海上风电多元化消纳综合预测能量管理的快速计算方法技术

本发明专利技术涉及一种海上风电多元化消纳综合预测能量管理的快速计算方法，属于新能源领域。该方法具体包括如下步骤：建立海上风电

【技术实现步骤摘要】
海上风电多元化消纳综合预测能量管理的快速计算方法


[0001]本专利技术涉及海上风力发电弃风消纳相关
，特别是涉及一种海上风电多元化消纳综合预测能量管理的快速计算方法。

技术介绍

[0002]海上风电发展如火如涂，如何实现海上风电的大规模消纳是我国海上风电发展所需解决的问题。耦合制氢储能、蓄电池储能和氢燃料电池，可以实现海上风电灵活并网送电和制氢供氢的多元化消纳，从而提升海上风电场的运营经济性。
[0003]基于预测控制可以提升海上风电
‑
制氢储氢
‑
氢燃料电池
‑
蓄电池耦合系统的运行效率，但计算量复杂，提升了控制成本。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种海上风电多元化消纳综合预测能量管理的快速计算方法，通过结合动态规划与凸优化实现海上风电
‑
制氢储氢
‑
氢燃料电池
‑
蓄电池耦合系统的多时间尺度分层预测控制，达到提升控制精度、降低运算复杂度的目的。
[0005]为实现上述目的，本专利技术可以采取以下技术方案：
[0006]一种能量管理快速计算方法，用于海上风电
‑
制氢储氢
‑
氢燃料电池
‑
蓄电池耦合系统的多元化消纳综合预测，所述系统包括：电网，所述电网电性连接有风电场，且通过AC/DC变换器电性连接有蓄电池、电解槽、氢燃料电池，其中，所述电解槽和所述氢燃料电池之间还耦合连接有压缩机和储氢罐；
[0007]所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1：建立所述系统的非线性优化控制模型和优化控制问题；
[0009]步骤2：对日前、日内短时和超短时的各个风机有功功率进行预测；
[0010]步骤3：采用动态规划与凸规划组合迭代方法对日前调度和日内短时预测控制进行全局优化求解，分别得到日前调度下蓄电池和储氢罐的状态轨迹和日内短时预测控制下制氢电解槽的开关序列；
[0011]步骤4：采用动态规划与凸规划方法求解超短时预测控制得到蓄电池、电解槽和氢燃料电池的实时出力，下发当前各机组的出力指令。
[0012]如上所述的能量管理快速计算方法，进一步地，所述系统的非线性优化控制模型为：
[0013]J
*
＝max∑(α
e
P
g
(k)+α
h
E
tk
(N+1)
‑
α
elz
|γ
elz
(k)
‑
γ
elz
(k
‑
1)|)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
1)
[0014]s.t.
[0015][0016][0017][0018]E
b
(k+1)＝E
b
(k)
‑
P
b
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
5)
[0019][0020][0021]P
bmin
≤P
b
(k)≤P
bmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
8)
[0022]E
bmin
≤E
b
(k)≤E
bmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
9)
[0023]E
tkmin
≤E
tk
(k)≤E
tkmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
10)
[0024][0025][0026][0027]…
[0028][0029]|P
g
(k)
‑
P
g
(k
‑
1)|≤D
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
15)
[0030][0031][0032]E
b
(N+1)＝E
b
(0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
18)
[0033]E
tk
(0)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
19)
[0034][0035]其中，各个风机在k时刻的最大有功功率可以表示为 n
wt
为风电场风机的个数；并网负荷可以表示为P
g
(k)；
[0036]J
*
是最优经济性指标，α
e
和α
h
分别是并网电价和氢气售价，α
elz
是制氢电解槽的启停代价，P
b
为蓄电池输出功率，R
b
和V
b
是蓄电池内阻及开路电压，R
b
为蓄电池个数，E
b
为蓄电池的能量，B
b
为蓄电池内阻引起的损耗，E
tk
为储氢罐的剩余容量，E
tkmin
和E
tkmin
是储氢罐可储氢气的容量上下限，E
bmin
和E
bmax
是蓄电池可存储能量的上下限，P
bmin
和P
bmax
是蓄电池输出功率的上下限，为电解槽的产氢率，P
elz
电解槽的输入功率，是各台风机的有功功率，n
wt
是风机的台数，P
g
为并网有功功率，D为并网有功功率波动约束，p2， p1和p0是电解槽制氢质量的拟合系数，γ
elz
是电解槽的开关状态，γ
b
