一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法技术方案

本发明专利技术属于综合能源系统配置优化领域，本发明专利技术公开了一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法，包括以下步骤：步骤1：根据系统特征，建立含碳交易的风光氢储综合能源系统数学模型；步骤2：对模型建立约束条件，约束条件包括但不限于系统功率平衡约束

【技术实现步骤摘要】
一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统配置优化领域，更具体地说，本专利技术涉及一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法
。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁能源，具备大容量
、
高密度
、
低排放，对环境无污染，且制氢设备使用寿命长等优点，风光氢储综合能源系统已成为目前多能互补系统重点研究的电力系统，对其系统容量配置优化方法是其研究的重点
。
对微电网的合理容量配置是微电网设计的关键，随着风电
、
光伏等不确定性分布式能源装机容量的增加，对系统的容量配置与运行风险带来挑战
。
[0003]当前对风光氢储系统容量配置优化研究大多只考虑单一利益主体，随着碳达峰
、
碳中和目标的提出，少部分研究将碳交易成本纳入考虑之中，鲜有考虑碳交易成本的同时考虑碳减排收益并兼顾多投资方利益的容量配置优化方法
。
[0004]鉴于此，本专利技术提供了一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法
。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的问题，本专利技术提出一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法，针对光伏
、
风电出力的不确定性，引入弃风弃光惩罚因子，减少系统弃风弃光率，寻求更加合理的系统容量配置方案，提高能源的利用率
。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：根据系统特征，建立含碳交易的风光氢储综合能源系统数学模型；
[0008]步骤2：对模型建立约束条件，约束条件包括但不限于系统功率平衡约束
、
电解氢装置功率约束
、
氢燃料电池功率约束和储氢量约束；
[0009]步骤3：以等年值进行分析计算，建立含碳交易成本与收益的各投资方利益目标函数；
[0010]步骤4：利用粒子群算法对多投资方博弈模型求解，确定各投资方收益最大的
Nash
均衡点，对各投资方容量配置单独优化，各投资方依据其他投资方第
i
‑1轮的容量配置策略，以利益最大化为优化目标，得出自身第
i
轮的容量配置方案
。
[0011]优选地，所述系统特征包括但不限于投资方的购售电费用
、
设备投资成本
、
运行维护成本
、
弃风弃光惩罚成本以及碳交易成本与收益；所述投资方包括但不限于光伏电站
、
风电场和氢储系统
。
[0012]优选地，约束条件包括但不限于系统功率平衡约束
、
电解氢装置功率约束
、
氢燃料电池功率约束和储氢量约束；
[0013]其中：系统功率平衡约束公式为：
[0014]P
wt
+P
pv
+P
Hs
+P
buy
‑
P
sell
＝
P
load
；
[0015]电解氢装置功率约束公式为：
[0016][0017]氢燃料电池功率约束公式为：
[0018][0019]储氢量约束公式为：
[0020][0021]优选地，所述各投资方利益目标函数如下所示：
[0022]F
x
＝
C
x,sell
‑
C
x,buy
‑
C
x,inv
‑
C
x,run
‑
C
x,waste
+C
x,c
；
[0023]式中：
F
x
为第
x
个投资方的总收益等年值；
C
x,sell
为第
x
个投资方的卖电收益；
C
x,buy
为第
x
个投资方的买电成本；
C
x,inv
为第
x
个投资方的设备投资成本等年值；
C
x,run
为第
x
个投资方的运行维护成本等年值；
C
x,waste
为第
x
个投资方的弃光弃风惩罚成本；
C
x,c
为第
x
个投资方的碳交易收益
。
[0024]优选地，设备投资成本对应的等年值公式如下：
[0025][0026][0027][0028][0029][0030]式中：
