CN110994700B - 一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法，属于多能源系统优化配置技术领域，该方法通过对下一日的预测负荷功率值数据进行采集，计算削峰线及填谷线的负荷功率值，在综合考虑环境因素的基础上，采用阶跃函数结合削峰线和填谷线计算出需削峰和需填谷的负荷总量，采用储热、储氢装置实际转换效率的协调配置方法，在削峰时协调规划储热与储氢装置的放热与放氢，在填谷时协调规划储热与储氢装置储存热能与氢能，以达到储热与储氢装置在削峰填谷时最优配置的目的。

Description

一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法

技术领域

本发明涉及多能源系统优化配置技术领域，尤其涉及一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法。

背景技术

在电力系统中，随着负荷需求的增大，负荷峰谷差不断增大，因此，在负荷用电高峰期需要增加发电设备，在负荷用电低谷期需要停掉部分电力设备，导致发电设备的利用率低，供电不具有经济性。我国目前多采用电池储能在用电低谷期存储电能，用电高峰期释放电能，以此减小负荷峰谷差。但是，考虑到电池储能的成本较高，在多能源系统中提倡采用储热与储氢装置代替电池储能，在用电低谷期将电能转换为热能与氢能储存，在用电高峰期将热能与氢能转换为电能供给负荷侧，协调配置储热与储氢装置容量可充分发挥其在减小峰谷差方面的作用。

现阶段的储热与储氢协调配置大多从电网侧、新能源侧或负荷侧进行考虑；但并未从储能装置的实际运行情况进行考虑；本发明考虑到环境因素对储能装置效率的影响，采用一种新的容量配置方法，并根据预测负荷曲线对储热与储氢装置进行协调配置从而达到降低峰谷差的目的。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：对下一日的预测负荷功率值数据进行采集，得到一天中预测的j＝0,1,…,24个时间点日负荷值

计算该日的削峰线的负荷功率值Q_pcl及填谷线的负荷功率值Q_fitvl；

步骤1.1：将日负荷特性曲线分为n＝1,2,…,24个时段，取各时段的平均负荷功率值Q_n，得到下一日的负荷序列：

Q＝[Q₁,Q₂,…,Q_n-1,Q_n]

找出负荷序列中最大负荷功率值Q_max和最小负荷功率值Q_min，计算日负荷特性曲线的峰谷差Q_d：

Q_d＝Q_max-Q_min

步骤1.2：根据下一日的负荷序列，求得该日的平均负荷功率Q_av：

步骤1.3：计算削峰线的负荷功率值Q_pcl及填谷线的负荷功率值Q_fitvl：

步骤2：对下一日环境平均温度T、空气相对湿度H、所在地理位置的压力值p进行监测，由于外界环境的变化会对电与热、氢之间的转换效率产生一定影响，通过对外界环境的影响因素监测，进行相应计算，得到当前的环境影响因子，进而求出储热、储氢装置在该日内的实际转换效率；

步骤2.1：对下一日环境平均温度H、空气相对湿度T、所在地理位置的压力值p取标幺值：

A₁＝T/T_B，A₂＝H/H_B，A₃＝p/p_B

其中，T_B为平均温度基准值，H_B为相对湿度基准值，p_B为压力值基准值，A₁为空气相对湿度标幺值，A₂为该日的环境平均温度标幺值，A₃为所在地理位置压力值的标幺值；

步骤2.2：计算下一日的环境影响因子ε：

步骤2.3：根据以上结果，计算储热、储氢装置在该日内的实际转换效率：

其中，v_rp为热转电的实际转换效率；v_rpb为热转电的基准转换效率；v_rs为电转热的实际转换效率；v_rsb为电转热的基准转换效率；v_hp为氢转电的实际转换效率；v_hpb为氢转电的基准转换效率；v_hs为电转氢的实际转换效率；v_hsb为电转氢的基准转换效率。

