一种面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法技术

本发明专利技术公开了一种面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法，该方法首先确定若干典型日场景以表征全年的新能源出力情况，并制定考核机制；然后建立氢储能系统的跨场景运行模型和电化学储能系统的运行模型；接着通过丰能季电解槽利用弃电制氢并存储以及枯能季燃料电池消耗氢气发电，使大规模能量在丰枯季之间转移；通过日内电化学储能和碱式电解槽以及燃料电池的协同优化运行，将氢储能系统长期跨场景运行和日内短期运行耦合在一起；最后通过多场景综合盈利最大为目标获取氢电混合储能的最优配置方案，并通过合作博弈理论在多家发电商之间进行公平分摊储能投建成本。本发明专利技术能够解决弃电和缺电问题，可平抑波动，保证系统的安全运行。系统的安全运行。系统的安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法


[0001]本专利技术涉及储能规划领域，尤其涉及一种面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法。

技术介绍

[0002]我国清洁能源装机容量不断上升，截至2022年底，清洁能源装机突破12亿千瓦，达到12.13亿千瓦，占全国发电总装机的47.3％。由于风、光、水等清洁能源出力的波动性和间歇性，这使得一些清洁能源富集地区在不同时间尺度上呈现出不同的用电矛盾，即日内时间尺度上风电和光伏出力的高波动风险，在跨季节长时间尺度上呈现出丰能季弃电和枯能季缺电的双重风险。
[0003]储能技术是解决以风、光为主的新能源系统波动性、间歇性的有效技术。未来新型电力系统将是以新能源为主体、火电为支撑的多元化能源系统。以风、光、水为代表的可再生能源本身的波动性和间歇性决定了储能系统将是新型电力系统必不可少的组成部分。而从技术属性来看，储能正好能够满足新的能源系统对灵活性的需求。
[0004]目前对储能技术的研究主要着重于日内时间尺度的新能源出力波动平抑，采用能量型储能系统(如电化学储能、氢储能)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据河流丰枯期、季节更替及阴雨晴天气对规划场景进行划分，以确定若干个典型日场景，并生成场景对应的水量变化曲线以及光伏出力曲线，同时确定各自场景在一年中的天数占比；(2)各发电商根据所述步骤(1)获取的水量变化曲线和光伏出力曲线以自身发电收益最大为目标上报计划出力，电网对各发电商上报的计划出力进行调整，并指定相应的考核制度；电网根据调整后的计划出力和本地负荷在联络线上的传输功率，根据传输功率对能量丰枯季进行划分；(3)氢储能系统由碱式电解槽、高压储氢罐和燃料电池组成，电化学储能系统由若干磷酸铁锂电池组成，对氢储能系统和电化学储能系统进行分析以构建氢储能系统和电化学储能系统的运行模型，并对高压储氢罐的跨场景耦合运行过程进行建模，以获取高压储氢罐跨场景时序耦合调度下的荷氢状态变化模型；(4)根据所述步骤(3)构建的氢储能系统和电化学储能系统的运行模型构建氢电混合储能系统，并以各电站年化盈利最大为目标对氢电混合储能系统的容量配置进行两阶段优化；(5)通过合作博弈理论对所述步骤(4)优化后的氢电混合储能系统投建及运维成本进行分摊，以获取公平的投建及运维成本。2.根据权利要求1所述的面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下子步骤：(1.1)根据研究地区的河流丰枯期情况将规划场景划分为丰水期、平水期和枯水期，并分别生成场景对应的水量变化曲线，同时确定各自场景在一年中的天数占比；(1.2)根据研究地区的季节更替将季节时段在所述步骤(1.1)划分的场景的基础上进行叠加，以进一步划分为新的场景，并确定各自场景在一年中的天数占比；(1.3)根据研究地区的历史光伏出力数据将规划场景划分为阴雨天和晴天，并分别生成场景对应的光伏出力曲线，同时确定各自场景在一年中的天数占比；(1.4)将所述步骤(1.3)划分的场景的叠加在所述步骤(1.2)划分的场景上，以生成包含了季节、河流丰枯和天气三重因素的场景，并确定各自场景在一年中的天数占比。3.根据权利要求1所述的面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下子步骤：(2.1)各水电发电商和光伏发电商根据所述步骤(1)获取的水量变化曲线和光伏出力曲线进行预测，以自身发电收益最大为目标上报自身的计划出力；(2.2)在满足电网安全约束的情况下，对所述步骤(2.1)各发电商上报的计划出力进行发电计划调整：当各发电商上报的计划出力之和超出了电网传输极限时，优先保证光伏出力全额上网，各水电站按照自身装机容量在总水电装机容量中的占比去削减计划出力的超出部分；当各发电商上报的计划出力之和未超出电网传输极限时，则不对各发电商上报的计划出力作任何调整；(2.3)当光伏实际出力与所述步骤(2.2)中调整后的日前上报的计划出力产生偏差时，电网将一天内的偏差量进行累计并考核，仅对光伏的实际出力和计划出力的偏差作考核；
