含高比例风光接入输电网的氢-电混合储能系统配置方法技术方案

本发明专利技术涉及输电网技术领域，公开了含高比例风光接入输电网的氢

【技术实现步骤摘要】
含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法


[0001]本专利技术涉及输电网
，具体涉及含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配 置方法。

技术介绍

[0002]目前高比例风光接入的输电网存在弃风弃光率普遍较高的问题，配置储能系统作为一种 具有潜在效用的手段在当前的研究中备受青睐。因此，如何针对输电网储能配置问题，为达 到综合成本减小和弃风弃光率降低的目的，本申请提出了一种含高比例风光接入输电网的氢
‑ꢀ
电混合储能系统配置方法，能够。
[0003][0004]
技术实现思路

[0005]本专利技术于提供一种含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法，在更低的建 设和维护成本下能够配置更大的容量和功率，从而提高对风电光伏出力进行时序上转移的能 力，减少高碳化石能源的消耗量，降低弃风弃光率。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法，包括：
[0008]S1、针对氢
‑
电混合储能系统的特性进行建模，建立氢
‑
电HESS模型和风光出力模型；
[0009]S2、根据所述氢
‑
电混合储能系统的充、放电功率设计所述氢
‑
电HESS模型的配合策略；
[0010]S3、基于所述风光出力模型和氢
‑
电HESS模型建立氢
‑
电HESS的双层规划模型，其中， 所述上层模型的目标为输电网年综合成本最小，所述下层模型的目标为弃风弃光率最小；
[0011]S4、求出上层模型的目标具有最优解的前提下对应的下层模型的最优解。
[0012]作为优化，所述氢
‑
电HESS模型包括蓄电池储能模型和氢储能模型，其中，
[0013]所述蓄电池储能模型包括蓄电池储能充放电模型以及蓄电池储能约束条件；
[0014]所述蓄电池储能充放电模型为：
[0015][0016]其中：SOC
i,t
为蓄电池储能i在t时刻的电荷量；SOC
i，t+1
为蓄电池储能i在t+1时刻的荷电 量；P
cha,i,t
、P
dis,i,t
分别为蓄电池储能i的充、放电功率；η
cha
、η
dis
分别为蓄电池储能i的充、放 电效率；I
cha,i,t
表示蓄电池储能i在t时刻充电状态，其变量分别为0、1，其中，I
cha,i,t
为1时表 示蓄电池储能i充电，I
cha,i,t
为0时表示蓄电池储能i不进行充电；I
dis,i,t
表示蓄电
池储能i在t时 刻放电状态，其变量分别为0、1，I
dis,i,t
为1时表示蓄电池储能i放电，I
dis,i,t
为0时表示蓄电 池储能i不进行放电；并且蓄电池储能不能同时充放电，因此，I
cha,i,t
I
dis,i,t
＝0；E
BS,i,rate
为蓄电池 储能i的额定容量；δ
BS
为蓄电池储能的自放电率；Δt代表时间尺度；
[0017]所述蓄电池储能约束条件为：
[0018]SOC
min
≤SOC
i,t+1
≤SOC
max
；
[0019]SOC
i,1
＝SOC
i,T
；
[0020]0≤P
cha,i,t
≤I
cha,i,t
P
BS,i,rate
；
[0021]0≤P
dis,i,t
≤I
dis,i,t
P
BS,i,rate
；
[0022]其中：SOC
max
、SOC
min
分别为蓄电池储能i的最大、最小电荷量；T为配置周期；P
BS,i,rate
为 蓄电池储能i的额定功率，SOC
i，l
代表第一个时间的电荷量，即蓄电池储能的初始电量；
[0023]所述氢储能模型包括氢储能充放电模型以及氢储能约束条件；
[0024]所述氢储能充放电模型为：
[0025][0026]其中：P
PEME,j,t
、P
PEMFC,j,t
分别为氢储能j的充放电功率；η
PEME
和η
PEMFC
分别为氢储能j的充、 放电效率；为在t时刻氢储能j的等效电荷量；为在t+1时刻氢储能j的等效电 荷量，u
PEME,j,t
和u
PEMFC,j,t