步骤3：计算下一日需削峰的负荷功率总量，协调规划储热与储氢装置的放热与放氢，保证削峰所需求的热功率与氢功率；

步骤3.1：计算下一日需削峰的负荷功率总量：

其中，ε(x)为单位阶跃函数，x＝Q_i-Q_pcl；

步骤3.2：通过比较储热与储氢装置中剩余的热功率与氢功率，计算储热与储氢装置在削峰时的协调规划结果：

(a)当S_{r_surplus}≥S_{h_surplus}

(b)当S_{r_surplus}＜S_{h_surplus}

其中，S_{r_surplus}为储热装置中的剩余热功率；S_{h_surplus}为储氢装置中的剩余氢功率；δ_r为储热装置材料系数；δ_h为储氢装置材料系数；Q_{r_p}为储热装置削峰时需提供的热功率；Q_{h_p}为储氢装置削峰时需提供的氢功率。

步骤4：计算下一日需填谷的负荷功率总量，协调规划储热与储氢装置的剩余容量可储存的热功率与氢功率，保证填谷所需求的装置容量。

步骤4.1：计算下一日需填谷的负荷功率总量：

其中，ε(y)为单位阶跃函数，y＝Q_fitvl-Q_i；

步骤4.2：通过比较储热和储氢装置的总功率与剩余容量可储存的功率的差值，计算储热与储氢装置在填谷时的协调规划结果：

(a)当S_r-S_{r_surplus}≥S_h-S_{h_surplus}

(b)当S_r-S_{r_surplus}＜S_h-S_{h_surplus}

其中，S_r为储热装置的总功率；S_h为储氢装置的总功率；Q_{r_s}为储热装置填谷时需储存的热功率；Q_{h_s}为储氢装置填谷时需储存的氢功率。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明对日负荷特性曲线的削峰线和填谷线进行计算，为计算需削峰负荷功率总量和需填谷的负荷功率总量打下基础；

2、本发明考虑储热与储氢装置的实际安装地点的环境因素包括温度、湿度和气压对装置的转换效率的影响，从而得到装置下一日在该处削峰填谷时的实际转换效率，作为计算储热与储氢装置在削峰填谷时的协调配置容量的基础；

3、本发明采用阶跃函数分别对需削峰和需填谷的负荷功率总量进行计算，采用一种新的协调配置方法计算储热与储氢装置在削峰时分别所需提供的热功率和氢功率以及在填谷时分别所需储存的热功率和氢功率，从而得到储热与储氢装置在削峰填谷时的最优配置方法；

4、本发明提出的减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法在综合考虑环境因素的基础上，根据削峰线和填谷线计算出需削峰和需填谷的负荷功率总量，采用储热、储氢装置实际转换效率的协调配置方法，从而达到储热与储氢装置在削峰填谷时最优配置的目的。

附图说明

图1为本发明一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法的流程图；

图2为本发明实施例中运用的预测日负荷特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以下一日的预测负荷特性曲线为例，已知：Q_max＝19.88MW，Q_min＝10.40MW；监测下一日环境情况，得:T＝21.9℃，H＝45％，p＝98kPa(各个环境因素基准值为T_B＝30℃，H_B＝60％，p_B＝100kPa)；测得储热与储氢装置的基准转换效率：v_rpb＝95.63％，v_rsb＝95.44％，v_hpb＝96.71％，v_hsb＝96.54％；测得S_r＝15MW，S_h＝15MW，S_{r_surplus}＝8MW，S_{h_surplus}＝5MW；检测得到装置材料系数δ_r＝0.54，δ_h＝0.6。

如图1所示，本实施例的方法如下所述。

步骤1：对下一日的预测负荷功率值数据进行采集，得到一天中预测的j＝0,1,…,24个时间点日负荷值

如图2所示，计算该日内削峰线的负荷功率值Q_pcl及填谷线的负荷功率值Q_fitvl；

步骤1.1：将日负荷特性曲线分为n＝1,2,…,24个时段，取各时段的平均负荷功率值，得到下一日的负荷序列，序列每个时段的数值如表1所示：

Q＝[Q₁,Q₂,…,Q₂₃,Q₂₄]

