一种含氢混合能源供应基础设施规划方法技术

本发明专利技术公开了一种含氢混合能源供应基础设施规划方法，涉及氢能源领域，包括以下步骤：步骤1、电网、氢网、交通网三网耦合建模：耦合网络物理场景构造及优化目标建立，交通网约束构建，氢网约束构建，电网约束构建，耦合约束构建；步骤2、决策依赖分布鲁棒优化模型构造：氢需求决策依赖模糊集构造，分布鲁棒优化框架构造；步骤3、分布鲁棒优化问题重构及求解方法：决策依赖场景概率构造，范数项线性化，机会约束重构；步骤4、三网耦合系统算例仿真分析。本发明专利技术有效解决在氢燃料汽车尚未普及时，氢车与加氢站间的“先有鸡还是先有蛋”问题，实现氢基础设施合理规划，降低投资和运营成本，提高电网新能源消纳，有效避免氢车发展初期的能源浪费。费。费。

【技术实现步骤摘要】
一种含氢混合能源供应基础设施规划方法


[0001]本专利技术涉及氢能源领域，尤其涉及一种含氢混合能源供应基础设施规划方法。

技术介绍

[0002]近年来，氢作为一种清洁的零碳燃料受到越来越多的关注。氢燃料汽车被视为未来替代传统燃料汽车的新型交通工具。在行驶里程和加油时间方面，氢燃料汽车明显优于电动汽车，且其具有高能量密度、零排放和快速加油等特点，具有广阔的应用前景。然而，由于氢燃料汽车技术尚不成熟，且目前加氢站占比低，使得氢燃料汽车尚未得到充分普及。如何在没有氢基础设施的情况下加快氢燃料汽车的普及，以及如何在道路上没有氢燃料汽车的情况下吸引对加氢站的投资，被称为车与站的“先有鸡还是先有蛋”问题。然而，氢燃料汽车市场在向公众出售汽车之前，至少必须有一些加氢站投入运营。加氢站的盈利能力很大程度上取决于利用率，在市场开发的早期阶段，利用率较低是不可避免的。如何最好地协调基础设施和汽车销售的发展，对于从传统能源汽车成功过渡到氢燃料汽车至关重要。那么，在氢燃料汽车普及前需规划并建造氢加注基础设施，而在没有未来氢燃料汽车充氢需求的确切数据信息时，如何保证社本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氢混合能源供应基础设施规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、电网、氢网、交通网三网耦合建模；步骤2、决策依赖分布鲁棒优化模型构造；步骤3、分布鲁棒优化问题重构及求解方法；步骤4、三网耦合系统算例仿真分析；所述步骤1还包括：步骤1.1、耦合网络物理场景构造及优化目标建立；步骤1.2、交通网约束构建；步骤1.3、氢网约束构建；步骤1.4、电网约束构建；步骤1.5、耦合约束构建；所述步骤2还包括：步骤2.1、氢需求决策依赖模糊集构造；步骤2.2、分布鲁棒优化框架构造；所述步骤3还包括：步骤3.1、决策依赖场景概率构造；步骤3.2、范数项线性化；步骤3.3、机会约束重构。2.如权利要求1所述的含氢混合能源供应基础设施规划方法，其特征在于，所述步骤1.1还包括：在含氢混合能源供应基础设施规划中，根据所在节点的充电和加氢需求及经济效益进行加氢站、充电站、电转气装置和氢管道规划，其投资决策分别为和w
l
，均为二元决策变量；假设每辆氢燃料汽车的充氢量固定，则氢负荷为离散变量；氢网通过电转气装置P2G与电网耦合，充分利用电网可再生能源，电解水装置制氢后通过压缩机进行压缩，并存入储氢罐(HS)，通过能量转换和存储后，通过加氢站(HRS)被供应给氢燃料汽车(HFCV)；在PV出力盈余时，储能装置(ES)无法存储的部分通过P2G制氢来降低弃光率；当PV出力不足时,对于P2G无法满足的氢负荷；优化目标是最小化HESI年度投资成本和年度平均运营成本之和，如下：优化目标是最小化HESI年度投资成本和年度平均运营成本之和，如下：优化目标是最小化HESI年度投资成本和年度平均运营成本之和，如下：其中，c