(2.4)根据所述步骤(2.2)得到的调整后的各发电商的计划出力和本地负荷获取联络线上的传输功率，并对传输功率进行分析判断以确定电网与外部电网联络线上的电力传输方向；(2.5)根据所述步骤(2.4)确定的联络线上的电力传输方向对能量丰枯季进行划分：当场景一天内联络线上的电力传输方向始终保持电力送往外部电网时，则该场景为丰能季；当场景一天内仅在光伏出力为50％额定装机容量的时段需要外购电力时，则该场景为平能季；除上述两种情况外，其余场景均是枯能季。4.根据权利要求3所述的面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法，其特征在于，所述步骤(2.4)具体为：首先将所述步骤(2.2)获取的调整后的各水电发电商和光伏发电商的计划出力之和减去本地负荷后以获取净功率差，净功率差为联络线上的传输功率；然后对传输功率进行分析：若传输功率为正，表示发电商的计划出力之和大于本地负荷，则将富余电力通过联络线送往外部电网；若传输功率为负，表示发电商的计划出力之和小于本地负荷，则需要通过联络线从外部电网购买电力；若传输功率为0，表示发电商的计划出力之和与本地负荷平衡，则本地电网与外部电网没有电力交换。5.根据权利要求1所述的面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下子步骤：(3.1)当各电站出力总和高于本地负荷且超出最大外送功率时，超出部分由碱式电解槽利用因电网安全容量限制而产生的弃电进行消纳制氢；(3.2)将所述步骤(3.1)制得的氢气存储于高压储氢罐内，通过高压储氢罐存储丰能季碱式电解槽利用富余电量制取的氢气，在平能季或枯能季本地电源出力无法满足负荷需求时，将氢气输送给燃料电池发电，通过燃料电池消耗氢气发电补偿本地电网的电力缺口；(3.3)高压储氢罐的充放氢调度是以年为周期的，对其要求是在一年的时间尺度下，年初时段和年末时段的荷氢状态相同，而对一天内初始时段和末尾时段的荷氢状态是否相等不做要求，即在一天的始末时段，其荷氢状态并不相同，据此获取当前高压储氢罐的荷氢状态变化；其中，当前高压储氢罐的荷氢状态变化为当天荷氢状态变化叠加上前一天始末时段高压储氢罐荷氢状态的差值；(3.4)对于跨场景时序耦合的优化调度，根据当前场景上一时段的充放氢策略和上一场景始末时段荷氢状态的差值获取当前场景下的荷氢状态；(3.5)根据所述步骤(3.4)中的高压储氢罐的跨场景耦合运行过程进行建模，以获取高压储氢罐跨场景时序耦合调度下的荷氢状态变化模型；(3.6)电化学储能系统运行过程中，要确保避免同时充放电，并将充放电功率限制在额定工作功率内，据此构建电化学储能系统的充放电功率模型及其约束条件；(3.7)电化学储能系统的荷电状态受到上一时段充放电行为的影响，且在运行过程中有最大最小荷电状态限制，同时需要保证一天的始末时段荷电状态相同，据此构建电化学储能系统的荷电状态模型及其约束条件。6.根据权利要求5所述的面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法，其特征在于，所述步骤(3.4)中所述当前场景上一时段的充放氢策略具体为：对于日内调度分量，根据上一时段的高压储氢罐的荷氢状态以及当前时段的充氢/放氢量获取高压储氢罐的荷氢状态变化；
所述步骤(3.4)中所述上一场景始末时段荷氢状态的差值具体为：对于跨场景调度分量，该跨场景调度分量为当前场景日内第一个时段的荷氢状态和上一场景日内最后一个时段的荷氢状态的差值。7.根据权利要求1所述的面向新能源消纳的氢电混合储能两阶段协同规划方法，其特征在于，所述步骤(4)包括以下子步骤：(4.1)根据所述步骤(3)构建的氢储能系统和电化学储能系统的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔艺林，郭创新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：