【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电氢融合枢纽进行惯量响应和一次调频的控制领域，具体涉及一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法。
技术介绍
1、氢能具有物质和能量双重属性，能量属性可支撑长时电力需求，保证电力系统实时功率平衡，物质属性可提供长时储能需求，支撑更长周期能源保供能力。因此，氢能有效弥补了电能作为二次能源的局限性。同时，电可以打破氢能多场景高效综合利用的瓶颈。因此，构建“以电为主，电氢融合”的能源枢纽成为支撑新型电力系统灵活调节的重要手段。
2、在电氢融合枢纽中主要由新能源和氢能装置构成，这些设备接一般是通过电力电子接入电网，高电力电子化导致发电设备和系统解耦，系统的惯量大幅度降低，使得系统频率对扰动更敏感。所以大扰动可能导致较高的初始频率变化率，使得频率下降到不可接受的水平并产生级联效应进而导致停电事故。
3、考虑到低惯量带来的危害，为了保证电力系统具备足够转动惯量，虚拟惯量的概念被引入，通过结合逆变器与虚拟惯量控制算法，达到类似同步发电机调频调压的作用，以满足电氢融合枢纽进行惯量响应的需求。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法。本专利技术提供在新能源渗透率增加以及电力系统与氢能结合背景下的惯量控制方法，通过分析电氢枢纽系统结构与工作原理，构建电氢枢纽系统总体结构与数学模型后，将虚拟同步机控制技术应用到系统中，得到一种匹配电氢枢纽系统的vsg控制策略，为缓解传统vsg控制方案备用容量不足等问题，结合电氢枢纽系
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，包括：
4、构建新能源发电单元、电解槽单元、燃料电池单元、蓄电池单元耦合于直流母线的电氢能源枢纽结构，并建立电氢能源枢纽各单元的数学模型；
5、将上述数学模型通过电力电子设备以及线路组成电氢能源枢纽系统，根据电氢能源枢纽结构构建相应的电氢能源枢纽vsg控制策略；
6、根据燃料电池、电解槽与蓄电池状态对所述电氢能源枢纽结构进行改进，得到vsg自适应控制策略。
7、进一步地，所述构建新能源发电单元、电解槽单元、燃料电池单元、蓄电池单元耦合于直流母线的电氢能源枢纽结构，并建立电氢能源枢纽各单元的数学模型具体包括：
8、根据电氢能源枢纽组成及设备间连接方式构建电氢能源枢纽结构，风力发电单元、光伏发电单元、燃料电池、电解槽与蓄电池通过变流器汇集于直流母线，并通过逆变器连接电网；
9、电氢能源枢纽结构的各单元的能量流入与流出导致直流母线电压的上升与下降，为维持直流母线电压稳定与系统输入输出功率平衡，控制中心根据各单元运行状态发出控制指令，控制各单元协调运行；其中所述直流母线电容电压方程为：
10、
11、其中，cdc、udc分别为直流母线电容和电压，单位为v；iw、ipv、ibat、ifuel分别为从风电、光伏、蓄电池流入的电流，单位为a；iel、iload分别为流入电解槽以及网侧变流器的电流，单位为a；
12、结合各单元的种类与技术特点，完成风电发电单元、光伏发电单元、燃料电池、电解槽、蓄电池、储氢罐的设备选型，并建立各单元的数学模型。
13、进一步地，所述燃料电池选用pem燃料电池，pem燃料电池对应的内电压方程为：
14、
15、其中，ecell为燃料电池内电压；e0,cell为标准状态下的标准参考电位，单位为v；r为气体常数，取值8.3143j/(mol·k)，单位为t为温度，单位为k；f为法拉第常数，取值96485c/mol；为氢气分压，单位为pa；为氢气分压，单位为pa；ed,cell为燃料和氧化剂延迟影响电压；
16、燃料电池输出电压为：
17、ucell＝ecell-uact-uohm-uconc (11)
18、其中：
19、uact＝t·[a+bln(i)] (12)
20、uohm＝irohm (13)
21、
22、其中，uact、uohm、uconc和ucell为极化电压、欧姆电压、浓度电压和燃料电池输出电压，单位为v；i为电流，单位为a；a、b为塔弗方程常数项，单位为v/k；rohm为聚合物膜的电阻、膜与电极间电阻和电极间组成的集成电阻，单位为ω；z为参与电子数；ilimit为限制电流，单位为a；r为气体常数，取值8.3143j/(mol·k)，单位为t为温度，单位为k；
23、多个燃料电池单元通过串并联方式组成燃料电池堆，其输出功率pfuel为：
24、pfuel＝ufuelifuel (15)
25、其中：
26、ufuel＝ncucell (16)
27、ifuel＝nbicell (17)
28、其中，ufuel为燃料电池堆电压，单位为v；ifuel为燃料电池堆电流，单位为a；nc、nb分别为单元串联数与并联数。
29、进一步地，所述电解槽选用pem电解槽，其由多个电解室串联组成，多组电解槽再并联接入直流电源；
30、电解室端电压在任意温度下的电压-电流方程为：
31、ucell＝urev+uohm+uact (18)
