本发明专利技术公布了一种考虑季节性储氢的电‑气‑氢混联综合能源系统优化调度方法,考虑了电力系统季节性电量不平衡,提出了一种考虑季节性储氢和绿氢注入的电‑气‑氢混联综合能源系统优化调度模型,并基于逐次二阶锥松弛进行求解。首先,基于时间序列分解和场景聚类方法获取季节性典型场景;然后,基于电网直流潮流模型和掺氢天然气准动态流量/能量模型,构建电‑气‑氢混联综合能源系统运行模型;针对混氢‑天然气高维非凸非线性方程,采用逐次二阶锥松弛方法求解凸能流模型,实现了综合能源系统协同优化模型的高效精准求解。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及综合能源系统优化调度,特别是一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法。
技术介绍
1、新能源的出力的随机性和波动性特点,为新能源电力系统的电力电量平衡带来了挑战。目前发布的重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题中,明确了“适用于于新型电力系统的长周期储能方式”已成为当前工程技术难题。在此背景下,季节性储能技术作为大规模、长时间储能的重要方式,对于支撑高比例新能源消纳、电力能源系统的深度脱碳具有重要意义。氢储能具有能量密度高、存储时间长、广域空间范围内能量转移等优势,相比抽水蓄能、压缩空气储能等季节性储能方式,以地下盐穴储氢为代表的大规模氢储能更具发展前景。值得注意的是,季节性储氢加深了电-氢之间的能源耦合,为提升多能源系统的互补互济提供了支撑。另一方面,得益于能源脱碳需求,近年来氢能产业迎来重要发展机遇,然而缺乏成熟的氢气运输技术制约着当前氢能发展,天然气管道掺氢为氢能的大规模、远距离经济传输提供了可行方案。构建电-气-氢混联综合能源系统,一方面能够提升能源系统短期运行灵活性,另一方面可与季节性储氢结合,支撑电网长期运行。
2、基于此,电-气-氢混联综合能源系统优化调度需充分考虑以下两个方面:一是,含氢能源系统中,地下储氢适用于长期运行,而天然气管道掺氢更关注短期运行过程,应充分挖掘氢能在综合能源系统长短期协同运行中的灵活性;二是,对于电-气-氢混联综合能源系统协同调度需关注电制氢机组、管道掺氢的灵活运行,而在长短期协同运行、季节性储氢对于综合能源系统的经济价值分析方面也不容忽视。</p>
技术实现思路
1、专利技术目的:本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,计及了季节性储氢和管道掺氢,研究了电-气-氢混联综合能源系统长短期协同运行,实现多能系统的互补互济,采用了逐次二阶锥松弛求解方法进行模型求解,实现对非凸项的精准松弛。本专利技术旨在通过引入季节性储氢提升综合能源系统的整体经济性,挖掘氢能在综合能源系统长短期协同运行中的灵活性,实现氢能耦合下综合能源系统的高效经济稳定运行。
2、技术方案:为解决上述问题,本专利技术提出一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,该方法包括以下步骤:
3、步骤1、获取综合能源系统运行参数,所述运行参数包括发电机组、电制氢、线路、气源、管道、加压站、氢储能参数信息;
4、步骤2、获取电力系统各节点的电负荷、天然气系统各节点的气负荷及风光出力场景信息;
5、步骤3、针对电力系统用能的季节性特性,采用变分模态分解方法对电负荷和风光出力场景进行时间序列分解,得到电负荷和风光出力的季节性分量和随机波动分量,并采用k-medios算法进行场景聚类得到季节性典型场景;
6、步骤4、基于步骤3中季节性典型场景,获取综合能源系统运行约束,其中,计及电制氢机组和发电机组的备用能力,获取电力系统运行约束,计及天然气系统动态过程,获取天然气掺氢系统运行约束和季节性储氢约束;
7、步骤5、基于步骤4中获取的约束条件,以综合能源系统整体运行成本最小为优化目标,构建考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度模型,并采用逐次二阶锥松弛方法求解该模型,得到考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方案。
8、进一步的,步骤3中,采用k-medios算法进行场景聚类得到季节性典型场景的方法如下:
9、1)获取电负荷、风电、光伏出力场景信息;
