一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法，属于控制方法技术领域，方法包括：对风电机组进行安装和建模，获取风电机组运行模型；对制氢系统进行安装和建模，获取制氢系统运行模型；根据所述风电机组运行模型和制氢系统运行模型，对风电场与制氢一体化系统进行并网安装，构成并网系统；对所述并网系统进行协调控制器安装，以实现风电场与制氢一体化系统协调控制。该方法能够解决当前由风电场和制氢系统组成的并网系统无法充分平滑风电场输出及在保持制氢系统高容量因数的同时持续产生氢气的问题。持续产生氢气的问题。持续产生氢气的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法


[0001]本专利技术涉及一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法，属于控制方法


技术介绍

[0002]由于能源危机、全球变暖和其他环境问题，可再生能源发电在电力系统中的渗透率迅速增长。特别是风力发电，因其清洁、可持续和成本效益高而得到广泛应用。然而，包括大型风电场在内的电力系统面临着频率和电压波动等电能质量下降的问题，由于风电场输出因风速变化而不断波动，电力波动引起的供需失衡可能导致停电。储能系统可以缓解风电场的输出波动，但是由于储能系统的能量容量有限，储能系统很难长期存储风电场的多余功率。
[0003]如今，由于环境问题，氢作为化石燃料的替代能源也备受关注。由电解槽组成的制氢系统引起了人们的关注。电解槽通过水电解产生氢气，利用可再生能源发电获得的能量，因此制氢系统适合长期吸收多余的风电场输出。此外，制氢系统的额定功率和能量容量可以独立设计，制氢系统使我们能够实施大规模风电场，生产化石燃料的替代来源。
[0004]目前由风电场和制氢系统组成的并网系统不能充分平滑风电场的输出并在保持制氢系统高容量因数的同时持续产生氢气。因此，我们需要对现有方法进行革新。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法，能够解决当前由风电场和制氢系统组成的并网系统无法充分平滑风电场输出及在保持制氢系统高容量因数的同时持续产生氢气的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法，包括：
[0008]对风电机组进行安装和建模，获取风电机组运行模型；
[0009]对制氢系统进行安装和建模，获取制氢系统运行模型；
[0010]根据所述风电机组运行模型和制氢系统运行模型，对风电场与制氢一体化系统进行并网安装，构成并网系统；
[0011]对所述并网系统进行协调控制器安装，以实现风电场与制氢一体化系统协调控制。
[0012]进一步的，对风电机组进行安装和建模包括：对变速涡轮风机进行安装和建模。
[0013]进一步的，对制氢系统进行安装和建模包括：对电解槽进行安装和建模。
[0014]进一步的，所述风电机组运行模型如公式(1)所示：
[0015][0016]公式(1)中，i为风机编号，i＝1,2,
…
,n，n为风机总数，为第i个风机捕获的风力，ρ为风机叶片半径，R为空气密度，V
i
为第i个风机处的风速，C
pi
为第i个风机的功率系数，β
i
为第i个风机的叶片桨距角，λ
i
为第i个风机的叶尖速度比，为第i个风机的转化效率系数，ω
i
为第i个风机的转子角频率，ω
ipu
为第i个风机单元的转子角频率，H
J
为惯性常数，为第i个风机单元捕获的风力，P
ipu
为第i个风机单元的输出功率，为第i个风机的功率最大点跟踪输出参考，为最佳叶尖速度比，为最大功率系数，为第i个风机单元的功率最大点跟踪输出参考，P
n
为风电场输出额定功率。
[0017]进一步的，所述制氢系统运行模型如公式(2)所示：
[0018][0019]公式(2)中，I
dc
为DC
‑
DC转换器中的输出电流，V
dc
为DC
‑
DC转换器中的输出电压，E0为电解槽的内部电压，R0为电阻器的电阻值，H为流入电解槽的氢气流量，为制氢系统氢气总流量，η为制氢系统转换器总体效率，P
H
为AC
‑
DC转换器的供电功率，Capacity factor为制氢系统容量系数，τ为仿真周期。
[0020]进一步的，所述并网系统中，风电场和制氢系统均与电网相连；所述风电场向所述电网供电，并在所述制氢系统中生成氢气；所述制氢系统使用所述风电场输出的过剩电能生成氢气。
[0021]进一步的，所述协调控制器包括用于提取风电场输出功率波动分量的FLF控制器、用于风电场的动能控制器和用于制氢系统的虚拟放电控制器。
[0022]进一步的，所述动能控制器对所述风电场输出功率波动分量的正波动分量部分进行补偿，动能控制补偿公式如公式(3)所示：
