【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风电的消纳和综合能源系统优化调度领域，具体为一种多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度模型。
技术介绍
1、目前对可再生能源进行大规模的开发与利用，风电并网容量也在不断攀升。高比例风电并网对系统的电能质量维护、调峰和安全稳定运行产生了更大的挑战。为维护系统的稳定并尽可能消纳风电，这需要燃煤火电机组由稳定工况为主向变负荷工况为主转变。然而，过快的变负荷速率将缩短燃煤机组的寿命，且在机组的瞬态过程中运行效率低下，燃料的不充分燃烧也将加剧环境污染。因此，消纳风电的同时降低燃煤机组的出力波动值得进一步研究。
2、在当前综合能源系统发展迅速的背景下，通过储能技术消纳风电并降低燃煤机组的出力波动充满前景。氢储能作为一种解决新能源消纳问题的有效储能技术，其制氢和用氢技术发展至今已趋于多样化。主流的电解槽有三种，包括碱性电解槽(aec)、质子交换膜电解槽(pemec)和固体氧化物电解槽(soec)，这三者分别在使用成本、灵活性和效率方面各有优势；燃料电池有两种，包括质子交换膜燃料电池(pemfc)和固体氧化物燃料电池(sofc)，分别在灵活性和效率方面各有优势。
3、上述各类型制氢和用氢技术之间可以特性互补，提高整体系统的性能。多类型电解制氢系统相对于单一类型的系统可同时兼顾运行灵活性和效率，并根据特定地区的风光环境，调节各类型设备的运行比例，实现对波动风光的灵活消纳。然而，目前对于多类型电解槽和燃料电池的协调调度未从多时间尺度协调优化角度展开研究，未将不同类型之间的启动时间、调节能力、运行效率和使
4、由于单个电解槽和燃料电池机组的容量较小，大型综合能源系统一般使用多个机组组合运行。目前已有针对电解槽阵列组合运行的研究，然而关于多类型电解槽和燃料电池的多状态切换问题鲜有涉及。缺少待机状态的切换将使启停能力较弱、启停次数有限制的设备在不需要工作的时间内长时间运行于工作状态，这也会增加设备工作于低负载率低效率的时间，造成了资源浪费，也降低了氢储能系统的使用寿命，增加了系统的运行成本。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对上述问题，本专利技术提出一种多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度模型，构建综合能源系统，所述综合能源系统为现有的风电系统和火电综合发电组网模型基础上增设氢储能系统以消纳风电并降低燃煤机组的出力波动，氢储能系统包括电解槽、燃料电池和储氢罐，以降低燃煤发电机组出力波动、消纳风电；建立电解槽和燃料电池的状态转换模型以及氢气和电能的产出、存储与消耗模型，再分析氢储能系统中不同类型电解槽与燃料电池的运行特性，将不同类型电解槽和燃料电池的时间特性与综合能源系统的调度时间尺度相匹配，构建了电氢综合能源系统多时间尺度调度策略模型；
2、具体包括以下步骤：
3、步骤1：建立电解槽和燃料电池的状态转换模型，以及氢气和电能的产出、存储与消耗模型；电解槽包含固体氧化物电解槽、质子交换膜电解槽和碱性电解槽，燃料电池包含固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池；
4、步骤2：根据电解槽和燃料电池的状态转换模型分析各类型电解槽和燃料电池的运行特性，电解槽和燃料电池的状态转换模型包含冷启动时间、热启动时间、待机功率、启停次数和动态性能；
5、步骤3：将各类型电解槽和燃料电池的运行特性与综合能源系统的调度时间尺度相匹配，建立多类型电解槽与燃料电池协同运行的电氢综合能源系统多时间尺度调度模型，包含每个调度周期内日前，日内、实时阶段的目标函数和约束条件，以消纳风电和降低火电机组出力波动为目标，制定出火电机组和风电机组的出力计划，以及各类型电解槽和燃料电池的启停和运行功率。
6、利用下式求解电解槽和燃料电池的运行特性约束：
7、
8、式中：和分别为选用电解槽与燃料电池的停机状态、工作状态、待机状态、冷启动状态、热启动状态和关机状态；m为电解槽与燃料电池的类型；k为各类型设备的编号；t为单位运行时段；
9、利用下式求解固体氧化物电解槽soec、固体氧化物燃料电池sofc和碱性电解槽aec的启动延迟：
10、
11、式中：se、sf、ae分别表示固体氧化物电解槽soec、固体氧化物燃料电池sofc和碱性电解槽aec；timin表示启动延迟时间；
12、电解槽和燃料电池需要满足行状态互斥约束，电解槽和燃料电池不能同时处于工作状态、待机状态和停机状态，利用下式表示：
13、
14、限制调度周期内电解槽和燃料电池总启停次数进行，以延长电解槽和燃料电池的寿命，利用下式求解电解槽和燃料电池在调度周期内的最大启动和关停次数：
15、
16、式中，和分别为各类型电解槽和燃料电池在调度周期内的最大启动和关停次数。
17、进一步，氢储能系统中氢气的产生、存储与消耗模型表示如下：
18、电解槽的氢气产生模型如下：
19、
20、联立上式得：
21、
