考虑电、氢耦合的生产模拟方法、系统、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种考虑电、氢耦合的生产模拟方法、系统、装置及存储介质，方法包括：收集电力系统和氢能系统的相关数据，获取电力系统以及氢能系统的耦合交互关系；根据耦合交互关系以模拟期内系统总运行成本最小化为目标函数设置考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型；通过构建约束条件对考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型进行求解，获取考虑电、氢耦合的生产模拟方法的最优解。本发明专利技术通过统筹考虑电力系统以及氢能系统的耦合交互关系同步计算典型周期内各时点、各区域、各类设备出力以及跨区域输电通道、输氢管道输送功率的最优解，此外，还可开展电制氢、氢燃料电池、燃氢机组等设备对电力平衡、电量平衡、调峰平衡等的影响等热点问题研究。问题研究。问题研究。

【技术实现步骤摘要】
考虑电、氢耦合的生产模拟方法、系统、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及电力生产模拟
，尤其是涉及一种考虑电、氢耦合的生产模拟方法、系统、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]生产模拟旨在验证规划方案的可行性，并结合不同的发展态势，对系统运行特性进行分析，得出相应规划方案下的系统运行指标，以便全面评估规划方案的合理性。当前电力系统、氢能系统生产模拟方法的主要不足在于：未充分考虑电、氢系统之间的耦合关系，未实现电力、氢能联合系统的运行状态模拟，电力系统规划仅考虑电源、电网、负荷、储能的运行状态，氢能系统规划仅关注制氢、输氢、储氢、用氢设备的运行情况。目前，电解水制氢、氢燃料电池发电等设备不断更新迭代，技术经济参数不断优化，即将迎来规模化发展，氢能系统与电力系统的耦合关系日趋密切。电力系统中风电、光伏等不确定性电源的出力水平将极大地影响电解水制氢设备的开启、关停与运行功率的调整，以及用电方案的实时优化；而储氢、燃料电池发电设备的出力也将影响电力系统中电源的总发电功率，进而影响负荷、储能等设备的运行特性。因此，亟需构建考虑电
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氢耦合的生产模拟模型与方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种考虑电、氢耦合的生产模拟方法、系统、装置及存储介质，旨在解决现有技术中的上述问题。
[0004]本专利技术提供一种考虑电、氢耦合的生产模拟方法，包括：S1、收集电力系统和氢能系统的相关数据，获取电力系统以及氢能系统的耦合交互关系；S2、根据耦合交互关系以模拟期内系统总运行成本最小化为目标函数设置考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型；S3、通过构建约束条件对所述考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型进行求解，从而获取考虑电、氢耦合的生产模拟方法的最优解。
[0005]本专利技术提供一种考虑电、氢耦合的生产模拟系统，包括：交互关系获取模块，用于收集电力系统和氢能系统的相关数据，获取电力系统以及氢能系统的耦合交互关系；模型构建模块，用于根据耦合交互关系以模拟期内系统总运行成本最小化为目标函数设置考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型；模型求解模块，用于通过构建约束条件对所述考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型进行求解，从而获取考虑电、氢耦合的生产模拟方法的最优解。
[0006]本专利技术实施例还提供一种考虑电、氢耦合的生产模拟装置，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述考虑电、氢耦合的生产模拟方法的步骤。
[0007]本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述考虑电、氢耦合的生产模拟方法的步骤。
[0008]采用本专利技术实施例，统筹考虑电力系统以及氢能系统的耦合交互关系，通过采用优化建模手段，以系统总成本最小化为目标，同步求解典型周内各时点、各区域、各类设备出力以及跨区域输电通道、输氢管道输送功率的最优解。本专利技术既可在规划研究中对某个规划方案进行校验与模拟，亦可开展系统运行中的热点问题研究，如电制氢、氢燃料电池、燃氢机组等设备对电力平衡、电量平衡、调峰平衡等的影响等。
