基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法，根据高速服务区的风光资源以及用户用能特性，建立高速服务区综合能源系统；根据建立的高速服务区综合能源系统，基于能源集线器的方法，对系统中各设备进行能源转换；建立高速服务区综合能源系统基本模型；建立高速服务区综合能源系统的能源供需平衡模型；根据高速服务区综合能源系统基本模型和能源供需平衡模型，以高速服务区综合能源系统的电功率、氢功率以及未供负荷内容为约束，以高速服务区综合能源系统总成本最低为目标函数，对高速服务区综合能源系统进行规划。本方法可以充分利用现有资源，大大提高了能源的利用率。的利用率。的利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法


[0001]本专利技术涉及电气能源
，尤其涉及一种基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法。

技术介绍

[0002]在传统化石燃料的日益短缺和能源利用效率有限的严峻挑战下，全世界各国都在积极寻求面向未来的能源解决方案，以充分利用现有资源，提高能源利用率。其中，综合能源系统(Integrated energy system，IES)具有明显的优势，它将各种能源综合起来考虑，实现了多能源间的转换和互补，大大提高了能源利用率。此外，随着汽车工业技术的发展，可再生能源汽车(Renewable energy vehicle，REV)近年来有了迅猛发展，市面上涌现出大量的新能源汽车，包括纯电动汽车(Electric vehicle，EV)、混合动力电动汽车(Plug
‑
in hybrid electric vehicle，PHEV)、氢燃料电池汽车(Fuel cell vehicle，FCV)等。在这样的背景下，交通领域和能源领域的耦合也变得更加紧密，而高速服务区作为高速交通网中重要的能源补给站，需要承担其各种能源的有效供应，其合理规划具有重要意义。
[0003]现有技术中，针对高速服务区的能源规划，仅涉及到充电站的规划方法，主要是针对高速公路的车流情况和充电需求特点，构建了高速公路充电站的规划模型，考虑了电动汽车的电量分布和行驶里程的影响，以高速公路中到充电站充电的电动汽车的数量期望值最大化为目标来进行充电站的站址选择，以充电站的服务成本和顾客的等待费用之和最小为目标来优化配置充电站的充电机台数。建立由分布式发电、储能装置、电动汽车充电装置以及常规负荷组成的电动汽车微电网，并与常规电网并网的高速公路服务区电动汽车直流微电网建设方案。上述现有技术的缺陷在于，对现有高速服务区建设主要关注其基础配套设施，而很少关注自身能源规划方面的问题；主要关注以充电桩建设为主，而忽略氢燃料电池汽车用能需求的问题；对于高速服务区的规划方法，还停留在基础设施建设的功能性规划上，包括对停车场、商店规模、以及应急设备等层面的规划，忽略了其作为关键能源供应节点所应起到的作用，虽然有的规划方法也考虑了充电桩的建设，但是仍然脱离整体用能特性与自身风光资源特点，难以对能源进行充分的利用。
[0004]因此，亟需一种方法可以从实际情况出发，综合考虑不同典型场景下的源、荷侧基本特征，统一考虑充电桩和加氢机的建设的高速服务区综合能源系统规划方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0007]一种基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法，其特征在于，包括：
[0008]S1根据高速服务区的风光资源以及用户用能特性，建立高速服务区综合能源系统；
[0009]S2根据建立的高速服务区综合能源系统，基于能源集线器的方法，对系统中各设备进行能源转换；
[0010]S3建立高速服务区综合能源系统基本模型；
[0011]S4建立高速服务区综合能源系统的能源供需平衡模型；
[0012]S5根据所述高速服务区综合能源系统基本模型和所述的能源供需平衡模型，以高速服务区综合能源系统的电功率、氢功率以及未供负荷内容为约束，以高速服务区综合能源系统总成本最低为目标函数，对所述的高速服务区综合能源系统进行规划。
[0013]优选地，高速服务区综合能源系统包括：电能母线、冷能母线、热能母线、气能母线、氢能母线和交通母线，在能源供给侧，光伏和风电为高速服务区综合能源系统提供清洁能源，除了高速服务区自身所制备的氢能外，额外的氢能源需求从外部购入；在能源需求侧，高速服务区综合能源系统的负荷需求除了服务区本身的电、热、冷用能外，还包括驶入服务区的车辆用能需求，其中电动汽车充电需求和燃料电池汽车加氢需求分别由充电桩和加氢机作为接口实现；高速服务区综合能源系统内部的能量交互通过能量转换与储存设备实现。
[0014]优选地，基于能源集线器的方法，对系统中各设备进行能源转换包括：
[0015]基于能源集线器的方法将高速服务区综合能源系统中各设备的输出功率矩阵转换为各设备的输入功率矩阵，并将燃气轮机产生的热功率进一步划分为可回收的热功率和浪费的热功率。
[0016]优选地，高速服务区综合能源系统基本模型包括储能模型和交通流接口中涉及到的电动汽车的充电桩和燃料电池汽车的加氢桩的模型。
[0017]优选地，储能模型如下式(1)
‑
(6)所示：
[0018]对于
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025]其中，PSS为电储能装置，TSS为热储能装置、HSS为氢储能装置，E