22、式中，为e类电解槽设备序号为k的第t个时间段对应的制氢量；为相应电解槽机组的工作电流；为相应电解槽机组的工作功率；为相应电解槽机组的工作效率；f＝96485c/mol为法拉第常数；uhhv＝1.48v为热中性电压；α＝80.64为单位时间段制氢量单位mol/s到m3/h的换算系数；
23、燃料电池的氢气消耗模型为
24、
25、联立上式得：
26、
27、式中，为f类燃料电池设备序号为k的第t个时间段对应的氢气消耗量；为相应燃料电池机组的工作功率；为燃料电池机组的待机功率；ptotal为输入氢能总功率；δh＝285.5kj/mol为氢气的焓变；
28、利用下式求解储氢罐的存储模型：
29、
30、式中，为t0时刻储氢罐储氢量；为储氢罐进口氢气变化率；为储氢罐出口氢气变化率；
31、将储氢罐当前储氢量与最大储氢量的比值定义为储氢状态百分数，表示为
32、
33、式中，为t时刻储氢罐储氢量；为储氢罐最大储氢量；
34、由于每个调度周期的初始储氢量应为相同，因此设置储氢罐调度周期的始末储氢量都为储氢罐最大储氢量的0.5倍，便于稳定运行：
35、电解槽消耗的电能和燃料电池产生的电能关系模型：
36、
37、
38、式中，和分别为电解槽和燃料电池的工作最小功率；和为电解槽和燃料电池的工作最大功率；为电解槽的待机功率。
39、进一步，所述步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度模型，其特征在于，构建综合能源系统，所述综合能源系统为现有的风电系统和火电综合发电组网模型基础上增设氢储能系统以消纳风电并降低燃煤机组的出力波动，氢储能系统包括电解槽、燃料电池和储氢罐，以降低燃煤发电机组出力波动、消纳风电；建立电解槽和燃料电池的状态转换模型以及氢气和电能的产出、存储与消耗模型，再分析氢储能系统中不同类型电解槽与燃料电池的运行特性，将不同类型电解槽和燃料电池的时间特性与综合能源系统的调度时间尺度相匹配，构建了电氢综合能源系统多时间尺度调度策略模型；
2.根据权利要求1所述的多类型电解槽和燃料电池的能量转换模型，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的多类型电解槽和燃料电池的能量转换模型，其特征在于，氢储能系统中氢气的产生、存储与消耗模型表示如下：
4.根据权利要求1所述的多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度模型，其特征在于，所述步骤2中分析各类型电解槽和燃料电池的运行特性具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度
6.根据权利要求5所述的多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度模型，其特征在于，具体的：
7.一种多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度模型的存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载以执行权利要求1-7任一一条权利要求所述的多时间尺度调度模型。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器电性连接，所述存储器用于存储指令和数据，所述处理器用于执行权利要求1-7任一一条权利要求所述多时间尺度调度模型的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度模型，其特征在于，构建综合能源系统，所述综合能源系统为现有的风电系统和火电综合发电组网模型基础上增设氢储能系统以消纳风电并降低燃煤机组的出力波动，氢储能系统包括电解槽、燃料电池和储氢罐，以降低燃煤发电机组出力波动、消纳风电；建立电解槽和燃料电池的状态转换模型以及氢气和电能的产出、存储与消耗模型，再分析氢储能系统中不同类型电解槽与燃料电池的运行特性，将不同类型电解槽和燃料电池的时间特性与综合能源系统的调度时间尺度相匹配，构建了电氢综合能源系统多时间尺度调度策略模型；
2.根据权利要求1所述的多类型电解槽和燃料电池的能量转换模型，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的多类型电解槽和燃料电池的能量转换模型，其特征在于，氢储能系统中氢气的产生、存储与消耗模型表示如下：
4.根据权利要求1所述的多类型电解槽与燃料电池协同运行的多时间尺度调度模型，其特征在于，所述步骤2中分析各类型电解槽和燃料电池的运行特性具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的多类型电解槽与燃料电池协...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩丽，王施琪，陈硕，程颖洁，王晓静，袁志鑫，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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