【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式发电技术、电解水制氢技术、虚拟电厂，特别涉及一种阶梯式碳交易下基于氢储能的虚拟电厂调度优化方法。
技术介绍
1、以往小规模分布式清洁能源发电并入主电网能够减少计划的火力发电及系统的碳排放量，但随着风电、光伏为主的大规模清洁能源部署与高比例并网，其间歇性和随机性对电网的安全稳定造成巨大冲击。以虚拟电厂(virtual power plant,以下简称vpp)的形式参与电力市场能够解决风光分布式能源发电参与市场运营出力不可控、随机波动的问题。作为一种新型电源协调管理系统，vpp通过信息技术和软件系统，实现分布式电源、储能、可调负荷等多种分布式资源的聚合和协同优化，能够有效应对系统内清洁能源的出力不确定性，促进新能源消纳，提高系统并网质量，发挥新型电力系统经济-环境效益。
2、目前关于vpp的调度研究中，大多以储能电池消纳风光发电并响应负载需求进行电能调配，传统电网调度对大规模新能源并网考虑不足且没有将氢储能作为有效调控单元。作为二次能源的理想能源载体，氢能可以融合利用风力、光伏等可再生能源发电以及传统火力发电实现基于氢储能的新型电力系统能量调配。vpp作为场级单元聚合形式，可实现风电场、光伏电站、火电机组、氢储能电站以及负载用户的功率调度。其中，氢储能电站是一种利用氢气作为能源储存并产生电能的设施，通常由一个或多个氢气储存装置、电解水设备、燃料电池系统和发电机组成。面向氢储能电站的vpp能够根据实时出力情况优化虚拟电厂内部资源协调运行。随着储能电池与氢储能的成本差值在应用中不断减小，在vpp优化调度中
3、因此对于vpp场级能量调度经济性运行必需考虑碳交易成本，实现面向碳中和的能源转型，提高系统调度经济性和稳定性。
4、目前，国内外已有大量相关文献研究基于氢储能的虚拟电厂调度或考虑碳排放权交易的虚拟电厂调度，提出了研究点不同的经济性调度系统。
5、1、方铭等人在申请号为202111149932.9，名称为“一种考虑电制氢系统的虚拟电厂建模方法”的专利申请中提供了一种考虑电制氢系统的虚拟电厂建模方法，通过构建电制氢系统、新能源、需求响应、燃气轮机以及储能虚拟模型，并将上述虚拟模型聚合后生成以系统调度总成本最小化为总目标函数的虚拟电厂模型，并构建所述虚拟电厂模型的约束条件。但该模型未考虑补充氢转电环节实现氢储能聚合形成vpp，提升新能源消纳及vpp电力调度能力。
6、2、在题为“基于碱性电解槽宽功率适应模型的风光氢热虚拟电厂容量配置与调度优化”的文章中，作者刘雨佳构建了基于碱性电解槽宽功率适应模型的风光氢热虚拟电厂模型，使用氢储能替代传统储能电池储能系统，实行热电联供并将电解槽产生氧气出售，在此基础上，使用改进多路无网格光线寻优算法对各设备出力调度与设备容量配置进行优化。但该模型未考虑采用阶梯式碳交易机制，仅使用西北地区电网电能碳排放因子约为0.81kg/kwh粗略计算系统购电产生的碳排放量，通过对比分析电解槽宽功率适应模型在降低碳排放量上的效果。
7、3、在题为“research on multi-market strategies for virtual power plantswith hydrogen energy storage”的文章中，作者wenyu z等构建了考虑内外相互作用机制的两阶段模型。第一阶段模型基于内部资源互补特性，优化可再生能源运行、灵活负荷、提取存储、氢储能系统；第二阶段模型优化竞价策略，实现电能市场、辅助服务市场和氢能市场总收入最大化。最后根据典型场景验证策略的合理有效。文章全面考虑了配备售氢功能的氢储能系统与售电的最优竞价决策及其功率分配，但该双层模型未考虑虚拟电厂运行过程中的环境影响，在经济性大规模调度中未计及碳交易机制，仅为氢-电混合储能提供高效竞价策略。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种面向氢储能电站的虚拟电厂调度优化方法，以解决：风光分布式发电单独参与市场运行时出力不可控、随机波动等问题；现有结合氢储技术的vpp调度研究，缺乏考虑电-氢环节与售氢环节的综合利用，在vpp改善电力系统调配电网灵活性，提升系统经济效益方面有待改进的问题；现有vpp优化调度技术中较少考虑阶梯式碳交易机制，在降低碳排放量并增加经济-环境效益能力方面需要进一步提升的问题。
2、本专利技术面向氢储能电站的虚拟电厂调度优化方法包括：
3、1)构建与现实中由分布式场级单元聚合构成的电网系统架构相符的虚拟电厂，所述虚拟电厂中虚拟的场级单元包括光伏电站、风电场、火力发电机组、储能电池组、氢储能电站和高负荷负载；氢储能电站包括电解水制氢的电解槽、储氢罐和氢燃料电池；
4、2)建立虚拟电厂中各场级单元的数学模型，包括：
5、建立光伏电站的数学模型如下：
6、
7、
8、其中ppv,t是光伏电站的输出功率，ppv,n是光伏发电的额定容量，gt是在t期间的太阳辐射强度，gref为参考照射强度，α为温度系数，tt为周期t期间光伏电池的工作温度，tref为光伏电池的工作参考温度，te为时间t时的环境温度；建立风电场的数学模型如下：
9、
10、pwt,t＝nwt×pw,t (4)
11、pwt,rated＝nwt×pwind,rated (5)
12、其中，pwt,t是t时刻风电场的输出功率，nwt是风电场并网风机的台数，pw,t是单台风机的输出功率，pwind，ratrd是风机的额定功率pwt,rated是风电场的额定功率，vw,t是风机在t时刻的运行风速，vrated是风机的额定风速，vin为切入风速，vout为切出风速；
13、建立火力发电机组成本的数学模型如下：
14、
15、其中，ccdg表示火力发电机组成本，pcdg,t是火力发电机组在时间t时的发电量；βcdg是火力发电机组工作状态固定成本；mcdg,t为布尔变量，mcdg,t值为1表示火力发电机组在工作状态，mcdg,t值为0时表示火力发电机组在非工作状态；γi为火力发电机组运行过程中二阶成本函数分段线性化后的第i段成本系数；μon/off为火力发电机组启停成本系数，kcdg,t是布尔变量，启动状态值为1，关机状态值为0；t为系统运行时间，值为24小时；
16、建立储能电池组的数学模型如下：
17、
18、其中，soct为储能电池在t时荷电状态，soct0为t0时的储能电池的充电状态，pch,t和pdis,t分别是在时间t时储能电池的充电和放电功率，nch是储能电池的充电效率，ndis是储能电池的放电效率，pbat,rated是储能电池额定容量；δt表示vpp运行时间步长；
19、建立氢储能电站的数学模型如下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.面向氢储能电站的虚拟电厂调度优化方法，其特征在于：包括：
【技术特征摘要】
1.面向氢储能电站的虚拟电厂调...
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