一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法，包括：步骤一：获取电解水制氢厂、火电机组、新能源出力和负荷参数；步骤二：根据制氢装置的技术原理和结构参数，对同类制氢装置进行聚合，或将属于同一制氢厂的制氢装置进行聚合，建立电解水制氢厂聚合模型；步骤三：在步骤二的电解水制氢厂聚合模型的基础上，结合步骤一，建立含氢电力系统优化运行模型，求解电解水制氢厂的类层面运行计划；步骤四：以聚合后产氢功率偏差最低为目标，将步骤三中电解水制氢厂的类层面运行计划分配到同类的每一个制氢装置中，得到电解水制氢厂的制氢装置层面运行计划。本发明专利技术能够弥补传统制氢厂模型求解精度低，优化调度问题求解速度慢的不足。度慢的不足。度慢的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法


[0001]本专利技术属于电力系统运行领域，具体涉及一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着化石燃料快速消耗，全球碳排放量激增，环境保护成为全球性话题。为了削减碳排放，海量新能源接入电力系统。然而新能源的波动性和随机性为运行模拟问题带来严峻挑战。电解水制氢技术作为一种氢能绿色制取技术，具有清洁无污染、能量密度大、氢能利用形式多样等优点，能够有效解决新能源弃电以及碳排放问题。根据技术不同可分为碱性电解技术、质子交换膜电解技术和高温固体氧化物电解技术。
[0003]然而，目前含氢电力系统中的电解水制氢厂特别是电解水制氢装置的建模，未能全面考虑不同电解技术的生产原理和运行特性。同时，电解水制氢装置虽然已达到工业化运行要求，但受限于单一机组的出力上下限，工业规模的电解水制氢厂需要数十台至数百台制氢装置。因此制氢厂模型中往往包含大量变量和复杂，增加求解电力系统优化运行问题的难度。机组聚合提供了一种减少变量数目、提升计算效率的思路。目前，尚未展开基于整变量聚合方法的制氢厂建模，在精确描述电解水制氢装置的不同工作状态和切换过程的同时，缩减变量和约束，提高求解效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法，以弥补传统制氢厂模型求解精度低，优化调度问题求解速度慢的不足。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：获取电解水制氢厂参数、火电机组参数、新能源出力参数和负荷参数；
[0008]步骤二：根据步骤一中制氢装置的技术原理和结构参数，对同类电解水制氢装置进行聚合，或将属于同一制氢厂的制氢装置进行聚合，建立电解水制氢厂聚合模型；
[0009]步骤三：在步骤二的电解水制氢厂聚合模型的基础上，根据步骤一中获得的电解水制氢厂参数、火电机组参数、新能源出力参数和负荷参数，建立含氢电力系统优化运行模型，求解电解水制氢厂的类层面运行计划；
[0010]步骤四：以聚合后产氢功率偏差最低为目标，将步骤三中电解水制氢厂的类层面运行计划分配到同类的每一个制氢装置中，得到电解水制氢厂的制氢装置层面运行计划。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，步骤二中，电解水制氢厂聚合模型引入3个整数变量，a表示电解水制氢装置的关机状态、b表示产氢状态、c表示热待机状态，和6个整数变量表示状态切换过程；引入t
m
启动延时，以约束制氢装置冷启动和加热加压过程需要的时间；电解水制氢厂聚合模型的状态约束如下：
[0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018]其中，上标∧表示该变量为整数变量，取值为0、1、2、
…
、N
m
；N
m
为该类制氢装置总台数；为该类制氢装置t时段a状态启动动作机组；为a状态关闭动作机组；为b状态启动动作机组；为b状态关闭动作机组；为c状态启动动作机组；为c状态关闭动作机组；a
m,0
为a的起始变量；a
m,cs
为a的初始状态；b
m,0
为b的起始变量；b
m,cs
为b的初始状态；c
m,0
为c的起始变量；c
m,cs
为c的初始状态；为t时段状态从a转向b的机组；为状态从a转向c的机组；为状态从b转向a的机组；为状态从b转向c的机组；为状态从c转向a的机组；为状态从c转向b的机组。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，步骤二中，电解水制氢厂的制氢装置、氢燃料电池和储氢装置均需要约束；其中，公式(7)说明电解水制氢装置的输入功率由待机功率和产氢功率组成；公式(8)说明进入待机状态时，制氢装置有待机功率；公式(9)为产氢功率限制；在一段连续时间内的调度计划，制氢装置相邻时刻的产氢功率调节在设定的技术容许范围内，
如公式(11)和(12)所示；
[0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]其中，为电解水制氢装置m在t时段输入功率/MW；为电解水制氢装置待机功率/MW；为电解水制氢装置产氢功率/MW；为电解水制氢装置待机功率值/MW；为产氢功率最小值/MW；为产氢功率最大值/MW；r
m
为电解水制氢装置爬坡速率/MW。
