考虑电-氢-热互补的微网系统及其多目标优化配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑电

【技术实现步骤摘要】
考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统及其多目标优化配置方法


[0001]本专利技术属于综合能源技术，特别涉及了一种考虑电
‑
氢
‑
热多能互补的微网容量多目标优化配置方法
。

技术介绍

[0002]随着分布式可再生能源装机快速增长以及用户侧负荷的多样性变化，终端侧电网面临诸多问题与挑战
。
在该背景下，新能源微网应运而生，其以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化
、
分散式的供能网络
。
微网是智能电网的重要组成部分，能实现内部可再生能源的高效利用，也可以为电网以及用户提供清洁能源供应，是电
、
热
、
气耦合的综合能源系统
。
储能是微网中必不可少的重要组成部分，目前多以常规的蓄电池等电化学储能为主，但电化学储能存在储能时间短，容量规模等级小等不足，目前主要用于电网调频调峰
、
平滑新能源出力波动性，实现小时级别的短周期响应与调节，无法适用于大容量可再生能源消纳与存储，也无法进行不同能源间的转化，对于提高微网的综合能效作用有限
。
针对上述问题，学术界将具有储能容量大
、
储存时间长
、
清洁无污染等优点的氢能技术应用于终端用户电网，在新型电力系统“源
、
网
、
荷”各环节中发挥优势
。
首先，在新能源消纳方面，利用可再生能源电解制氢
/
储氢可有效提升电网消纳新能源的能力
。
其次，在电网辅助调节方面，利用氢能电站快速响应能力，可实现输入功率秒级
、
毫秒级响应，同时可适应
10
％
—150
％的宽功率输入，为电网提供调峰调频服务，提高电力系统安全性
、
可靠性
、
灵活性，是构建零碳电网和新型电力系统的重要手段
。
最后，在综合能源利用方面，氢能作为灵活高效的二次能源，在能源消费端可以利用电解槽和燃料电池，通过电氢转换，实现电力
、
供热
、
燃料等多种能源网络的互联互补和协同优化，推动分布式能源发展，提升终端能源利用效率，拓展电能综合利用途径
。
除此之外，加快发展氢能产业，也是应对全球气候变化
、
实现碳达峰
、
碳中和目标
、
保障国家能源安全和实现经济社会高质量发展的战略选择
。
在技术
、
成本
、
政策等推动下，氢能作为连接可再生能源的纽带和电力储能介质成为可能，在以新能源为主体的新型电力系统中扮演着越来越重要的角色
。
[0003]鉴于氢能上述优势，可以从储能方面，将其应于与微网中，可以将弃风弃光电解制氢储存，适用于长期调峰技术
。
并且，在大容量长周期调节的场景中，氢储能在技术经济性上更具有竞争力
。
然而，目前氢能利用成本还普遍较高，如何通过优化配置技术来降低其在微网不同应用场景中的成本，提高系统综合能效是推动氢能技术在综合能源系统中发展的关键
。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供一种电
‑
氢
‑
热多能互补的微网容量多目标优化配置方法
。
本研究提出的以氢储能
、
风光机组为核心的电
‑
氢
‑
热多能互补的微网结构和电
‑
氢
‑
热多能互补的微网容量多目标优化配置模型，可以有效解决高
比例风光资源应用场景下社区微网的弃风弃光现象，提高社区能源自治性
。
最后，通过改进
SAPSO
算法，该方法可以获得经济性条件下的最优解
。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统，该系统包括：分布式电源
、
储能装置
、
电
‑
氢
‑
热装置和用户负荷
、
控制系统；
[0007]所述分布式电源包括风电机组
、
光伏机组；
[0008]所述储能装置包括蓄电池
、
储氢罐
、
储热罐；
[0009]所述电
‑
氢
‑
热装置包括电解槽电解水制氢装置
、
燃料电池
、
氢锅炉；
[0010]所述控制系统用于确定提供给用户负荷和风机发电用来制氢的功率
、
光伏功率，当发电系统功率大于用电负荷功率时，储能系统吸收剩余部分功率，将剩余功率分配给电解槽或蓄电池；
[0011]当发电系统功率无法满足用电负荷所需功率时，储能系统释放能量，蓄电池组或燃料电池放电，提供系统缺额功率，满足系统功率平衡
