【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能配置领域，尤其涉及一种考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法。
技术介绍
1、随着大规模新能源并网和电力电子技术的发展，电网呈现“弱阻尼、低惯性”的特点，频率稳定性问题愈发突出。风光电解水制得的“绿氢”为清洁无污染能源，且灵活便于运输。无论是高压气态储氢还是低温液态储氢都具有能量密度高的特点，结合功率型储能高功率密度的优势，可用于维持电网运行稳定性。将氢储能引入高比例新能源系统中可以减少弃风弃光现象，促进可再生能源消纳，同时在电网有功功率缺额时通过燃料电池释放能量回馈给电网，维持电网频率运行稳定性。
2、针对储能参与电网调频控制方法或者是优化配置方法已有部分相关研究，储能参与电网调频优化控制方法可以在保证其soc的基础上最优化调节电网频率，优化氢储能容量配置可以提升氢储能参与电网调频的经济性。但前者是在已有配置的基础上提出调频优化控制策略，容易造成氢储能系统利用不充分，造成资源浪费；后者大多是将电网调频需求作为储能配置的约束条件，如：估计预想事故下的频率动态响应特性，构造最大暂态频率偏移的约束，将其作为优化目标函数中的约束条件，该配置方法未能考虑储能调频时功率输出的优化，对电网调频具体情况未进行详细考虑，且在相同容量配置下不同的控制策略对储能soc状态维持差别较大。因此提出在典型场景下考虑氢储能参与电网调频控制策略的基础上优化储能配置，可以在保证调频效果的前提下提高氢储能应用的经济性。
3、此外，相对其他储能设备，氢储能在氢电转换过程中，会产生大量热能，对热能的回收利用也是提高其运
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，以解决目前电网调频场景下储能容量配置未考虑实际调频控制策略而导致配置冗余的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术的一种考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法的具体技术方案如下：
3、本专利技术提出了一种新的电网调频场景下氢储能容量配置方法，该方法将氢储能氢电转换过程中的电-氢-热耦合关系、氢储能和功率型储能参与电网调频的协调控制策略均引入优化配置模型中，可使氢储能容量配置更加精准，且符合实际电网调频应用。所提方法的具体步骤可总结为：考虑氢电转换建立含氢储能的区域电网模型；分析氢电转换过程中的电、氢、热耦合关系，提出将氢电转换过程中产生的热能进行再次回收利用，并将氢电转换过程中的能量损失作为氢储能容量优化的评价指标之一；提出氢储能和功率型储能参与电网调频的协调控制策略，该控制策略兼顾氢储能和功率型储能的优势，且调频控制系数随储能soc状态自适应变化，可以保证电网频率稳定性的同时提高储能的循环使用寿命；在氢储能和功率型储能协调优化控制策略的基础上，建立双层优化配置模型，对氢储能的容量配置进行优化。外层为容量配置模型，内层为调频仿真模型。将外层容量配置方案依次传递给内层调频仿真模型，然后内层模型在给定配置下进行仿真，将仿真得到的频率波动数据作为输出再传递给外层优化配置模型，计算目标函数，迭代寻优可得到氢储能的最优容量配置。
4、一种考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，包括以下步骤：
5、步骤s1、建立含传统发电机组模型、风光发电模型、氢储能模型、功率型储能模型、负荷模型的区域电网模型，所述氢储能模型包括电转氢的电解槽模型、氢转电的燃料电池模型及储氢装置；
6、步骤s2、分析燃料电池模型和电解槽模型在典型风光数据下仿真得到的氢、电能和热能的数据，建立电-氢-热耦合模型，通过数据拟合得到热、电、氢之间的耦合关系；
7、步骤s3、考虑调频优化控制策略的氢储能容量双层优化配置，外层为容量配置模型，内层为调频仿真模型；将外层n个容量配置参数依次传递给内层调频仿真模型，在ehssn＝ei(i＝1，2，...,n)的配置下进行典型功率波动场景下频率响应仿真，将得到的频率波动作为输出再传递给外层优化配置模型的目标函数，计算ehssn＝ei时的目标函数值，迭代寻优可得到氢储能的最优容量配置；
