CN113675889A - 一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，包括如下步骤：步骤一：通过构建系统状态矩阵，利用特征值分析法得到系统所能承受的最大传输容量；步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中包括，制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值；步骤三：制氢系统管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC；步骤四：制氢系统管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值；步骤五：制氢系统管控单元将最大制氢功率作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整。

Description

一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其是一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法。
背景技术
在全球能源转型的大背景下，氢能作为二次能源，拥有清洁、来源多样、方便存储和运输、应用广泛和成本低廉等诸多优势，能够帮助可再生能源调节能量波动，促进能源结构多元化。目前，为了保证制氢过程的高效、无污染，制氢原料正在从化石燃料向可再生能源(风能、太阳能、水能等)方向逐渐发展，因此基于多端直流微电网，实现氢能与电能的相互结合利用将会成为未来能源发展的趋势。
图1描述了含制氢系统的多端直流微电网的等效结构图，其中交流系统1、交流系统2……交流系统n……交流系统N等通过直流系统互联，VSC1、VSC2……VSCn……VSCN的交流侧分别接入交流系统1、交流系统2……交流系统n……交流系统N，各自的直流侧经一定线路流入直流母线。风机通过AC/DC变流器接入直流母线，光伏通过DC/DC变换器接入直流母线，储能设备通过DC/DC变换器接入直流母线，制氢系统通过DC/DC变换器接入直流母线。
多端直流微电网涉及光伏、风电等功率波动明显的能量来源，以及大量直流负荷与储能设备，在不同工况下如何最大限度地利用已有电能进行高效制氢，尤其是在整个系统能够处于稳定运行状态这一重大基础上，已成为一大难题。
发明内容
本发明提出了一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，能够在保证系统稳定运行的同时最大化利用系统电能，为高效制氢提供了新的思路，完善可再生能源多能互补制氢技术，进一步推动可再生能源产业的健康发展，促进能源结构的不断优化。
本发明的技术方案为：一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，包括如下步骤：
步骤一：通过构建系统状态矩阵，利用特征值分析法得到系统所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，作为步骤四的输入；
步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中包括，制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，并作为步骤四的输入；
步骤三：制氢系统管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，并作为步骤四的输入；
步骤四：制氢系统管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，并作为步骤五的输入；
步骤五：制氢系统管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整。
进一步的，所述步骤一：通过构建系统状态矩阵，利用特征值分析法得到系统所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，具体包括：
根据各换流站控制策略的控制结构、各线路信息列写系统的小信号模型，并根据小信号模型得到系统的状态空间模型。
Figure BDA0003239355180000021
式中，ALVDC、BLVDC、ΔxLVDC、ΔuLVDC分别为多端直流微电网的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量；
对多端直流微电网的状态矩阵ALVDC进行特征值分析，确定系统所能承受的最大传输功率Pmax。
进一步的，所述步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中，制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，具体包括：
制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值
Figure BDA0003239355180000022
下一时刻t+1的光伏产出功率预测值
Figure BDA0003239355180000023
下一时刻t+1的直流负荷消耗功率预测值
Figure BDA0003239355180000024
进一步的，所述步骤三：制氢系统管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，具体包括：
在多端直流微电网稳定运行过程中，制氢系统管控单元实时监测当前时刻t的储能设备功率
Figure BDA0003239355180000025
储能设备SOC。
进一步的，所述步骤四：制氢系统管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，具体包括：
根据当前时刻t的储能设备SOC，确定下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure BDA0003239355180000026
并进一步计算得到下一时刻t+1的最大制氢功率值
Figure BDA0003239355180000031
4.1、当soc＜socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure BDA0003239355180000032
满足：
Figure BDA0003239355180000033
则：
Figure BDA0003239355180000034
4.2、当socmax＞soc＞socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure BDA0003239355180000035
满足：
Figure BDA0003239355180000036
则：
Figure BDA0003239355180000037
4.3、当soc＞socmax，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure BDA0003239355180000038
满足：
Figure BDA0003239355180000039
则：
Figure BDA00032393551800000310
式中，kHP为制氢系统功率调节参数，
Figure BDA00032393551800000311
为储能设备功率调节参数1，
Figure BDA00032393551800000312
为储能设备功率调节参数2，socmin为荷电状态下限值，socmax为荷电状态上限值。
进一步的，所述步骤五：制氢系统管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整，具体包括：
制氢系统管控单元将下一时刻t+1的最大制氢功率值
Figure BDA00032393551800000313
作为跟踪点，进行实时优化调整。
有益效果：
本发明提出了一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，能够在保证系统稳定运行的同时最大化利用系统电能，通过将分布式可再生能源与储能设备等系统实时信息融入制氢控制，自主确定并实时更新制氢功率值，便捷高效地提升制氢效率，为高效制氢提供了新的思路，完善可再生能源多能互补制氢技术，，进一步推动可再生能源产业的健康发展，促进能源结构的不断优化。
附图说明
图1为含制氢系统的多端直流微电网示意图；
图2为本发明的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的实施例，提出了一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，能够在保证系统稳定运行的同时最大化利用系统电能，为高效制氢提供了新的思路，完善可再生能源多能互补制氢技术，进一步推动可再生能源产业的健康发展，促进能源结构的不断优化。具体包括如下步骤：
步骤一：通过构建系统状态矩阵，利用特征值分析法得到系统所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，作为步骤四的输入；
步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中，制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，并作为步骤四的输入；
步骤三：制氢系统管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，并作为步骤四的输入。
步骤四：制氢系统管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，并作为步骤五的输入；
步骤五：制氢系统管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整。
具体的，所述步骤一：通过构建系统状态矩阵，利用特征值分析法得到系统所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，具体包括：