10、2)采用变分模态分解分别对电负荷和风光出力场景的时间序列进行分解,得到各自的季节性分量和随机波动分量;
11、3)由电负荷的季节性分量减去风光出力的季节性分量,获取净负荷的季节性分量,将净负荷的季节性分量为负的场景定义为储氢场景,将净负荷的季节性分量为正的场景定义为放氢场景;根据电负荷和风光出力的随机波动分量,获取所有出力场景下电负荷和风光出力的随机波动分量的最大值和最小值,分别作为电负荷和风光出力波动的上限和下限;
12、4)由电负荷减去风光出力获取净负荷,采用k-medios聚类,针对不同场景下净负荷的差异,分别将储氢场景和放氢场景聚类成多个典型场景以得到季节性典型场景。
13、进一步的,步骤4中,综合能源系统运行约束为:
14、1)电力系统运行约束
15、
16、
17、
18、
19、
20、
21、
22、
23、
24、式中,下标s为调度场景,下标t为调度时刻,下标v为传统发电机组,下标r为新能源机组,下标d为电负荷,下标h为电制氢机组,下标z为燃氢发电机组,下标i和j均为电力节点,uv(i),ur(i),ud(i),uh(i),uz(i),uj(i)分别为与节点i相连的发电机组、新能源机组、电力负荷、电制氢机组、燃氢发电机组以及电力节点集合,为场景s下传统发电机组v在t时刻的有功出力,为场景s下新能源机组r在t时刻的有功出力,为场景s下电负荷d在t时刻的实际功率,为场景s下电制氢机组h在t时刻的消耗功率,为场景s下燃氢发电机组z在t时刻的出力,θs,i,t和θs,j,t分别为场景s下节点i和j在t时刻的相角,xij为线路ij的电抗,为场景s下电负荷d在t时刻的需求功率,为线路ij的传输容量,和分别为发电机组v有功出力的下限和上限,为发电机组v的最大爬坡功率,为场景s下新能源机组r在t时刻的预测出力,和分别为电制氢机组h消耗功率的最小值和最大值,为电制氢机组h最大爬坡功率,和分别为燃氢发电机组z出力的下限和上限;
25、针对电负荷和风光出力的随机波动分量,通过发电机组和电制氢机组提供备用以平抑,具体的备用约束如下:
26、
27、
28、
29、
30、式中,和分别为场景s下系统在t时刻的上备用需求和下备用需求,rpv和rwp分别为光伏机组和风电机组集合,和分别为场景s下光伏和风电的上备用系数,分别对应光伏和风电随机波动分量的上限,为场景s下电负荷的上备用系数,对应电负荷随机波动分量的下限,和分别为场景s下光伏和风电的下备用系数,分别对应光伏和风电随机波动分量的下限,为场景s下电负荷的下备用系数,对应电负荷随机波动分量的上限,和分别为场景s下传统发电机组v和电制氢机组h在t时刻提供的上备用功率,和分别为场景s下传统发电机组v和电制氢机组h在t时刻提供的下备用功率;
31、2)天然气掺氢系统运行约束
32、不考虑管网掺氢时,基于流量平衡的天然气系统准动态运行模型如下:
33、
34、
35、
36、
37、
38、
39、
40、
41、
42、
...
【技术保护点】
1.一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,其特征在于,步骤3中,采用K-medios算法进行场景聚类得到季节性典型场景的方法如下:
3.根据权利要求1所述的一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,其特征在于,步骤4中,综合能源系统运行约束为:
4.根据权利要求1所述的一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,其特征在于,步骤5中,优化目标为:
5.根据权利要求4所述的一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,其特征在于,采用逐次二阶锥松弛方法,具体如下:
【技术特征摘要】
1.一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度方法,其特征在于,步骤3中,采用k-medios算法进行场景聚类得到季节性典型场景的方法如下:
3.根据权利要求1所述的一种考虑季节性储氢的电-气-氢混...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈胜,陈明健,黄海,卫志农,孙国强,臧海祥,朱瑛,韩海腾,黄蔓云,周亦洲,
申请(专利权)人:河海大学,
类型:发明
国别省市:
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