8、步骤s3-1、内层模型双层优化功率输出控制：
9、通过集合经验模态分解和希尔伯特-黄变换对原始功率波动进行频率分析，得到氢储能和功率型储能响应的分界频率，高于分界频率的部分由功率型储能响应，低于分界频的部分由氢储能响应，进行初步的功率分配；再根据氢储能和功率型储能的荷电状态自适应调整其调频控制系数，再次优化储能出力；
10、步骤s3-2、外层模型优化氢储能容量配置：
11、根据内层模型调频控制结果计算频率偏移情况，以频率偏移最小、氢储能建设和运维成本最低、氢电转换过程中能量损失最小、调频综合效益最高进行多目标优化，添加氢储能和功率型储能功率、容量约束、爬坡约束、soc边界约束，利用改进鲸鱼算法迭代寻优求解氢储能最优容量配置，所述改进鲸鱼算法是利用鲶鱼效应对全体最优和局部极值进行扰动，使得鲸鱼算法得以从局部最优中摆脱出来；
12、所采用优化算法：改进鲸鱼算法。为解决鲸鱼算法求解精度低、收敛速度慢和易陷入局部最优的缺点，利用鲶鱼效应对全体最优和局部极值进行扰动，使得鲸鱼算法得以从局部最优中摆脱出来。此外，利用非线性收敛因子更新包围捕食阶段、自适应权重策略与随机差分法变异策略预防陷入局部最优对鲸鱼算法进行改进。
13、氢储能优化配置目标函数：
14、
15、式中，α1、α2、…、α6为目标函数中各评价标准的权重值、δf为频率偏移、cinv为储能初始投资成本、com为氢储能运行维护成本、为电解槽能量损失成本、为燃料电池能量损失成本、efm为调频收益。
16、进一步，所述步骤s2包括以下步骤：
17、步骤s2-1、质子交换膜电解槽的电-氢-热耦合关系：
18、首先通过k-means聚类算法对一年内原始风光数据进行聚类分析，得到典型风光数据；然后，在典型风光出力下基于质子交换膜电解槽模型进行氢转电仿真，分析仿真数据结果的特征，发现电解槽的产氢速率和电解槽的运行温度、消耗电能呈多元线性关系；因此对其进行多元线性拟合分析，得到产氢速率和电解槽消耗电能及电解槽运行温度的关系；
19、
20、式中，为产氢速率，单位为g/s，为输入电功率，单位为kw，为电解槽运行温度，单位为摄氏度；
21、电解槽运行时产热与输入电功率、电解槽运行温度呈现多元线性关系，对其进行多元线性拟合；
22、
23、式中，为电解槽产热，单位为kw；
24、步骤s2-2、质子交换膜燃料电池的电-氢-热耦合关系：
25、在典型循环负载下，利用质子交换膜燃料电池将氢能转换成电能给负荷供电，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，所述步骤S3中的根据氢储能和功率型储能的荷电状态自适应调整其调频控制系数，再次优化储能出力，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，所述步骤S3-1-1中的集合经验模态分解，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，所述步骤S3-2包括以下步骤：
6.根据权利要求3所述的考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，所述步骤S3-1-1中的希尔伯特-黄变换用于计算分界频率，将低于分界频率的功率波动给氢储能进行响应，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的考虑电氢热耦合和电网调频策略的氢储能配置方法，其特征在于，所述步骤s3中的根据氢储能和功率型储能的荷电状态自适应调整其调频控制系数，再次优化储能出力，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的考虑...
【专利技术属性】
技术研发人员：董洪达，李成钢，周嘉辰，刘淇，曹慧，李沛，刘座铭，张家郡，李德鑫，张海锋，
申请(专利权)人：吉林省电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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