是蓄电池的充放电状态， q2，q1和q0是燃料电池的拟合系数，P
fc
和燃料电池输出功率和耗氢率，η
c
蓄电池用双向变流器效率，m
d
是供氢量。
[0037]如上所述的能量管理快速计算方法，进一步地，所述步骤3包括：
[0038]S31：预设制氢电解槽的开关状态序列和蓄电池的充放电状态序列，构建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能量管理快速计算方法，用于海上风电
‑
制氢储氢
‑
氢燃料电池
‑
蓄电池耦合系统的多元化消纳综合预测，所述系统包括：电网，所述电网电性连接有风电场，且通过AC/DC变换器电性连接有蓄电池、电解槽、氢燃料电池，其中，所述电解槽和所述氢燃料电池之间还耦合连接有压缩机和储氢罐，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：建立所述系统的非线性优化控制模型和优化控制问题；步骤2：对日前、日内短时和超短时的各个风机有功功率进行预测；步骤3：采用动态规划与凸规划组合迭代方法对日前调度和日内短时预测控制进行全局优化求解，分别得到日前调度下蓄电池和储氢罐的状态轨迹和日内短时预测控制下制氢电解槽的开关序列；步骤4：采用动态规划与凸规划方法求解超短时预测控制得到蓄电池、电解槽和氢燃料电池的实时出力，下发当前各机组的出力指令。2.根据权利要求1所述的能量管理快速计算方法，其特征在于，所述系统的非线性优化控制模型为：J
*
＝max∑(α
e
P
g
(k)+α
h
E
tk
(N+1)
‑
α
elz
|γ
elz
(k)
‑
γ
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(k
‑
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‑
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P
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‑
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bmin
≤P
b
(k)≤P
bmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
8)E
bmin
≤E
b
(k)≤E
bmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
9)E
tkmin
≤E
tk
(k)≤E
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
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‑
10)10)10)
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g
(k)
‑
P
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‑
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(1
‑
15)15)
E
b
(N+1)＝E
b
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(1
‑
18)E
tk
(0)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
19)其中，各个风机在k时刻的最大有功功率可以表示为n
wt
为风电场风机的个数；并网负荷可以表示为P
g
(k)；J
*
是最优经济性指标，α
e
和α
h
分别是并网电价和氢气售价，α
elz
是制氢电解槽的启停代价，P
b
为蓄电池输出功率，R
b
和V
b
是蓄电池内阻及开路电压，R
b
为蓄电池个数，E
b
为蓄电池的能量，B
b
为蓄电池内阻引起的损耗，E
tk
为储氢罐的剩余容量，E
tkmin
和E
tkmin
是储氢罐可储氢气的容量上下限，E
bmin
和E
bmax
是蓄电池可存储能量的上下限，P
bmin
和P
bmax
是蓄电池输出功率的上下限，为电解槽的产氢率，P
elz
电解槽的输入功率，是各台风机的有功功率，n
wt
是风机的台数，P
g
为并网有功功率，D为并网有功功率波动约束，p2，p1和p0是电解槽制氢质量的拟合系数，γ
elz
是电解槽的开关状态，γ
b
是蓄电池的充放电状态，q2，q1和q0是燃料电池的拟合系数，P
fc
和燃料电池输出功率和耗氢率，η
c
蓄电池用双向变流器效率，m
d
是供氢量。3.根据权利要求1所述的能量管理快速计算方法，其特征在于，所述步骤3包括：S31：预设制氢电解槽的开关状态序列和蓄电池的充放电状态序列，构建海上风电
‑
制氢储氢
‑
氢燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：马泽涛，舒杰，崔琼，田甜，王罗，席荣军，陈晓，
申请(专利权)人：先进能源科学与技术广东省实验室汕尾分中心广东电网有限责任公司汕尾供电局，
类型：发明
国别省市：