N
wt
、N
pv
、N
ec
、N
hst
、N
fc
分别为风机
、
光伏阵列
、
电解氢装置
、
储氢罐
、
氢燃料电池的数量；
P
wt
、P
pv
、P
fc
分别为风机
、
光伏阵列
、
氢燃料电池的装机容量，
W
ec
为电解氢的产量，
E
hst
为储氢罐的容量；
d
为设备折旧率；
h
为设备使用年限
。e
wt
、e
pv
、e
ec
、e
hst
、e
fc
分别为风机
、
光伏阵列
、
电解氢装置
、
储氢罐
、
氢燃料电池的单位造价
。
[0031]优选地，设备运行过程中需要维护才能保证系统的稳定性，运行维护成本如下：
[0032][0033][0034][0035]式中：
C
wt,run
、C
pv,run
、C
Hc,run
分别为风机
、
光伏阵列
、
氢储系统的运行维护成本；分别为风机
、
光伏阵列
、
电解氢装置
、
储氢罐
、
氢燃料电池的单位功率运维成本
。
[0036]优选地，当系统供电量无法满足负荷需求时，需要从电网购电
。
系统供电量包含风
光供电，氢储系统发电
。
购电成本如下式：
[0037]P
buy
＝
P
load
‑
P
wt
‑
P
pv
‑
P
fc
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据系统特征，建立含碳交易的风光氢储综合能源系统数学模型；步骤2：对模型建立约束条件，约束条件包括但不限于系统功率平衡约束
、
电解氢装置功率约束
、
氢燃料电池功率约束和储氢量约束；步骤3：以等年值进行分析计算，建立含碳交易成本与收益的各投资方利益目标函数；步骤4：利用粒子群算法对多投资方博弈模型求解，确定各投资方收益最大的
Nash
均衡点，对各投资方容量配置单独优化，各投资方依据其他投资方第
i
‑1轮的容量配置策略，以利益最大化为优化目标，得出自身第
i
轮的容量配置方案
。2.
根据权利要求1所述的一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法，其特征在于，所述系统特征包括但不限于投资方的购售电费用
、
设备投资成本
、
运行维护成本
、
弃风弃光惩罚成本以及碳交易成本与收益；所述投资方包括但不限于光伏电站
、
风电场和氢储系统
。3.
根据权利要求2所述的一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法，其特征在于，约束条件包括但不限于系统功率平衡约束
、
电解氢装置功率约束
、
氢燃料电池功率约束和储氢量约束；其中：系统功率平衡约束公式为：
P
wt
+P
pv
+P
Hs
+P
buy
‑
P
sell
＝
P
load
；电解氢装置功率约束公式为：氢燃料电池功率约束公式为：储氢量约束公式为：
4.
根据权利要求2所述的一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法，其特征在于，所述各投资方利益目标函数如下所示：
F
x
＝
C
x,sell
‑
C
x,buy
‑
C
x,inv
‑
C
x,run
‑
C
x,waste
+C
x,c
；式中：
F
x
为第
x
个投资方的总收益等年值；
C
x,sell
为第
x
个投资方的卖电收益；
C
x,buy
为第
x
个投资方的买电成本；
C
x,inv
为第
x
个投资方的设备投资成本等年值；
C
x,run
为第
x
个投资方的运行维护成本等年值；
C
x,waste
为第
x
个投资方的弃光弃风惩罚成本；
C
x,c
为第
x
个投资方的碳交易收益
。5.
根据权利要求4所述的一种考虑碳交易的风光氢储系统容量配置优化方法，其特征在于，设备投资成本对应的等年值公式如下：在于，设备投资成本对应的等年值公式如下：
式中：
N
wt
、N
pv
、N
ec
、N
hst
、N
fc
分别为风机
、
光伏阵列
、
电解氢装置
、
储氢罐
、
氢燃料电池的数量；
P
wt
、P
pv
、P
fc
分别为风机
、
光伏阵列
、
氢燃料电池的装机容量，
W
ec
为电解氢的产量，
E
hst
为储氢罐的容量；
d
为设备折旧率；
h
为设备使用年限
。e
wt
、e
pv
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹华建，金凤花，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：