[0023][0024]公式(3)中，P
iref
为动能控制器生成的补偿量，为风电场最大功率点跟踪输出参考，为风电场输出功率波动分量的正波动分量，P
WF
为风电场输出功率，P
i
为第i个风机的输出功率。
[0025]进一步的，所述虚拟放电控制器对所述风电场输出功率波动分量的负波动分量部分进行补偿，虚拟放电控制补偿公式如公式(4)所示：
[0026][0027]公式(4)中，为虚拟放电控制器生成的补偿量，P
b
为风电场提供的恒定功率，ΔP
WF
为风电场输出功率波动分量的负波动分量，P
g
为上网功率，P
FLF
为FLF控制器的输出功率。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029]本专利技术提供的风电场与制氢一体化系统协调控制方法，对风电场与制氢一体化系统进行并网安装，在并网系统中，风电场和制氢系统与电网相连，风电场能够向电网供电，同时在制氢系统中生成氢气；当制氢系统使用风电场输出的过剩电能来生产氢气时，能够减轻风电场的输出波动，并在制氢系统中保持高容量因数。在本专利技术提供的协调控制器中，风电场不会过度释放动能，其输出波动能够得到充分缓解；由于制氢系统不需要消耗风电场输出的所有波动分量，因此不需要具有大额定功率的制氢系统，从而提高制氢系统的容量因数。本专利技术提供的协调控制器能够克服并网系统工作时风电场输出波动、制氢系统不能连续制氢以及容量系数下降的问题，实现风电场和制氢系统协同运行时风电场平稳输出，并且制氢系统保持高容量系数的同时持续产生氢气。
附图说明
[0030]图1是本专利技术实施例提供的一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法流程图。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0032]下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0033]实施例一：
[0034]图1是本专利技术实施例一提供的一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法流程图，本流程图仅仅示出了本实施例方法的逻辑顺序，在互不冲突的前提下，在本专利技术其它可能的实施例中，可以以不同于图1所示的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场与制氢一体化系统协调控制方法，其特征在于，包括：对风电机组进行安装和建模，获取风电机组运行模型；对制氢系统进行安装和建模，获取制氢系统运行模型；根据所述风电机组运行模型和制氢系统运行模型，对风电场与制氢一体化系统进行并网安装，构成并网系统；对所述并网系统进行协调控制器安装，以实现风电场与制氢一体化系统协调控制。2.根据权利要求1所述的风电场与制氢一体化系统协调控制方法，其特征在于，对风电机组进行安装和建模包括：对变速涡轮风机进行安装和建模。3.根据权利要求1所述的风电场与制氢一体化系统协调控制方法，其特征在于，对制氢系统进行安装和建模包括：对电解槽进行安装和建模。4.根据权利要求1所述的风电场与制氢一体化系统协调控制方法，其特征在于，所述风电机组运行模型如公式(1)所示：公式(1)中，i为风机编号，i＝1,2,
…
,n，n为风机总数，为第i个风机捕获的风力，ρ为风机叶片半径，R为空气密度，V
i
为第i个风机处的风速，C
pi
为第i个风机的功率系数，β
i
为第i个风机的叶片桨距角，λ
i
为第i个风机的叶尖速度比，为第i个风机的转化效率系数，ω
i
为第i个风机的转子角频率，ω
ipu
为第i个风机单元的转子角频率，H
J
为惯性常数，为第i个风机单元捕获的风力，P
ipu
为第i个风机单元的输出功率，为第i个风机的功率最大点跟踪输出参考，为最佳叶尖速度比，为最大功率系数，为第i个风机单元的功率最大点跟踪输出参考，P
n
为风电场输出额定功率。5.根据权利要求1所述的风电场与制氢一体化系统协调控制方法，其特征在于，所述制氢系统运行模型如公式(2)所示：
公式(2)中，I
dc
为DC
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆震军，朱庆，张卫国，林慧婕，郑红娟，张良，孙广明，宋杰，陈良亮，陈毓春，仲志强，周材，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司南瑞集团有限公司国网电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：