表1各时段平均负荷预测功率值

找出负荷序列中最大负荷功率值Q_max＝19.88MW和最小负荷功率值Q_min＝10.40MW，计算日负荷特性曲线的峰谷差Q_d：

Q_d＝Q_max-Q_min＝9.48MW

步骤1.2：根据下一日的负荷序列，求得该日的平均负荷功率Q_av：

步骤1.3：计算削峰线的负荷功率值Q_pcl及填谷线的负荷功率值Q_fitvl：

步骤2：对下一日环境监测数据为：平均温度T＝21.9℃、空气相对湿度H＝45％、所在地理位置的压力值p＝98kPa，由于外界环境的变化会对电与热、氢之间的转换效率产生一定影响，通过对外界环境的影响因素监测，进行相应计算，得到当前的环境影响因子，进而求出储热、储氢装置在该日内的实际转换效率；

步骤2.1：对下一日环境平均温度H、空气相对湿度T、所在地理位置的压力值p取标幺值：

A₁＝T/T_B＝0.73，A₂＝H/H_B＝0.75，A₃＝p/p_B＝0.98

其中，T_B＝30℃为平均温度基准值，H_B＝60％为相对湿度基准值，p_B＝100kPa为压力值基准值，A₁为空气相对湿度标幺值，A₂为该日的环境平均温度标幺值，A₃为所在地理位置压力值的标幺值；

步骤2.2：计算下一日的环境影响因子ε：

步骤2.3：根据以上结果，计算储热、储氢装置在该日内的实际转换效率：

其中，v_rp为热转电的实际转换效率；v_rpb＝95.63％为热转电的基准转换效率；v_rs为电转热的实际转换效率；v_rsb＝95.44％为电转热的基准转换效率；v_hp为氢转电的实际转换效率；v_hpb＝96.71％为氢转电的基准转换效率；v_hs为电转氢的实际转换效率；v_hsb＝96.54％为电转氢的基准转换效率。

步骤3：计算下一日需削峰的负荷功率总量，协调规划储热与储氢装置的放热与放氢，保证削峰所需求的热功率与氢功率；

步骤3.1：计算下一日需削峰的负荷功率总量：

其中，ε(x)为单位阶跃函数，x＝Q_i-Q_pcl；

步骤3.2：通过比较储热与储氢装置中剩余的热功率与氢功率，计算储热与储氢装置在削峰时的协调规划结果：

(a)当S_{r_surplus}≥S_{h_surplus}

(b)当S_{r_surplus}＜S_{h_surplus}

其中，S_{r_surplus}＝8MW为剩余热功率；S_{h_surplus}＝5MW为剩余氢功率；δ_r＝0.54为储热装置材料系数；δ_h＝0.6为储氢装置材料系数；Q_{r_p}为储热装置削峰时需提供的热功率；Q_{h_p}为储氢装置削峰时需提供的氢功率。

由于本实施例S_{r_surplus}≥S_{h_surplus}，所以选择(a)方法计算，得到：

步骤4：计算下一日需填谷的负荷功率总量，协调规划储热与储氢装置的剩余容量可储存的热功率与氢功率，保证填谷所需求的容量。

步骤4.1：计算下一日需填谷的负荷功率总量：

其中，ε(y)为单位阶跃函数，y＝Q_fitvl-Q_i；

步骤4.2：通过比较储热和储氢的总功率与剩余容量可储存的功率的差值，计算储热与储氢装置在填谷时的协调规划结果：

(a)当S_r-S_{r_surplus}≥S_h-S_{h_surplus}

(b)当S_r-S_{r_surplus}＜S_h-S_{h_surplus}

其中，S_r＝15MW为储热装置的总功率；S_h＝15MW为储氢装置的总功率；Q_{r_s}为储热装置填谷需储存的热功率；Q_{h_s}为储氢装置填谷需储存的氢功率。

由于本实施例S_r-S_{r_surplus}＜S_h-S_{h_surplus}，所以选择(b)方法计算，得到：

Claims (5)

1.一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：对下一日的预测负荷功率值数据进行采集，得到一天中预测的j＝0,1,…,24个时间点日负荷值

