CN108054777A - 风电制氢控制策略生成方法、装置、存储介质和计算设备 - Google Patents

风电制氢控制策略生成方法、装置、存储介质和计算设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电制氢控制策略生成方法、装置、存储介质和计算设备，该风电制氢控制策略生成方法，包括：确定功率损失量PL，该功率损失量PL为风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失；获取风电场的弃风电量PC；并根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。本发明中，解决了风电制氢过程中，风电的波动性与氢气生产需要稳定电能之间的矛盾，同时为提高清洁能源可利用率提供了发展方向。

Description

风电制氢控制策略生成方法、装置、存储介质和计算设备
技术领域
本发明涉及风电制氢技术领域，特别是涉及一种风电制氢控制策略生成方法、装置、存储介质和计算设备。
背景技术
近年来，由于风电行业的快速发展，风电装机容量与电网负荷消纳能力不匹配，“弃风限电”也越来越严重。而氢气作为一种清洁能源，未来具有较大的发展潜力。同时氢气可作为可再生能源与用户的桥梁，将弃风电用于制氢，不但可以提高可再生能源的利用率，同时能够促进氢能源的快速发展。因此，“风电制氢”将是能源行业的一个发展方向。
但是由于风电的波动性，如何将弃风电利用与氢气生产有效结合起来，满足实际生产运行需要成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供风电制氢控制策略生成方法、装置、存储介质和计算设备，以解决风电制氢过程中，风电的波动性与氢气生产需要稳定电能之间的矛盾。
本发明提供了一种风电制氢控制策略生成方法，包括：
确定功率损失量PL，该功率损失量PL为风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失；
获取风电场的弃风电量PC；
并根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
优选地，所述确定功率损失量PL，包括：
获取所述风电场为所述制氢设备提供的供电功率P2；
根据所述供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL。
优选地，所述根据所述供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL，包括：
PL＝P2-P1。
优选地，所述根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略，包括：
计算所述弃风电量PC和所述功率损失量PL间的差值；
比较所述差值与预设的制氢设备额定功率PN匹配值，得到比较结果；
根据所述比较结果生成对应的控制策略。
优选地，所述根据所述比较结果生成对应的控制策略，还包括：
确定所述比较结果的持续时间；
根据所述持续时间生成对应的控制策略。
优选地，该预设的制氢设备额定功率PN匹配值根据预设的制氢设备的额定功率PN调节值与预设的能量调节冗余系数的乘积得到。
优选地，在生成对应的控制所述制氢设备的控制策略时，还包括：
确定所述制氢设备当前供电状态；
根据所述供电状态生成对应的控制所述制氢设备的控制策略；
其中，所述供电状态包括如下至少一种：
风电场供电状态；
市电供电状态；
风电场供电状态与市电供电状态切换。
本发明还提供了一种风电制氢控制策略生成装置，包括：
确定单元，用于确定功率损失量PL，该功率损失量PL为风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失；
获取单元，用于获取风电场的弃风电量PC；
处理单元，用于根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
优选地，所述确定单元，还用于获取所述风电场为所述制氢设备提供的供电功率P2；根据所述供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL。
优选地，所述确定单元在确定所述功率损失量PL时，包括：
PL＝P2-P1。
优选地，所述处理单元，用于计算所述弃风电量PC和所述功率损失量PL间的差值；比较所述差值与预设的制氢设备的额定功率PN匹配值，得到比较结果；根据所述比较结果生成对应的控制策略。
优选地，所述处理单元，还用于确定所述比较结果的持续时间；根据所述持续时间生成对应的控制策略。
优选地，该预设的制氢设备额定功率PN匹配值根据预设的制氢设备的额定功率PN调节值与预设的能量调节冗余系数的乘积得到。
优选地，所述处理单元，还用于确定所述制氢设备当前供电状态；根据所述供电状态生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
其中，所述供电状态包括如下至少一种：
风电场供电状态；
市电供电状态；