hy
、c
P2G
、c
HS
、和c
FCS
分别为HRS、P2G、HS、氢管道和FCS的年投资成本，和分别为节点i处的HRS、P2G、HS和FCS的投资容量，为节点集；运行成本包括弃光罚、与主网的电能交易、未满足充电负荷罚、交通拥堵、未满足充氢负荷罚。
3.如权利要求2所述的含氢混合能源供应基础设施规划方法，其特征在于，所述步骤1.2还包括：假设在一个有限范围的交通网络中，包含多个起点o和多个终点d，且有多条路径p可使电动汽车从起点o到终点d，每条路径p都由多个链路l组成；建立交通网络中每一时刻链路流量与路径流量的关系模型：的关系模型：的关系模型：为保证每辆电动汽车经过该交通网络均进行一次充电操作，添加以下约束，表示在电网节点i所连接的快速充电站处的链路上的流量与路径流量的关系模型：的关系模型：的关系模型：根据美国道路局函数，每辆车在链路l上的行驶时间与链路流量的关系为：链路l上的总拥堵时间为：参考交通流量优化管理问题，根据Wardrop用户均衡原则，在此优化问题取得最优决策时，交通网内没有车辆可以通过改变自身行驶决策使自己的总成本更低；该优化问题等价于以下Karush
‑
Kuhn
‑
Tucker(KKT)条件：分别应用大M法和分段线性化方法对式(12)和(11)进行线性化，并分别替换为式(13)和(14)：和(14)：4.如权利要求3所述的含氢混合能源供应基础设施规划方法，其特征在于，所述步骤
1.3还包括：对于HS约束，式(15)为HS能量平衡方程，式(16)限制了HS的最大氢注入量和释放量，HS的荷电状态和再循环条件受式(17)和(18)约束：放量，HS的荷电状态和再循环条件受式(17)和(18)约束：放量，HS的荷电状态和再循环条件受式(17)和(18)约束：H
i,0
＝H
i,T (18)关于HRS、P2G和氢管道的规划决策，存在以下限制：关于HRS、P2G和氢管道的规划决策，存在以下限制：为了使最终优化问题易于处理，应用按区域概念划分的氢管道建模方法；假设将每个候选氢节点类比为一个区域，并且每个区域的净流量是平衡的，由此得到平衡约束(21)和氢流速限制(22)：氢流速限制(22)：同时，氢管道具有线包存储的能力，每条氢管道存储动态方程为(23)、(24)和(25)分别给出管道容量约束和循环条件：给出管道容量约束和循环条件：给出管道容量约束和循环条件：氢网的供需平衡约束由式(26)表示，其表征了氢生产、氢需求、管道输送、储存和购入的氢的守恒关系：式(27)约束了每个节点氢购买量的上下限：约束(28)中，表示是否存在连接氢源和节点i的氢管道，是一个二元变量，需要依据具体的网络构造在特定的仿真案例中增加额外的约束：约束(29)保证了弃氢需求的非负性：约束(30)规定了HFCV总氢需求的上下限：
式(30)中的为不确定变量。5.如权利要求4所述的含氢混合能源供应基础设施规划方法，其特征在于，所述步骤1.4还包括：式(31)和(32)为有功功率平衡和线路容量约束：1.4还包括：式(31)和(32)为有功功率平衡和线路容量约束：约束(33)限制了每个节点从主网购入电能的上下限：式(34)和(35)分别表示P2G容量和PV弃光量的上下限：式(34)和(35)分别表示P2G容量和PV弃光量的上下限：约束(36)保证了弃E...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩然，杨博，姚钢，王勇，陈彩莲，关新平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：