计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法技术方案

本发明专利技术公开计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法，属于综合能源系统应用领域；电氢综合能源系统包括电网、电解槽、压缩机、储氢罐、燃料电池和压缩卡车；电网提供电能，电解槽将电能转化为氢能，压缩机将转换的氢能进行压缩后由储氢罐进行存储，存储的氢能一方面通过燃料电池发电反哺电网，另一方面通过压缩卡车运输给多样化氢需求；规划方法包括：建立多样化氢需求模型；建立电氢供应链规划模型；基于多样化氢需求模型和电氢供应链规划模型，构建计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型；基于强对偶理论和列和约束生成算法，来求解计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型。能源系统鲁棒规划模型。能源系统鲁棒规划模型。

【技术实现步骤摘要】
计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法


[0001]本专利技术属于综合能源系统应用领域，具体涉及计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法。

技术介绍

[0002]电制氢技术作为高比例可再生能源接入电网背景下一种重要的消纳可再生能源的技术，近年来受到了广泛关注，由电转氢设备和电力系统设备耦合构成的电氢综合能源系统也已步入发展初期。然而，目前关于电氢综合能源系统的规划研究中缺乏对于多样化氢需求的考虑，从而缺乏多样化的氢能定价策略，不利于氢能的初期发展，也限制了氢能相关产业的发展与建设。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0005]计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法，所述电氢综合能源系统包括电网、电解槽、压缩机、储氢罐、燃料电池和压缩卡车；电网提供电能，电解槽将电能转化为氢能，压缩机将转换的氢能进行压缩后由储氢罐进行存储，存储的氢能一方面通过燃料电池发电反哺电网，另一方面通过压缩卡车运输给多样化氢需求；所述规划方法包括以下步骤：
[0006]建立多样化氢需求模型；
[0007]建立电氢供应链规划模型；
[0008]基于多样化氢需求模型和电氢供应链规划模型，构建计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型；
[0009]基于强对偶理论和列和约束生成算法，来求解计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型。
[0010]进一步地，所述多样化氢需求模型的目标函数为：
[0011][0012]其中，C
HYD
表示系统通过售氢获得的年收益；为氢需求类型在d天t时刻的出售价格，Ω
field
为氢需求类型的集合，Φ
D
和Φ
T
分别为天和小时的集合，为在d天t时刻氢需求类型下的售氢量，D为调度天数，Δt为调度步长。
[0013]进一步地，所述电氢供应链规划模型的目标函数为：
[0014]Max C
EHS
＝
‑
(C
CAPEX
+C
OPEX
‑
C
ELE
)
[0015][0016][0017]C
OPEX
＝C
FOM
+C
VOM
[0018][0019][0020][0021]其中，NPV为系统的年度净收益，C
EHS
为电氢供应链的净收益，C
CAPEX
、C
OPEX
和C
ELE
分别为系统的年投资成本、年运维成本和年售电收益，和分别表示电解槽、压缩机、储氢罐和燃料电池的年投资成本；κ
i
为第i种设备的资本回收系数，即κ
elz
、κ
hc
、κ
hs
和κ
fc
分别表示电解槽、压缩机、储氢罐和燃料电池的资本回收系数；C
FOM
为系统的年总固定运维成本，和分别表示电解槽、压缩机、储氢罐和燃料电池的年固定运维成本；C
VOM
为系统的年总变动运维成本，为电网在d天t时刻的电价，为电解槽在d天t时刻从电网购电功率.
[0022]进一步地，计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型的目标函数为：
[0023]Max NPV＝
‑
min{C
CAPEX
+max min{C
OPEX
‑
C
ELE
‑
C
HYD
}}
[0024]进一步地，计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型的电价不确定集为：
[0025][0026]其中，U
em
为电价不确定集合，为不考虑价格不确定性下电网在d天t时刻的电价，和分别为d天t时刻电价的最大上波动和下波动幅度，和分别表示d天t时刻电价上波动和下波动的次数，为二进制变量，限制电价在d天t时刻只能在一个方向进行波动，Γ
em
为鲁棒参数，用以控制电价波动的总次数。
[0027]进一步地，其特征在于，求解及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模的步骤包括：
[0028]S41，将计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型简写成矩阵形式；