风电场供电状态与市电供电状态切换。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明还提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述风电制氢控制策略生成方法对应的操作。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过确定风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失量PL以及获取风电场的弃风电量PC；并根据该弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略，解决了风电制氢过程中，风电的波动性与氢气生产需要稳定电能之间的矛盾，同时为提高清洁能源可利用率提供了发展方向。
附图说明
图1是本发明提供的策略控制装置的架构图；
图2是本发明提供的风电制氢控制策略生成方法的流程示意图；
图3是本发明提供的风电制氢控制策略生成装置的结构图。
具体实施方式
本发明的实施例提出一种风电制氢控制策略生成方法、装置、存储介质和计算设备，下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细说明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
基于本发明的实施例所要解决的风电制氢过程中，风电的波动性与氢气生产需要稳定电能之间的矛盾的技术问题，本发明的实施例提供了一个由风电制氢智能控制系统、电解制氢设备、风电场和储氢系统构成的策略控制装置，如图1所示。下面分别对该策略控制装置中的各功能模块进行具体阐述。
风电制氢智能控制系统，是综合电网调度、风电出力和电解制氢设备自身的运行特性，实现能量调度控制，在满足电网调度要求的前提下，通过电解制氢设备最大限度的实现风电消纳。
电解制氢设备，采用串联平行极板式电解槽，使用电解碱性水工艺，生产高纯度氢气，并且生产运行功率可调，调节范围在额定功率的30％～100％。
弃风电量，因电网调度消纳能力限制，风电场具备发电条件，但是不能发出的风电电量。
储氢系统，是能够将电解制氢设备生产出来的氢气储存起来的装置，为氢气的持续稳定生产提供调节余量。同时其储存容量可以根据电解制氢设备的功率调节范围和运行时间，折算为消纳的风电电量。
能量调节，是指根据风电场的弃风电功率、制氢设备的功率调节范围以及储氢系统的容量，对弃风电功率和制氢设备的氢气生产负荷进行实施匹配，实现能量动态调节。
功率预测，是指风电场的发电量预测，为弃风功率与制氢功率的匹配提供数据支持。
为了实现上述本发明的技术方案，定义本发明的实施例中所涉及的各参数。
P1，为制氢设备的负荷有功功率，计量点在制氢设备变配电所35KV变压器高压侧；
P2，为风电场向制氢设备的供电有功功率，计量点在风电场向制氢设备供电点35KV侧；
PL，为风电场35KV到制氢设备的输电线路上的损失有功功率；
PN，为制氢设备的额定工况有功功率；
PC，为风电场当前弃风电量；
则有，P2＝P1+PL；其中，该计算PL值的公式仅是为了说明本发明技术方案的一种优选计算方式，采用该计算方式，计算结构简单,计算量小；而对于计算PL值而言，并不仅局限于上述本发明所提供的该计算方式。
初始条件下，制氢设备并未运行，基础供电为市电，当条件具备时，切换至风电直供。
定义能量调节冗余系数设为2，能量调度检测周期40s；该时间变量、能量调节冗余系数的定义，为初步设置值，需要根据工艺条件最终确认。且仅是为了说明本发明技术方案所定义的一个数值，并不代表实现本发明技术方案的唯一取值。
PL的计算值，根据现有风电场至制氢设备的35KV输电线路数据进行计算。
则根据制氢设备供电情况，分为三种运行状态：
(1)风电场直供电，优选风电场35KV；
(2)市电供电，优选市电10KV；
(3)风电与市电切换。
基于上述本发明的技术方案，本发明的实施例提供了一种风电制氢控制策略生成方法，其中，该风电制氢控制策略生成方法中的制氢设备即为上述策略控制装置中的电解制氢设备，如图2所示，包括如下步骤：
步骤201，确定功率损失量PL。
其中，该功率损失量PL为风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失。
本步骤中，确定功率损失量PL，包括：
获取所述风电场为所述制氢设备提供的供电功率P2；
根据该供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL。
进一步地，所述根据所述供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL，包括：
PL＝P2-P1。
步骤202，获取风电场的弃风电量PC。
步骤203，根据该弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
优选地，所述根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略，包括：
计算所述弃风电量PC和所述功率损失量PL间的差值；
比较所述差值与预设的制氢设备额定功率PN匹配值，得到比较结果；
根据所述比较结果生成对应的控制策略。
其中，该预设的制氢设备额定功率PN匹配值根据预设的制氢设备的额定功率PN调节值与预设的能量调节冗余系数的乘积得到。
进一步地，所述根据所述比较结果生成对应的控制策略，还包括：
确定所述比较结果的持续时间；
根据所述持续时间生成对应的控制策略。