[0009]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1是本专利技术实施例的考虑电、氢耦合的生产模拟方法的流程图；图2是本专利技术实施例的考虑电、氢耦合的生产模拟系统的示意图；图3是本专利技术实施例的考虑电、氢耦合的生产模拟方法概念示意图；图4是本专利技术实施例的考虑电、氢耦合的生产模拟模型思路示意图。
具体实施方式
[0012]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0013]方法实施例根据本专利技术实施例，提供了一种考虑电、氢耦合的生产模拟方法，图1是本专利技术实施例的考虑电、氢耦合的生产模拟方法的流程图，如图1所示，根据本专利技术实施例的考虑电、氢耦合的生产模拟方法具体包括：S1、收集电力系统和氢能系统的相关数据，获取电力系统以及氢能系统的耦合交互关系；本专利技术实施例中统筹考虑电力系统的电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧各类设备以及氢能生产、存储、运输、消费等环节的关键设备的耦合交互关系，S1的具体实现步骤包括：S11、分析包括氢燃料电池、燃氢机组在内的电源调度特性，具体包括：获取煤电机组、水电机组、风电机组、光伏机组、氢燃料电池、燃氢机组等各类电源的装机容量、运维成本、排放系数、可调节出力范围、最小技术出力、爬坡/滑坡速率等相关技术经济参数。
[0014]S12、分析电网、输氢管网调度特性，具体包括：获取各区域输电线路的装机容量、最大输电功率 、最小输电功率、最小利用小时数、线损率、运维成本、利用小时上限、典型输电距离与功率曲线等相关技术经济参数，以及输氢管道的固定投资成本、运维成本、典型流量曲线等相关技术经济参数。
[0015]S13、分析包括电解水制氢设备在内的负荷侧资源调度特性，具体包括：获取电解水制氢设备的容量、可调节范围、调节速率、电
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氢转换效率等关键技术经济参数。此外，分析包括需求响应、能效电厂在内的各类资源的可调节容量、调度成本等相关技术经济参数。
[0016]S14、分析储能调度特性，具体包括：分析电化学储能、抽水蓄能、储氢罐等储能设备的容量、充放上下限、充放效率等相关技术经济参数。
[0017]S15分析电力、电量、用氢量，具体包括：分析各区域的电力需求、电量需求、氢气需求数据。
[0018]S2、根据耦合交互关系以模拟期内系统总运行成本最小化为目标函数设置考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型；通过建立数学优化模型，将模拟期内各时点、各区域、各类电源出力、电网输送功率、负荷侧资源、储能出力、电解水制氢功率、储氢、输氢管网耗氢功率等设为待求解变量，使模拟期内系统总运行成本最小化为模型的目标函数，其中，总运行成本包括各类设备调度成本以及系统碳排放成本等，具体如下所示：；式中：T为生产模拟周期内小时数；R是区域数，S为电源种类数量，具体包括风电、光伏、水电、煤电、气电、燃氢机组、氢燃料电池等，为第个区域、时点、第种电源出力，为第种电源的运行成本，C为储能种类数量，具体包括电化学储能、抽水蓄能等，为第个区域、时点、第种储能出力，为第种储能的运行成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑电、氢耦合的生产模拟方法，其特征在于，包括：S1、收集电力系统和氢能系统的相关数据，获取电力系统以及氢能系统的耦合交互关系；S2、根据耦合交互关系以模拟期内系统总运行成本最小化为目标函数设置考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型；S3、通过构建约束条件对所述考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型进行求解，从而获取考虑电、氢耦合的生产模拟方法的最优解。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1具体包括：S11、分析氢燃料电池以及燃氢机组的电源调度特性，具体包括：获取各类电源的装机容量、运维成本、排放系数、可调节出力范围、最小技术出力、爬坡速率、滑坡速率，各类电源包括：煤电机组、水电机组、风电机组、光伏机组、氢燃料电池以及燃氢机组的电源；S12、分析电网以及输氢管网调度特性，具体包括：获取各区域输电线路的装机容量、最大输电功率、最小输电功率、最小利用小时数、线损率、运维成本、利用小时上限以及典型输电距离与功率曲线，获取输氢管道的固定投资成本、运维成本以及典型流量曲线；S13、分析电解水制氢设备的负荷侧资源调度特性，具体包括：获取电解水制氢设备的容量、可调节范围、调节速率以及电
