【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电网运行与调度，针对高比例可再生能源海岛微电网开发了一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法。
技术介绍
1、蓄电池储能（bes）作为典型的短期储能，在电网的调峰、调频和电压稳定控制等领域得到了深入的研究和广泛的应用。由于蓄电池储能受到能量密度低和自放电等特性的限制，目前无法作为长期、大规模储能部署至微电网。随着微电网可再生能源渗透率的逐渐升高，短期、小规模的蓄电池储能已愈发无法满足微电网的运行要求。因此，高比例可再生能源微电网亟需配置长期、大规模储能来应对可再生能源发电容量季节性失衡问题。
2、氢储能（hes）系统具有能量容量和功率容量解耦的特性，可以作为长期和大规模储能进行部署。近年来，国内外学者对氢能在电力系统中的应用开展了一些研究，以致力于改善可再生能源发电的时空失配问题并提高可再生能源消纳水平。比如，有的研究提出了把氢储能应用至电-热-氢综合能源系统，以提高该综合能源系统的可再生能源的渗透率；有的研究为电-气-氢微电网开发了日前经济调度策略，以提升微电网的运行经济性；有的研究面向风力、光伏和生物质能发电混合发电综合能源系统开发电-氢混合储能，以满足社区的能源需求。相关研究表明，氢能在促进可再生能源消纳和降低碳排放等方面具有巨大的潜力，但上述运行策略仍需要与主电网互连以维持产消平衡。以海岛微电网为代表的孤立型微电网因缺乏与主电网的互济能力，必须依赖柴油发电机等可控电源来维持其稳定运行。这种依赖不仅提升了运营成本，更阻碍了微电网的节能降碳。如何在保障海岛微电网稳定运行的同时，实现节能降碳的
技术实现思路
1、本专利技术针对高比例可再生能源海岛微电网开发了一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法。海岛微电网包含三个子系统，分别为交流子系统、直流子系统和氢能子系统，交流子系统由柴油发电机(de)、风机(wt)和交流负荷(ac load)组成；直流子系统由光伏阵列(pv)、蓄电池储能(bes)和直流负荷(dc load)组成；氢能子系统由储氢罐(hst)和氢能负荷(h2 load)组成。交流子系统和直流子系统通过双向变换器(bc)连接，直流子系统和氢能子系统通过电解槽(ed)和氢燃料电池(hfc)连接。分层协调方法包含全年日间调度和每天日前调度，该方法先致力于求解全年日间调度模型，获取氢储能每天日末荷氢状态以应对可再生能源发电季节性失衡问题；再致力于求解每天日前调度模型，利用氢储能补偿不同时间尺度预测偏差以确保海岛微电网的功率平衡。本专利技术方法能够实现高比例可再生能源海岛微电网的低碳和经济运行，为海岛微电网的规划、运行和调度工作提供参考。
2、为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，包括以下步骤：
3、步骤1：描述海岛微电网架构。其中，海岛微电网包含交流子系统、直流子系统和氢能子系统。交流子系统由柴油发电机、风机和交流负荷组成，直流子系统由光伏阵列、蓄电池储能和直流负荷组成，氢能子系统由储氢罐和氢能负荷组成。交流母线经双向变换器与直流母线连接，是当前交直流混合微电网中常用的拓扑结构；氢能母线经电解槽和氢燃料电池与直流母线连接，是当前氢储能研究的常见拓扑结构。
4、步骤2：搭建海岛微电网模型。即是建立产消平衡约束模型、耦合装置模型、电-氢混合储能系统模型、发电装置模型和负荷模型，所述产消平衡约束模型包括交流、直流和氢能子系统的产消平衡约束模型；建立耦合装置模型，所述耦合装置模型包括双向变换器、电解槽和氢燃料电池模型；建立电-氢混合储能系统模型，所述电-氢混合储能系统模型包括蓄电池储能模型和氢储能模型；建立发电装置模型，所述发电装置模型包括柴油发电机模型和可再生能源发电模型；建立负荷模型，所述负荷模型包括交流负荷模型、直流负荷模型和氢能负荷模型。
5、步骤3：提出全年日间调度和每天日前调度分层协调方法。其中，全年日间调度解决可再生能源发电的季节性失衡问题，每天日前调度解决昼夜更替带来的功率波动问题；制定微电网日常运行评价指标，所述微电网日常运行评价指标包括每日运行成本、绿电比例、可再生能源利用率和需求覆盖率。
6、所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其中，在步骤2中，所述海岛微电网的产消平衡约束模型为：
7、 （1）
8、（2）
9、 （3）
10、其中，为风机在时段的调度功率、为光伏阵列在时段的调度功率、为柴油发电机在时段的调度功率；为双向变换器在时段向交流母线传递的功率、为双向变换器在时段向交流母线吸收的功率；为双向变换器在时段向直流母线传递的功率、为双向变换器在时段向直流母线吸收的功率；为交流负荷、为直流负荷、为氢能负荷；表示电解槽在时段的工作功率、表示氢燃料电池在时段的工作功率；为蓄电池在时段的充电功率、为蓄电池在时段的放电功率；为时段电解槽的生产速率、为时段燃料电池的消耗速率；为储氢罐在时段的充氢速率、为储氢罐在时段的放氢速率。
11、所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其中，步骤2中，所述耦合装置模型包括双向变换器模型、电解槽模型和氢燃料电池模型；