s
t，E
s,ini
，分别表示储能设备s在t时刻，t
‑
1时刻，t＝1时刻，t＝T时刻的能量储备状态；P
schart,
，P
sdis,t
，分别表示储能系统s在单位时间内的充、放电功率和充、放电效率；表示储能系统s的初始soc，C
s
表示储能系统s的配置容量；分别表示储能系统s的最小充能比例系数，最大充能比例系数，最小放能比例系数，最大放能比例系数；σ
s
为二元变量，用来确保储能系统在同一时刻只能实现充能或者放能；用来表示
P
schar,t
与P
sdis,t
的差。
[0026]优选地，交通流接口中涉及到的电动汽车的充电桩和燃料电池汽车的加氢桩的模型如下式(7)
‑
(15)所示：
[0027]对于
[0028][0029]ρ'＝λ
EV
E(8)
[0030][0031][0032][0033]对于
[0034][0035][0036][0037][0038]其中，EV即为电动汽车，λ
EV
表示电动汽车的平均到达率，μ
EV
表示服务区单位充电桩单位时间服务率，N
CPEV
表示所配置充电桩数量或加氢桩的数量，ρ
EV
表示电动汽车的平均服务强度；V表示一般分布G的方差，E表示一般分布G的期望，W
G
表示一般分布G下的平均等待时间；ψ
EV
表示某一预期的电动汽车服务强度；表示充电桩的额定功率，表示单位时间内的电动汽车数量，表示单位电动汽车的需求功率；FCV即为燃料电池汽车，λ
FCV
表示燃料电池汽车的平均到达率，μ
FCV
表示服务区单位加氢机的单位时间服务率，N
CPFCV
表示所配置加氢机的数量，ρ
FCV
表示燃料电池汽车的平均服务强度；N
CPFCV本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法，其特征在于，包括：S1根据高速服务区的风光资源以及用户用能特性，建立高速服务区综合能源系统；S2根据建立的高速服务区综合能源系统，基于能源集线器的方法，对系统中各设备进行能源转换；S3建立高速服务区综合能源系统基本模型；S4建立高速服务区综合能源系统的能源供需平衡模型；S5根据所述高速服务区综合能源系统基本模型和所述的能源供需平衡模型，以高速服务区综合能源系统的电功率、氢功率以及未供负荷内容为约束，以高速服务区综合能源系统总成本最低为目标函数，对所述的高速服务区综合能源系统进行规划。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高速服务区综合能源系统包括：电能母线、冷能母线、热能母线、气能母线、氢能母线和交通母线，在能源供给侧，光伏和风电为高速服务区综合能源系统提供清洁能源，除了高速服务区自身所制备的氢能外，额外的氢能源需求从外部购入；在能源需求侧，高速服务区综合能源系统的负荷需求除了服务区本身的电、热、冷用能外，还包括驶入服务区的车辆用能需求，其中电动汽车充电需求和燃料电池汽车加氢需求分别由充电桩和加氢机作为接口实现；高速服务区综合能源系统内部的能量交互通过能量转换与储存设备实现。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于能源集线器的方法，对系统中各设备进行能源转换包括：基于能源集线器的方法将高速服务区综合能源系统中各设备的输出功率矩阵转换为各设备的输入功率矩阵，并将燃气轮机产生的热功率进一步划分为可回收的热功率和浪费的热功率。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高速服务区综合能源系统基本模型包括储能模型和交通流接口中涉及到的电动汽车的充电桩和燃料电池汽车的加氢桩的模型。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的储能模型如下式(1)
‑
(6)所示：对于对于对于对于对于对于对于其中，PSS为电储能装置，TSS为热储能装置、HSS为氢储能装置，HSS为氢储能装置，E
s,ini
，分别表示储能设备s在t时刻，t
‑
1时刻，t＝1时刻，t＝T时刻的能量储备状态；分别表示储能系统s在单位时间内的充、放电功率和充、放电效
率；表示储能系统s的初始soc，C
s
表示储能系统s的配置容量；分别表示储能系统s的最小充能比例系数，最大充能比例系数，最小放能比例系数，最大放能比例系数；σ
s
为二元变量，用来确保储能系统在同一时刻只能实现充能或者放能；用来表示与的差。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的交通流接口中涉及到的电动汽车的充电桩和燃料电池汽车的加氢桩的模型如下式(7)
‑
(15)所示：对于对于ρ'＝λ
EV
E(8)E(8)E(8)对于对于对于对于对于其中，EV即为电动汽车，λ
EV
表示电动汽车的平均到达率，μ
EV
表示服务区单位充电桩单位时间服务率，N
CPEV
表示所配置充电桩数量或加氢桩的数量，ρ
EV
表示电动汽车的平均服务强度；V表示一般分布G的方差，E表示一般分布G的期望，W
G
表示一般分布G下的平均等待时间；ψ
EV
表示某一预期的电动汽车服务强度；表示充电桩的额定功率，表示单位时间内的电动汽车数量，表示单位电动汽车的需求功率；FCV即为燃料电池汽车，λ
FCV
表示燃料电池汽车的平均到达率，μ
FCV
表示服务区单位加氢机的单位时间服务率，N
CPFCV

【专利技术属性】
技术研发人员：夏明超，杨柳，陈奇芳，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：