[0027]本专利技术进一步的改进在于，步骤三中，含氢电力系统优化运行模型依据不同机组组合方法建立，若采用两阶段鲁棒优化方法建立，则日前阶段的目标函数为火电机组的运行成本、电解水制氢厂运行成本，约束条件为火电机组约束与制氢厂约束(1)
‑
(12)，日内阶段的目标函数为系统弃风成本，约束条件包含实现火电机组和制氢厂在日内阶段的再调度约束(15)
‑
(20)，含氢电力系统优化运行模型为：
[0028][0029]式中，X为日前阶段决策变量；u为风电不确定参数；Y为日内阶段决策变量；Ω(X,u)为日内阶段max
‑
min问题的可行域；C1,C2,D,G,E,W,d,h为各变量的系数矩阵；为风电场w在t时段出力预测值/MW；为风电出力实际值/MW；为风电出力向上向下预测偏差/MW；为风电出力预测偏差最大值/MW；
[0030]其中，X，Y的具体表达式为：
[0031][0032]式中，X
G
为火电机组决策变量；X
H
为电解水制氢厂决策变量；P
G
为火电机组出力；P
W
为风电出力；R
±
为火电机组向上向下备用容量；s,u,v为火电机组开停机状态、开机动作和关机动作状态变量；上标0为表示该变量在日前阶段确定；上标s为表示该变量在日内阶段
调整或确定；
[0033][0034][0035][0036][0037][0038]式中，为制氢装置类m的调节速度；π
l,g
、π
l,w
、π
l,m
、π
l,i
为火电、风电、氢能、负荷的潮流分布系数；为线路l传输潮流上限/MW；L
i,t
为t时刻i节点的负荷量/MW；N
i
、N
g
、N
w
为节点、火电机组、风电场的总个数。
[0039]本专利技术进一步的改进在于，步骤三中，若电解水制氢厂聚合模型进一步考虑电解水制氢装置在日内阶段的状态切换过程，则日前阶段目标函数为火电机组的运行成本、电解水制氢装置停机成本、冷启动成本和加热加压成本，约束条件为火电机组与制氢厂约束(1)
‑
(12)；日内阶段目标函数为系统弃风成本、制氢厂耗水成本和产氢状态热启动成本，约束条件需额外考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获取电解水制氢厂参数、火电机组参数、新能源出力参数和负荷参数；步骤二：根据步骤一中制氢装置的技术原理和结构参数，对同类电解水制氢装置进行聚合，或将属于同一制氢厂的制氢装置进行聚合，建立电解水制氢厂聚合模型；步骤三：在步骤二的电解水制氢厂聚合模型的基础上，根据步骤一中获得的电解水制氢厂参数、火电机组参数、新能源出力参数和负荷参数，建立含氢电力系统优化运行模型，求解电解水制氢厂的类层面运行计划；步骤四：以聚合后产氢功率偏差最低为目标，将步骤三中电解水制氢厂的类层面运行计划分配到同类的每一个制氢装置中，得到电解水制氢厂的制氢装置层面运行计划。2.根据权利要求1所述的一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法，其特征在于，步骤二中，电解水制氢厂聚合模型引入3个整数变量，a表示电解水制氢装置的关机状态、b表示产氢状态、c表示热待机状态，和6个整数变量表示状态切换过程；引入t
m
启动延时，以约束制氢装置冷启动和加热加压过程需要的时间；电解水制氢厂聚合模型的状态约束如下：的状态约束如下：的状态约束如下：的状态约束如下：的状态约束如下：
其中，上标∧表示该变量为整数变量，取值为0、1、2、
…
、N
m
；N
m
为该类制氢装置总台数；为该类制氢装置t时段a状态启动动作机组；为a状态关闭动作机组；为b状态启动动作机组；为b状态关闭动作机组；为c状态启动动作机组；为c状态关闭动作机组；a
m,0
为a的起始变量；a
m,cs
为a的初始状态；b
m,0
为b的起始变量；b
m,cs
为b的初始状态；c
m,0
为c的起始变量；c
m,cs
为c的初始状态；为t时段状态从a转向b的机组；为状态从a转向c的机组；为状态从b转向a的机组；为状态从b转向c的机组；为状态从c转向a的机组；为状态从c转向b的机组。3.根据权利要求2所述的一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法，其特征在于，步骤二中，电解水制氢厂的制氢装置、氢燃料电池和储氢装置均需要约束；其中，公式(7)说明电解水制氢装置的输入功率由待机功率和产氢功率组成；公式(8)说明进入待机状态时，制氢装置有待机功率；公式(9)为产氢功率限制；在一段连续时间内的调度计划，制氢装置相邻时刻的产氢功率调节在设定的技术容许范围内，如公式(11)和(12)所示；所示；所示；所示；所示；所示；其中，为电解水制氢装置m在t时段输入功率/MW；为电解水制氢装置待机功率/MW；为电解水制氢装置产氢功率/MW；为电解水制氢装置待机功率值/MW；为产氢功率最小值/MW；为产氢功率最大值/MW；r
m
为电解水制氢装置爬坡速率/MW。4.根据权利要求3所述的一种含大规模电解水制氢装置的电力系统分层优化调度方法，其特征在于，步骤三中，含氢电力系统优化运行模型依据不同机组组合方法建立，若采用两阶段鲁棒优化方法建立，则日前阶段的目标函数为火电机组的运行成本、电解水制氢厂运行成本，约束条件为火电机组约束与制氢厂约束(1)
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【专利技术属性】
技术研发人员：邵成成，倪瓒，黄欣，王亚群，王秀丽，王锡凡，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：