。
[0012]一种上述述考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统的多目标优化配置方法，该方法包括如下步骤：
[0013](1)
确定考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统的多目标优化配置方法的目标函数
[0014]以微网中风电机组
、
光伏机组
、
储能装置和电
‑
氢
‑
热装置的容量为决策变量，目标函数由系统的年均总费用最小
、
负荷缺电率最小以及可再生能源消纳率最大构成，具体的目标函数如下公式：
[0015][0016]其中，其中
C
init
表示考虑电
‑
氢
‑
热耦合系统的规划建设成本，包括待配置设备的固有安装成本，
C
oper
表示考虑待配置设备的运行维护成本
、
可再生能源补贴成本和电
‑
氢
‑
热耦合系统带来的年收益，
C
rep
表示考虑待配置设备的置换成本
、
设备生命周期结束时的折旧收入；
n1表示规划建设周期内不满足用电负荷需求的采样点数量，
k
表示系统中可再生能源类型数目，
P
i
(t)
表示第
i
种类型可再生能源
t
时刻的输出功率，
P
load
(t)
表示电负荷功率，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统，其特征在于，该系统包括：分布式电源
、
储能装置
、
电
‑
氢
‑
热装置和用户负荷
、
控制系统；所述分布式电源包括风电机组
、
光伏机组；所述储能装置包括蓄电池
、
储氢罐
、
储热罐；所述电
‑
氢
‑
热装置包括电解槽电解水制氢装置
、
燃料电池
、
氢锅炉；所述控制系统用于确定提供给用户负荷和风机发电用来制氢的功率
、
光伏功率，当发电系统功率大于用电负荷功率时，储能系统吸收剩余部分功率，将剩余功率分配给电解槽或蓄电池；当发电系统功率无法满足用电负荷所需功率时，储能系统释放能量，蓄电池组或燃料电池放电，提供系统缺额功率，满足系统功率平衡
。2.
一种权利要求1所述考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统的多目标优化配置方法，该方法包括如下步骤：
(1)
确定考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统的多目标优化配置方法的目标函数以微网中风电机组
、
光伏机组
、
储能装置和电
‑
氢
‑
热装置的容量为决策变量，目标函数由系统的年均总费用最小
、
负荷缺电率最小以及可再生能源消纳率最大构成，具体的目标函数如下公式：其中，其中
C
init
表示考虑电
‑
氢
‑
热耦合系统的规划建设成本，包括待配置设备的固有安装成本，
C
oper
表示考虑待配置设备的运行维护成本
、
可再生能源补贴成本和电
‑
氢
‑
热耦合系统带来的年收益，
C
rep
表示考虑待配置设备的置换成本
、
设备生命周期结束时的折旧收入；
n1表示规划建设周期内不满足用电负荷需求的采样点数量，
k
表示系统中可再生能源类型数目，
P
i
(t)
表示第
i
种类型可再生能源
t
时刻的输出功率，
P
load
(t)
表示电负荷功率，
P
bd
(t)
表示蓄电池放电功率，
P
fc
(t)
表示燃料电池输出电功率，
P
drump
(t)
表示系统在
t
时刻的缺电功率；
n2表示规划建设周期内存在弃风弃光的采样点数量，
P
bc
(t)
表示蓄电池充电功率，
P
ele
(t)
表示电解槽输入功率，
P
loss
(t)
表示系统在
t
时刻的可再生能源损失功率；
(2)
设置考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统的多目标优化配置方法的约束条件所提出的优化配置方法的约束条件包括：决策变量容量约束，储能状态约束，机组出力约束，功率平衡约束以及氢气供需平衡约束
。3.
根据权利要求2所述考虑电
‑
氢
‑
热互补的微网系统的多目标优化配置方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕振宇，丁磊，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：