根据各换流站控制策略的控制结构、各线路信息列写系统的小信号模型，并根据小信号模型得到系统的状态空间模型。
Figure BDA0003239355180000041
式中，ALVDC、BLVDC、ΔxLVDC、ΔuLVDC分别为多端直流微电网的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量。
对多端直流微电网的状态矩阵ALVDC进行特征值分析，确定系统所能承受的最大传输功率特征值会随着传输功率大小的改变而移动，当特征值移动至虚轴时所对应的传输功率即为Pmax。
所述步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中，制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，具体包括：
制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值
Figure BDA0003239355180000051
下一时刻t+1的光伏产出功率预测值
Figure BDA0003239355180000052
下一时刻t+1的直流负荷消耗功率预测值
Figure BDA0003239355180000053
所述步骤三：制氢系统管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，具体包括：
在多端直流微电网稳定运行过程中，制氢系统管控单元实时监测当前时刻t的储能设备功率
Figure BDA0003239355180000054
储能设备SOC。
所述步骤四：制氢系统管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，具体包括：
根据当前时刻t的储能设备SOC，确定下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure BDA0003239355180000055
并进一步计算得到下一时刻t+1的最大制氢功率值
Figure BDA0003239355180000056
1.当soc＜socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure BDA0003239355180000057
满足：
Figure BDA0003239355180000058
则：
Figure BDA0003239355180000059
2.当socmax＞soc＞socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure BDA00032393551800000510
满足：
Figure BDA00032393551800000511
则：
Figure BDA00032393551800000512
3.当soc＞socmax，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure BDA00032393551800000513
满足：
Figure BDA00032393551800000514
则：
Figure BDA00032393551800000515
式中，kHP为制氢系统功率调节参数，
Figure BDA00032393551800000516
为储能设备功率调节参数1，
Figure BDA00032393551800000517
为储能设备功率调节参数2，这两个调节参数根据经验设置和调整，socmin为荷电状态下限值，socmax为荷电状态上限值。
所述步骤五：制氢系统管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整，步骤五具体包括：
制氢系统管控单元将下一时刻t+1的最大制氢功率值
Figure BDA0003239355180000061
作为跟踪点，进行实时优化调整。
综上，本发明提出了一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，能够在保证系统稳定运行的同时最大化利用系统电能，为高效制氢提供了新的思路，完善可再生能源多能互补制氢技术，进一步推动可再生能源产业的健康发展，促进能源结构的不断优化。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过构建系统状态矩阵，利用特征值分析法得到系统所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，作为步骤四的输入；
步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中包括，制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，并作为步骤四的输入；
步骤三：制氢系统管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，并作为步骤四的输入；
步骤四：制氢系统管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，并作为步骤五的输入；
步骤五：制氢系统管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整。
2.根据权利要求1所述的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，所述步骤一：通过构建系统状态矩阵，利用特征值分析法得到系统所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，具体包括：
根据各换流站控制策略的控制结构、各线路信息列写系统的小信号模型，并根据小信号模型得到系统的状态空间模型。
Figure FDA0003239355170000014
式中，ALVDC、BLVDC、ΔxLVDC、ΔuLVDC分别为多端直流微电网的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量；
对多端直流微电网的状态矩阵ALVDC进行特征值分析，确定系统所能承受的最大传输功率Pmax。
3.根据权利要求1所述的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，所述步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中，制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，具体包括：
制氢系统管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值
Figure FDA0003239355170000011
下一时刻t+1的光伏产出功率预测值
Figure FDA0003239355170000012
下一时刻t+1的直流负荷消耗功率预测值
Figure FDA0003239355170000013
4.根据权利要求1所述的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，所述步骤三：制氢系统管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，具体包括：
在多端直流微电网稳定运行过程中，制氢系统管控单元实时监测当前时刻t的储能设备功率
Figure FDA0003239355170000021
储能设备SOC。
5.根据权利要求1所述的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，所述步骤四：制氢系统管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，具体包括：
根据当前时刻t的储能设备SOC，确定下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure FDA0003239355170000022
并进一步计算得到下一时刻t+1的最大制氢功率值
Figure FDA0003239355170000023
4.1、当soc＜socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure FDA0003239355170000024
满足：
Figure FDA0003239355170000025
则：
Figure FDA0003239355170000026
4.2、当socmax＞soc＞socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure FDA0003239355170000027
满足：
Figure FDA0003239355170000028
则：
Figure FDA0003239355170000029
4.3、当soc＞socmax，下一时刻t+1的储能设备可输出功率
Figure FDA00032393551700000210
满足：
Figure FDA00032393551700000211
则：
Figure FDA00032393551700000212
式中，kHP为制氢系统功率调节参数，
Figure FDA00032393551700000213
为储能设备功率调节参数1，
Figure FDA00032393551700000214
为储能设备功率调节参数2，socmin为荷电状态下限值，socmax为荷电状态上限值。
6.根据权利要求1所述的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，所述步骤五：制氢系统管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整，具体包括：
制氢系统管控单元将下一时刻t+1的最大制氢功率值
Figure FDA00032393551700000215
作为跟踪点，进行实时优化调整。
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