选地，S2中，所述目标函数还受以下约束，以提供储氢装置的上限储量：
[0029][0030]式中，为荷电状态上限调整因子，为物理上有限的最大荷电状态，表示上限储备裕度，为上限储备的松弛变量；
[0031]储氢装置的上限储量还满足以下约束条件：
[0032][0033]优选地，S2中，所述容量优化调度模型的约束条件还包括：
[0034][0035]其中，
[0036][0037][0038]优选地，S3中，容量优化调度模型还满足下列约束条件：
[0039][0040][0041][0042]式中，表示接收到来自外部电力运营市场的需求信号；P
tOR
表示电力运营市场需求储备量，定义P
tOR
为正值时表示电力网络的吸收功率，P
tOR
为负值时表示电力网络的注入功率。
[0043]优选地，S3中，目标函数还满足以下约束条件：
[0044][0045][0046][0047][0048]其中，b和B＝{1，
…
，B}分别表示电力系统中母线/支路的指标和集合，Y
bb
′
表示母线b到母线b
’
的支路导纳，表示向母线b有功功率供电，表示母线b的有功功率电力
需求，表示向母线b无功功率供电，表示母线b的无功功率电力需求；P
b,t
表示流过b支路的功率；P
b.max
表示流过b支路的最大功率；V
b,min
表示母线b处的最小电压幅值；V
b,t
表示母线b处的电压幅值；V
b
′
,t
表示母线b
’
处的电压幅值；V
b.max
表示母线b处的最大电压幅值；δ
b
表示母线b的电压相角；δ
b
′
表示母线b
’
的电压相角；θ
bb
′
表示母线b和b
’
的电压相角差。
[0049]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0050]由于氢气站的氢能是通过电解槽制得，即，是通过电能转化为氢能的方式获得，因此，现有技术方案在对氢能的使用途径时，均没有考虑过将氢气站的氢能用于电力市场中，因为从“电力转化为氢能再输出给电力系统”这个过程来看，电力的损耗会增加不必要的成本。因此，本领域技术人员在思考氢气站的经济效益提升方向时，都下意识的排除掉了将其用于电力市场中。本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法，其特征在于：本方法基于具有电解槽单元、存储装置和燃料电池单元的氢气站；电解槽单元用于制造氢气，存储装置用于储存氢气，燃料电池单元用于将氢气转化为电能给外部电力运营市场供电；包括以下步骤：S1，根据电解槽单元制造的氢气、电力价格、运营部门需要的氢气以及燃料电池单元消耗的氢气，建立存储装置的容量调度模型；S2，在所述容量调度模型的基础上，增加存储装置储存液氢的约束条件，得到容量优化调度模型；S3，将外部电力运营市场的需求信号嵌入到所述容量优化调度模型中，得到考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统。2.如权利要求1所述的考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法，其特征在于：S1中，所述容量调度模型的目标函数为：Maximize:Maximize:式中，t为时间步长，Δt为优化时间间隔，s为氢气站索引标记，T＝{1,1+
△
t,
…
,优化长度＝T}为调度时间步长合集，S＝{1,
…
,S}为氢气站合集，为燃料电池单元输出功率，为电解槽单元输入功率，为燃料电池单元氢气流入量，为燃料电池单元运行的松弛变量，为电解槽单元运行松弛变量，为电力价格，为氢气价格，为运输部门的氢气需求量，为燃料电池单元松弛变量的惩罚因子，为电解槽单元松弛变量的惩罚因子。3.如权利要求2所述的考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法，其特征在于：S1中，所述容量调度模型的约束条件包括：征在于：S1中，所述容量调度模型的约束条件包括：征在于：S1中，所述容量调度模型的约束条件包括：征在于：S1中，所述容量调度模型的约束条件包括：式中，为燃料电池单元最小输出功率，为燃料电池单元最大输出功率，为电解槽单元最小出氢量，为电解槽单元氢气流出量，为电解槽单元最大出氢量，λ
FC
为氢气转换为电能的转化因子，η
FC
为燃料电池单元效率，λ
Elz
为电能转换为氢气的转化因子，η
Elz
为电解槽单元效率；为燃料电池单元输出功率，为电解槽单元输入功率，为
燃料电池单元氢气流入量。4.如权利要求3所述的考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法，其特征在于：S1中，所述目标函数服从：式中，为t时刻氢的荷电状态，为t
‑
1时刻氢的荷电状态，λ
H,Dsp
为储氢能量耗散率。5.如权利要求4所述的考虑实时电价和汽车用氢需求的容量规划系统生成方法，其特征在于：S2中，所述目标函数还受以下约束，以提供储氢装置的下限储量：式中，为荷电状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯健生，黄健，季克勤，王赢聪，郑航，金坚锋，蒋建勇，卢昊威，周子欣，池源，孟庆昊，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：