分别为氢储能j的PEME和PEMFC在t时刻的启停状态变量，为1时 表示启动状态，为0时表示停止状态；为氢储能j的额定容量，PEME为质子交换膜电 解池，PEMFC为质子交换膜燃料电池；
[0027]所述氢储能约束条件为：
[0028][0029][0030][0031](T
PEMFC,on,j,t
‑1‑
T
PEMFC,on,min
)(u
PEMFC,j,t
‑1‑
u
PEMFC,j,t
)≥0；
[0032](T
PEMFC,off,j,t
‑1‑
T
PEMFC,off,min
)(u
PEMFC,j,t
‑
u
PEMFC,j,t
‑1)≥0；
[0033](T
PEME,on,j,t
‑1‑
T
PEME,on,min
)(u
PEME,j,t
‑1‑
u
PEME,j,t
)≥0；
[0034](T
PEME,off,j,t
‑1‑
T
PEME,off,min
)(u
PEME,j,t
‑
u
PEME,j,t
‑1)≥0；
[0035]u
PEMFC,j,t
+u
PEME,j,t
＜2；
[0036]其中：为氢储能j的额定功率；为氢储能j工作时的最小功率；T
PEME,on,j,t
和 T
PEME,off,j,t
分别为氢储能j的PEME在t时刻已经连续运行、停运的时间；T
PEMFC,on,j,t
和T
PEMFC,off,j,t
分 别为氢储能j的PEMFC在t时刻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法，其特征在于，包括：S1、针对氢
‑
电混合储能系统的特性进行建模，建立氢
‑
电HESS模型和风光出力模型；S2、根据所述氢
‑
电混合储能系统的充、放电功率设计所述氢
‑
电HESS模型的配合策略；S3、基于所述风光出力模型和氢
‑
电HESS模型建立氢
‑
电HESS的双层规划模型，其中，所述上层模型的目标为输电网年综合成本最小，所述下层模型的目标为弃风弃光率最小；S4、求出上层模型的目标具有最优解的前提下对应的下层模型的最优解。2.根据权利要求1所述的含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法，其特征在于，所述氢
‑
电HESS模型包括蓄电池储能模型和氢储能模型，其中，所述蓄电池储能模型包括蓄电池储能充放电模型以及蓄电池储能约束条件；所述蓄电池储能充放电模型为：其中：SOC
i,t
为蓄电池储能i在t时刻的电荷量；SOC
i，t+1
为蓄电池储能i在t+1时刻的荷电量；P
cha,i,t
、P
dis,i,t
分别为蓄电池储能i的充、放电功率；η
cha
、η
dis
分别为蓄电池储能i的充、放电效率；I
cha,i,t
表示蓄电池储能i在t时刻充电状态，其变量分别为0、1，其中，I
cha,i,t
为1时表示蓄电池储能i充电，I
cha,i,t
为0时表示蓄电池储能i不进行充电；I
dis,i,t
表示蓄电池储能i在t时刻放电状态，其变量分别为0、1，I
dis,i,t
为1时表示蓄电池储能i放电，I
dis,i,t
为0时表示蓄电池储能i不进行放电；并且蓄电池储能不能同时充放电，因此，I
cha,i,t
I
dis,i,t
＝0；E
BS,i,rate
为蓄电池储能i的额定容量；δ
BS
为蓄电池储能的自放电率；Δt代表时间尺度；所述蓄电池储能约束条件为：SOC
min
≤SOC
i,t+1
≤SOC
max
；SOC
i,1
＝SOC
i,T
；0≤P
cha,i,t
≤I
cha,i,t
P
BS,i,rate
；0≤P
dis,i,t
≤I
dis,i,t
P
BS,i,rate
；其中：SOC
max
、SOC
min
分别为蓄电池储能i的最大、最小电荷量；T为配置周期；P
BS,i,rate
为蓄电池储能i的额定功率，SOC
i，l
代表第一个时间的电荷量，即蓄电池储能的初始电量；所述氢储能模型包括氢储能充放电模型以及氢储能约束条件；所述氢储能充放电模型为：其中：P
PEME,j,t
、P
PEMFC,j,t
分别为氢储能j的充放电功率；η
PEME
和η
PEMFC
分别为氢储能j的充、放电效率；为在t时刻氢储能j的等效电荷量；u
PEME,j,t
和u
PEMFC,j,t