[0029]S42，基于矩阵形式，将计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型转换为包含主问题和子问题的优化问题；
[0030]S43，采用强对偶理论对子问题进行等效转换；
[0031]S44，主问题和子问题的交替迭代求解，直至满足收敛条件。
[0032]进一步地，所述主问题的形式为：
[0033][0034]s.t.Ax≤b
[0035][0036][0037][0038]所述子问题的形式为：
[0039][0040]Dy≤e
‑
Fx
*
→
μ
[0041]Gy＝h
→
τ
[0042]其中，x是不受不确定性影响的投资决策向量，y是可调局部决策变量的向量，向量u是不确定性变量集合，χ是x的集合，U是不确定性变量的可行集合，Ω(x,u)是给定(x,u)处y的可行集合，c，b，e和h是系数向量，K，Q，A，D，F和G是对应的系数矩阵；为引入的辅助变量，ν表示迭代次数的索引，，是迭代次数的集合，S(x
*
)为子问题的简写，代表子问题是在已知主问题求解的x
*
下进行的，μ和τ为对应的对偶变量。
[0043]进一步地，采用强对偶理论进行等效转换后的子问题为：
[0044][0045]2y
T
Q+u
T
K+c
T
+μ
T
D+τ
T
G＝0
[0046]μ≥0,τfree。
[0047]进一步地，主问题和子问题的交替迭代求解步骤具体为：
[0048]S441：设置下界LB＝
‑
∞，上界UB＝+∞，迭代次数k＝0，迭代次数集合
[0049]S442：求解主问题，获得主问题最优解(x
*k+1
,φ
*k+1
,y(1)
*
,
…
y(v)
*
…
,y(k)
*
)并更新LB＝g
T
x
*k+1
+φ
*k+1
；
[0050]S443：求解子问题，更新UB＝min{UB,g
T
x
*k+1
+S(x
*k+1
)}；
[0051]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法，其特征在于，所述电氢综合能源系统包括电网、电解槽、压缩机、储氢罐、燃料电池和压缩卡车；电网提供电能，电解槽将电能转化为氢能，压缩机将转换的氢能进行压缩后由储氢罐进行存储，存储的氢能一方面通过燃料电池发电反哺电网，另一方面通过压缩卡车运输给多样化氢需求；所述规划方法包括以下步骤：建立多样化氢需求模型；建立电氢供应链规划模型；基于多样化氢需求模型和电氢供应链规划模型，构建计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型；基于强对偶理论和列和约束生成算法，来求解计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型。2.根据权利要求1所述的计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法，其特征在于，所述多样化氢需求模型的目标函数为：其中，C
HYD
表示系统通过售氢获得的年收益；为氢需求类型θ在d天t时刻的出售价格，Ω
field
为氢需求类型的集合，Φ
D
和Φ
T
分别为天和小时的集合，为在d天t时刻氢需求类型θ下的售氢量，D为调度天数，Δt为调度步长。3.根据权利要求1所述的计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法，其特征在于，所述电氢供应链规划模型的目标函数为：Max C
EHS
＝
‑
(C
CAPEX
+C
OPEX
‑
C
ELE
))C
OPEX
＝C
FOM
+C
VOMVOMVOM
其中，NPV为系统的年度净收益，C
EHS
为电氢供应链的净收益，C
CAPEX
、C
OPEX
和C
ELE
分别为系统的年投资成本、年运维成本和年售电收益，和分别表示电解槽、压缩机、储氢罐和燃料电池的年投资成本；κ
i
为第i种设备的资本回收系数，即κ
elz
、κ
hc
、κ
hs
和κ
fc
分别表示电解槽、压缩机、储氢罐和燃料电池的资本回收系数；C
FOM
为系统的年总固定运维成本，和分别表示电解槽、压缩机、储氢罐和燃料电池的年固定运维成
本；C
VOM
为系统的年总变动运维成本，为电网在d天t时刻的电价，为电解槽在d天t时刻从电网购电功率。4.根据权利要求1所述的计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法，其特征在于，计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型的目标函数为：Max NPV＝
‑
min{C
CAPEX
+max min{C
OPEX
‑
C
ELE
‑
C
HYD
}}5.根据权利要求1所述的计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划方法，其特征在于，计及多样化氢需求的电氢综合能源系统鲁棒规划模型的电价不确定集为：其中，U
em
为电价不确定集合，为不考虑价格不确定性下电网在d天t时刻的电价，和分别为d天t时刻电价的最大上波动和下波动幅度，和分别表示d天t时刻电价上波动和下波动的次数，为二进制变量，限制电价在d天t时刻只能在一个方向进行波动，Γ

【专利技术属性】
技术研发人员：潘光胜，顾钟凡，顾伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：