12、双向变换器模型为：
13、 （4）
14、 （5）
15、 （6）
16、 （7）
17、（8）
18、 （9）
19、其中，为双向变换器直流转交流的效率、为双向变换器交流转直流的效率；为直流母线传递至双向变换器的最大功率、为交流母线传递至双向变换器的最大功率；为双向变换器在时段工作状态的0/1变量，其中表示直流母线向双向变换器传递功率，表示交流母线向双向变换器传递功率；为双向变换器在单位时段内最大提升功率；为双向变换器在单位时段内最大下降功率；为双向变换器的每日运维成本；为双向变换器的运维价格；为每天的时段数。
20、所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其中，所述电解槽模型的表达式为：
21、 （10）
22、 （11）
23、（12）
24、 （13）
25、其中，为电解槽的电解效率；为氢气的热值；为电解槽的最小工作功率、是电解槽的最大工作功率；为电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，在步骤2中，所述海岛微电网的产消平衡约束模型为：
3.根据权利要求2所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，步骤2中，所述耦合装置模型包括双向变换器模型、电解槽模型和氢燃料电池模型；
4.根据权利要求3所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，所述电解槽模型的表达式为：
5.根据权利要求3所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，所述氢燃料电池模型的表达式为：
6.根据权利要求3所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，步骤2中，所述电-氢混合储能系统模型包括氢储能模型和蓄电池储能模型；
7.根据权利要求1所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，步骤2中，所述发电装置模型包括柴油发电机模型和可再生能源发电模型；
8
9.根据权利要求1所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，步骤3中，所述微电网日常运行评价指标包括每日运行成本、绿电比例、可再生能源利用率和需求覆盖率，表达式如下：
10.根据权利要求1所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，步骤3中，所述分层协调方法包括全年日间调度和每天日前调度；
11.根据权利要求10所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，所述柴油发电机在第天的运行成本，表达式如式（60）所示；由于年度日间调度模型不考虑日内运行细节，柴油发电机在第天的运行成本可简化如式（61）所示：
12.根据权利要求10所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，每天日前调度的每天日前调度模型在考虑预测偏差的氢能补偿传输链表达式如下：
13.根据权利要求12所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，每天日前调度模型的目标函数和约束条件表达式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，在步骤2中，所述海岛微电网的产消平衡约束模型为：
3.根据权利要求2所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，步骤2中，所述耦合装置模型包括双向变换器模型、电解槽模型和氢燃料电池模型；
4.根据权利要求3所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，所述电解槽模型的表达式为：
5.根据权利要求3所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，所述氢燃料电池模型的表达式为：
6.根据权利要求3所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，步骤2中，所述电-氢混合储能系统模型包括氢储能模型和蓄电池储能模型；
7.根据权利要求1所述的一种基于电-氢混合储能的海岛微电网分层协调方法，其特征在于，步骤2中，所述发电装置模型包括柴油发电机模型和可再生能源发电模型；
8.根据权利要求1所述的一种基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱继忠，郭泰亨，李盛林，朱浩昊，董瀚江，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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