32、其中：
33、
34、
35、
36、其中，urev、uohm和uact分别为可逆电压、欧姆过电压和极化过电压，单位为v；urev0为标准状态下的可逆电压，取值1.229v；p为工作压强，单位为bar；r1、d1为欧姆过电压系数，单位为ω·m2；r2为欧姆过电压温度系数，单位为ω·m2/℃；d2为欧姆过电压压强系数，单位为ω·m2/bar；acell为电解模块面积，单位为m2；icell为电解室电流，单位为a；t为电解液温度，单位为℃；s、t1、t2、t3为极化过电压系数，单位分别为v、m2/a、m2·℃/a、m2·℃2/a；
37、多个电解室通过串并联方式组成电解槽堆，其消耗功率pel为：
38、pel＝uelicell (22)
39、其中：
40、uel＝ncucell (23)
41、iel＝nbicell (24)
42、其中，uel为电解电压，单位为v；iel为电解电流，单位为a；nc、nb分别为电解室串联数与并联数；
43、电解槽堆产氢速率为：
44、
45、其中，vh2为产氢速率，即每秒钟产生的氢气摩尔量，单位为mol/s；ηf为法拉第效率，％；
46、碱性电解槽的电解效率由法拉第效率ηf表示为：
47、
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【技术保护点】
1.一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，所述构建新能源发电单元、电解槽单元、燃料电池单元、蓄电池单元耦合于直流母线的电氢能源枢纽结构，并建立电氢能源枢纽各单元的数学模型具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，所述燃料电池选用PEM燃料电池，PEM燃料电池对应的内电压方程为：
4.根据权利要求2所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，所述电解槽选用PEM电解槽，其由多个电解室串联组成，多组电解槽再并联接入直流电源；
5.根据权利要求2所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，采用气态储氢方式储存氢气，通过压缩机将制取的氢气送入储氢罐中；压缩机数学模型为：
6.根据权利要求2所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，所述将上述数学模型通过电力电子设备以及线路组成电氢能源枢纽系统，根据电氢能源枢纽结构构建相应的电氢能源枢纽VSG控制
7.根据权利要求6所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，所述根据燃料电池、电解槽与蓄电池状态对所述电氢能源枢纽结构进行改进，得到VSG自适应控制策略具体包括：
8.一种电氢能源枢纽自适应控制装置，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制装置，其特征在于，所述电氢能源枢纽基础仿真模型模块中，根据电氢能源枢纽枢纽组成及设备间连接方式构建电氢能源枢纽结构，风力发电单元、光伏发电单元、燃料电池、电解槽与蓄电池通过变流器汇集于直流母线，并通过逆变器连接电网；
10.根据权利要求8所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制装置，其特征在于，所述电氢能源枢纽VSG控制策略模块实现：
...【技术特征摘要】
1.一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，所述构建新能源发电单元、电解槽单元、燃料电池单元、蓄电池单元耦合于直流母线的电氢能源枢纽结构，并建立电氢能源枢纽各单元的数学模型具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，所述燃料电池选用pem燃料电池，pem燃料电池对应的内电压方程为：
4.根据权利要求2所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，所述电解槽选用pem电解槽，其由多个电解室串联组成，多组电解槽再并联接入直流电源；
5.根据权利要求2所述的一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法，其特征在于，采用气态储氢方式储存氢气，通过压缩机将制取的氢气送入储氢罐中；压缩机数学模型为：
6.根据权利要求2所述的一种电氢能源枢纽自...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁铁江，张江飞，胡辰康，滕越，王缔，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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