计算该日内削峰线的负荷功率值Q_pcl及填谷线的负荷功率值Q_fitvl；

步骤2：对下一日环境平均温度T、空气相对湿度H、所在地理位置的压力值p进行监测，由于外界环境的变化会对电与热、氢之间的转换效率产生一定影响，通过对外界环境的影响因素监测，进行相应计算，得到当前的环境影响因子，进而求出储热、储氢装置在该日内的实际转换效率；

步骤3：计算下一日需削峰的负荷功率总量，协调规划储热与储氢装置的放热与放氢，保证削峰所需求的热功率与氢功率；

步骤4：计算下一日需填谷的负荷功率总量，协调规划储热与储氢装置的剩余容量可储存的热功率和氢功率，保证填谷所需求的容量。

2.根据权利要求1所述的一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法，其特征在于：所述步骤1的过程如下：

步骤1.1：将日负荷特性曲线分为i＝1,2,…,n个时段，n＝24，取各时段的平均负荷功率值，得到下一日的负荷序列：

Q＝[Q₁,Q₂,…,Q_n-1,Q_n]

找出负荷序列中最大负荷功率值Q_max和最小负荷功率值Q_min，计算日负荷特性曲线的峰谷差Q_d：

Q_d＝Q_max-Q_min

步骤1.2：根据下一日的负荷序列，求得该日的平均负荷Q_av：

步骤1.3：计算削峰线的负荷功率值Q_pcl及填谷线的负荷功率值Q_fitvl：

3.根据权利要求1所述的一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法，其特征在于：所述步骤2的过程如下：

步骤2.1：对下一日环境平均温度H、空气相对湿度T、所在地理位置的压力值p取标幺值：

A₁＝T/T_B，A₂＝H/H_B，A₃＝p/p_B

其中，T_B为平均温度基准值，H_B为相对湿度基准值，p_B为压力值基准值，A₁为空气相对湿度标幺值，A₂为该日的环境平均温度标幺值，A₃为所在地理位置压力值的标幺值；

步骤2.2：计算下一日的环境影响因子ε：

步骤2.3：根据以上结果，计算储热、储氢装置在该日内的实际转换效率：

其中，v_rp为热转电的实际转换效率；v_rpb为热转电的基准转换效率；v_rs为电转热的实际转换效率；v_rsb为电转热的基准转换效率；v_hp为氢转电的实际转换效率；v_hpb为氢转电的基准转换效率；v_hs为电转氢的实际转换效率；v_hsb为电转氢的基准转换效率。

4.根据权利要求1所述的一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法，其特征在于：所述步骤3的过程如下：

步骤3.1：计算下一日需削峰的负荷功率总量：

其中，ε(x)为单位阶跃函数，x＝Q_i-Q_pcl；

步骤3.2：通过比较剩余热功率与剩余氢功率，计算储热与储氢装置在削峰时的协调规划结果：

(a)当S_{r_surplus}≥S_{h_surplus}

(b)当S_{r_surplus}<S_{h_surplus}

其中，S_{r_surplus}为剩余热功率；S_{h_surplus}为剩余氢功率；δ_r＝0.54为储热装置材料系数；δ_h为储氢装置材料系数；Q_{r_p}为储热装置削峰时需提供热功率；Q_{h_p}为储氢装置削峰时需提供氢功率。

5.根据权利要求1所述的一种减小多能源系统峰谷差的储热与储氢装置配置方法，其特征在于：所述步骤4的过程如下：

步骤4.1：计算下一日需填谷的负荷功率总量：

其中，ε(y)为单位阶跃函数，y＝Q_fitvl-Q_i；

步骤4.2：通过比较储热和储氢的总功率与剩余容量可储存的功率的差值，计算储热与储氢装置在填谷时的协调规划结果：

(a)当S_r-S_{r_surplus}≥S_h-S_{h_surplus}

(b)当S_r-S_{r_surplus}<S_h-S_{h_surplus}

其中，S_r为储热装置的总功率；S_h为储氢装置的总功率；Q_{r_s}为储热装置填谷时需储存的热功率；Q_{h_s}为储氢装置填谷时需储存的氢功率。

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