优选地，在生成对应的控制所述制氢设备的控制策略时，还包括：
确定所述制氢设备当前供电状态；
根据所述供电状态生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
其中，所述供电状态包括如下至少一种：
风电场供电状态；
市电供电状态；
风电场供电状态与市电供电状态切换。
基于上述所提供的控制策略生成方法，下面以一个具体实施例做详尽阐述。在该具体实施例中，就上述三种供电状态分别进行对应阐释。
(1)风电场供电状态(35KV直供电)
1.电解制氢设备的启动
当PC-PL<2×30％PN；
电解制氢设备不启动，风电场35KV供电侧处于切出状态；
当PC-PL>2×30％PN；且预计持续时间大于2小时，
持续时间T1(10min)，风电场35KV供电侧闭合；
持续时间T2(10min)，制氢设备35KV低压侧闭合，制氢设备由停机转入待机预热状态；
持续时间T3(60min)，制氢设备开始工作，根据调节功率(PC-PL)逐步增加有功负荷。
2.电解制氢设备的欠功率运行
当2×100％PN>PC-PL>2×30％PN；
持续时间T4(10min)，制氢设备处于欠功率运行状态，P1＝Δ×PN＝P2-PL,Δ＝30％～110％；
此时，需要动态调节风电场对制氢设备的出力和制氢设备自身的负荷。调整过程如下：
设PC-PL＝Δ×PN,求解出Δ，则此时电解制氢设备以Δ×PN的功率运行，每10min求解一次，其值最低逼近30％。
若制氢设备正常运行时，Δ已低于30％，此时可以使用风电场的上网电量，系统会发出提示，需要现场值班人员确认后执行。
当Δ已低于30％，且不允许使用风电场上网电量，则执行制氢设备停机，等待切换电源。
3.电解制氢设备的满功率运行
当PC-PL>2×100％PN；
持续时间T5(10min)，制氢设备运行至额定功率，可根据需要放宽至110％PN；
弃风电量远大于制氢设备额定功率，设备运行在额定工况。
4.电解制氢设备的停机
当风电场供电功率变化，PC-PL<2×30％PN；
持续时间T5(5min)，制氢设备由运行转至停机，设备处于待机预热状态。
持续时间T6(30min)，
PC-PL>2×30％PN；设备转入运行状态
PC-PL<2×30％PN；设备切入市电供电，或设备结束待机预热，制氢设备35KV高压侧切出，持续时间T7(10min)后，风电场35KV供电侧开关切出。
(2)市电10KV直供电
当风电场弃风电量不足时，电解制氢设备可根据运行条件切入市电供电。
PC-PL<2×30％PN，持续时间T8(30min)，供电由35KV风电切至10KV市电供电，制氢设备均采用额定功率运行，运行时长可以根据工艺情况确定。
(3)市电与风电的切换
当PC-PL<2×30％PN，持续时间T8(30min)，电解制氢设备可由风电供电转至市电供电；
当PC-PL>2×30％PN，持续时间T8(30min)，电解制氢设备可由市电供电转至风电供电；
每次状态切换，(35KV风电转10KV市电；或10KV市电转35KV风电)电解制氢设备需要进行一次切换流程：
1.电解制氢设备全部进行正常停机。停机后，持续T9(30min)，手动确认各站工艺状态正常，向控制系统提供进行远程确认信号；
2.电解制氢设备现有供电方式断电，切换新的供电电源；
3.电解制氢设备正常供电，手动确认各站工艺状态正常后，进入正常生产状态。
在进行上述的供电切换时，供电切换时间在1-2小时。
其中，对于上述本发明技术方案中所出现的各具体参数，是为了说明本发明技术方案所优选实施方式中的参数选取，对于其他任意能够实现本发明技术方案的参数选取均在本发明的保护范围之内。
基于上述本发明所提供的风电制氢控制策略生成方法，本发明的实施例还提供了一种风电制氢控制策略生成装置，如图3所示，包括：
确定单元31，用于确定功率损失量PL，该功率损失量PL为风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失；
获取单元32，用于获取风电场的弃风电量PC；
处理单元33，用于根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
优选地，所述确定单元31，还用于获取所述风电场为所述制氢设备提供的供电功率P2；根据所述供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL。
优选地，所述确定单元31在确定所述功率损失量PL时，包括：
PL＝P2-P1。
优选地，所述处理单元33，用于计算所述弃风电量PC和所述功率损失量PL间的差值；比较所述差值与预设的制氢设备的额定功率PN匹配值，得到比较结果；根据所述比较结果生成对应的控制策略。
优选地，所述处理单元33，还用于确定所述比较结果的持续时间；根据所述持续时间生成对应的控制策略。
优选地，该预设的制氢设备额定功率PN匹配值根据预设的制氢设备的额定功率PN调节值与预设的能量调节冗余系数的乘积得到。
优选地，所述处理单元33，还用于确定所述制氢设备当前供电状态；根据所述供电状态生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
其中，所述供电状态包括如下至少一种：
风电场供电状态；
市电供电状态；