分别为氢储能j的PEME和PEMFC在t时刻的启停状态变量，为1时表示启动状态，为0时表示停止状态；为氢储能j的额定容量，PEME为质子交换膜电解池，PEMFC为质子交换膜燃料电池；所述氢储能约束条件为：
(T
PEMFC,on,j,t
‑1‑
T
PEMFC,on,min
)(u
PEMFC,j,t
‑1‑
u
PEMFC,j,t
)≥0；(T
PEMFC,off,j,t
‑1‑
T
PEMFC,off,min
)(u
PEMFC,j,t
‑
u
PEMFC,j,t
‑1)≥0；(T
PEME,on,j,t
‑1‑
T
PEME,on,min
)(u
PEME,j,t
‑1‑
u
PEME,j,t
)≥0；(T
PEME,off,j,t
‑1‑
T
PEME,off,min
)(u
PEME,j,t
‑
u
PEME,j,t
‑1)≥0；u
PEMFC,j,t
+u
PEME,j,t
＜2；其中：为氢储能j的额定功率；为氢储能j工作时的最小功率；T
PEME,on,j,t
和T
PEME,off,j,t
分别为氢储能j的PEME在t时刻已经连续运行、停运的时间；T
PEMFC,on,j,t
和T
PEMFC,off,j,t
分别为氢储能j的PEMFC在t时刻已经连续运行、停运的时间；T
PEME,on,min
和T
PEME,off,min
分别为PEME的最小连续运行时间与最小连续停运时间；T
PEMFC,on,min
和T
PEMFC,off,min
分别为PEMFC的最小连续运行时间与最小连续停运时间，u
PEME,j,t
和u
PEMFC,j,t
分别为氢储能j的PEME和PEMFC在t时刻的启停状态变量，u
PEME，j，t
‑1和u
PEMFC，j，t
‑1分别为氢储能j的PEME和PEMFC在t
‑
1时刻的启停状态变量。3.根据权利要求2所述的含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法，其特征在于，所述氢
‑
电HESS模型的配合策略具体为：模式1：在氢
‑
电HESS模型的充、放电功率小于模式切换功率阈值P
HESS,th
时，氢储能模型关闭，蓄电池储能模型开启，以进行充、放电；模式2：当氢
‑
电HESS模型的充、放电功率大于模式切换功率阈值P
HESS,th
时，氢储能模型根据运行功率的正、负启动质子交换膜燃料电池或质子交换膜电解池。4.根据权利要求3所述的含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法，其特征在于，所述模式1与模式2的切换过程具体为：A1、读取所述氢
‑
电HESS模型的充、放电功率P
HESS，t
以及当前模式切换变量b,所述当前模式切换变量b为根据所述氢
‑
电HESS模型的充、放电功率P
HESS，t
和模式切换功率阈值P
HESS,th
进行比较得出；P
HESS，t
为t时刻所述氢
‑
电HESS模型的充、放电功率；A2、通过储能模式选择滞环对模式进行切换；A3、根据选择的模式进行模型的切换，以实现对氢
‑
电HESS模型的切换。5.根据权利要求4所述的含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法，其特征在于，A2中，所述储能模式选择滞环具体为：当氢
‑
电HESS模型的充、放电功率P
HESS，t
大于P
HESS，th
*ξ时，当前模式从模式1切换至模式2，其中，ξ为返回系数，取值大于1；当氢
‑
电HESS模型的充、放电功率P
HESS，t
小于P
HESS，th
/ξ时，当前模式从模式2切换至模式1。6.根据权利要求5所述的含高比例风光接入输电网的氢
‑
电混合储能系统配置方法，其特征在于，所述风光出力模型包括风电出力模型和光伏出力模型，其中，所述风电出力模型为：
其中：为风场m在t时刻的理想出力值；v
m,t
为风场m在t时刻的风速；P
r,m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：万玉良，尚国政，雷霞，王湘，钟鸿鸣，易善军，韩玉辉，陈颖，尹洪全，张海全，项颂，马继涛，刘鑫，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：