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氢转换效率，分析需求响应及能效电厂的可调节容量及调度成本；S14、分析储能调度特性，具体包括：分析电化学储能、抽水蓄能、储氢罐的容量、充放上下限以及充放效率；S15、分析电力、电量、用氢量，具体包括：分析各区域的电力需求、电量需求、氢气需求数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2具体包括：将模拟期内各时点、各区域、各类电源出力、电网输送功率、负荷侧资源、储能出力、电解水制氢功率、储氢、输氢管网耗氢功率设置为待求解变量，使模拟期内系统总运行成本最小化为目标函数，通过公式1建立考虑电、氢耦合的生产模拟优化模型：公式1；式中：T为生产模拟周期内小时数，R是区域数，S为电源种类数量，为第个区域、时点、第种电源出力，为第种电源的运行成本，C为储能种类数量，为第个区域、时点、第种储能出力，为第种储能的运行成本，为跨区域输电的技术方案数量，为第个区域、时点、第种跨区域输电方式的出力，为第种跨区域输电
方式的运行成本，为不同电解水制氢技术路线的种类数量，为第个区域、时点、第种制氢方式的运行功率，为第种制氢方式的运行成本，为不同储氢技术路线种类的数量，为第个区域、时点、第种储氢方式的运行功率，为第种储氢方式的运行成本，为不同输氢方式的数量，为第个区域、时点、第种输氢方式的运送功率，为第种输氢方式的运行成本，为碳排放成本，为机组的碳排放系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S3具体包括：通过公式2设置各区域电力平衡约束，用于保障各区域、各时点的电力供需平衡：公式2；其中，为第种输电方式、从第个区域向第个区域的输电功率，为时点、区域的电力负荷需求；通过公式3设置各区域氢气产销平衡约束，用于保障各区域、各时点的氢气产销平衡：公式3；其中，为第个区域、时点、第种电解槽的产氢功率，为第个区域、时点、第种储氢的放氢功率，为第种输氢方式、从第个区域向第个区域的输氢功率，为第个区域、时点、第种氢发电设备的耗氢功率，为第种输氢方式、从第个区域向第个区域的输氢功率，为时点、区域的氢气负荷需求；通过公式4设置电解槽电
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氢转换约束：公式4；其中，为第种电解槽的效率，为电能与氢能之间的热值转换系数；通过公式5设置燃氢机组及氢燃料电池的氢
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电转换约束：公式5；其中，为第种氢发电装置的效率；通过公式6设置系统上旋备用约束：公式6；
其中，为第个区域、时点、第种电源能达到的出力最大值，为第个区域、时点、第种电源的开机状态，为第个区域、时点、第种储能的净放电功率上限，、、分别为负荷需求、风电、光伏的上旋备用系数，为第个区域、时点的电力负荷，为第个区域、时点风电出力，为第个区域、时点光伏出力；通过公式7设置系统下旋备用约束：公式7；其中，为第个区域、时点、第种电源能达到的出力最小值，为第个区域、时点、第种储能的净放电功率下限，、、分别为负荷需求、风电、光伏的下旋备用系数；通过公式8设置电源出力范围约束：公式8；其中，为第种电源的最小技术出力，为第种电源的最大技术出力；通过公式9设置风电、光伏出力约束；公式9；其中，和分别为区域、时刻风电和光伏的资源可调系数，和分别为区域风电和光伏的总装机容量；通过公式10设置储能充放电量、氢量相等约束：公式10；通过公式11设置储能内部剩余电量、氢量约束：公式11；其中，和分别是区域、第种储能装置内部剩余电量的上下限，是区域、第种储能装置在起始时刻的电量，是区域、第种储能装置的总容量，是第种储能装置的充电效率，和分别是区域、第种储氢装置内部剩
余氢气量的上下限，是区域、第种储氢装置在起始时刻的氢气量，是区域、第种储氢装置的总容量，是第种储氢装置的充放效率；通过公式12设置新能源利用率约束：公式12；其中，为区域所要求的新能源利用率。5.一种考虑电、氢耦合的生产模拟系统，其特征在于，包括：交互关系获取模块，用于收集电力系统和氢能系统的相关数据，获取电力系统以及氢能系统的耦合交互关系；模型构建模块，用于根据耦合交互关系以模拟期内系统总运行成本最小化为目标函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丝钰，张宁，代红才，刘林，曹雨晨，时庆，
申请(专利权)人：国网能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：