风电场供电状态与市电供电状态切换。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明的实施例还提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述风电制氢控制策略生成方法对应的操作。
与现有技术相比，本发明的实施例的技术方案至少具有以下优点：
通过确定风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失量PL以及获取风电场的弃风电量PC；并根据该弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略，解决了风电制氢过程中，风电的波动性与氢气生产需要稳定电能之间的矛盾，同时为提高清洁能源可利用率提供了发展方向。
本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。
其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种风电制氢控制策略生成方法，其特征在于，包括：
确定功率损失量PL，该功率损失量PL为风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失；
获取风电场的弃风电量PC；
并根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定功率损失量PL，包括：
获取所述风电场为所述制氢设备提供的供电功率P2；
根据所述供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL，包括：
PL＝P2-P1。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略，包括：
计算所述弃风电量PC和所述功率损失量PL间的差值；
比较所述差值与预设的制氢设备额定功率PN匹配值，得到比较结果；
根据所述比较结果生成对应的控制策略。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较结果生成对应的控制策略，还包括：
确定所述比较结果的持续时间；
根据所述持续时间生成对应的控制策略。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，该预设的制氢设备额定功率PN匹配值根据预设的制氢设备的额定功率PN调节值与预设的能量调节冗余系数的乘积得到。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在生成对应的控制所述制氢设备的控制策略时，还包括：
确定所述制氢设备当前供电状态；
根据所述供电状态生成对应的控制所述制氢设备的控制策略；
其中，所述供电状态包括如下至少一种：
风电场供电状态；
市电供电状态；
风电场供电状态与市电供电状态切换。
8.一种风电制氢控制策略生成装置，其特征在于，包括：
确定单元，用于确定功率损失量PL，该功率损失量PL为风电场到制氢设备的输电线路上的功率损失；
获取单元，用于获取风电场的弃风电量PC；
处理单元，用于根据所述弃风电量PC及功率损失量PL生成对应的控制所述制氢设备的控制策略。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元，还用于获取所述风电场为所述制氢设备提供的供电功率P2；根据所述供电功率P2以及预设的制氢设备的负荷功率P1确定所述功率损失量PL。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述确定单元在确定所述功率损失量PL时，包括：
PL＝P2-P1。
11.如权利要求8-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理单元，用于计算所述弃风电量PC和所述功率损失量PL间的差值；比较所述差值与预设的制氢设备的额定功率PN匹配值，得到比较结果；根据所述比较结果生成对应的控制策略。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理单元，还用于确定所述比较结果的持续时间；根据所述持续时间生成对应的控制策略。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，该预设的制氢设备额定功率PN匹配值根据预设的制氢设备的额定功率PN调节值与预设的能量调节冗余系数的乘积得到。
14.如权利要求8-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理单元，还用于确定所述制氢设备当前供电状态；根据所述供电状态生成对应的控制所述制氢设备的控制策略；
其中，所述供电状态包括如下至少一种：
风电场供电状态；
市电供电状态；
风电场供电状态与市电供电状态切换。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的方法。
16.一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的风电制氢控制策略生成方法对应的操作。
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