CN113839424A - 一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，包括如下步骤：步骤一：设置风氢储系统并网运行模式下的不同调节系数；步骤二：判断当前时刻风电消纳时，风电输出功率是否大于制氢电源功率，如果不是，则转入步骤三；如果是，则进一步判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的充电功率指令；步骤三：判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的放电功率指令；步骤四：储能装置执行调节后的充电功率指令或放电功率指令，完成系统的自适应运行。

Description

一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法
技术领域
本发明涉及新能源和电力领域，尤其是一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法。
背景技术
氢能以其清洁低碳、灵活高效的能源属性在能源转型变革中发挥了重要作用，并通过支撑可再生能源大规模开发与消纳、多种能源网络互联互补和协同优化，能够增强能源供应的安全性、灵活性与综合效率。
可再生能源制氢对于促进风电等可再生能源产业发展，推动能源绿色低碳转型以及构建以可再生能源为主体的新型电力系统具有重要作用。与此同时，风电等可再生能源以直流方式接入电力系统可以减少电力变换环节、提高运行效率，成为重要的技术发展新趋势。考虑到制氢电源通常需要提供直流输出进行制氢，因此，通过直流微网、交直流混合配电系统等集成氢能成为新的发展趋势。
这种直流风氢储高效组网结构如图1所示。其中，高效组网风氢储系统包括风电机组、PEM制氢电解槽、储能装置（包括储能电池和储能DC/DC）、并网AC/DC等组成。风电机组通过风电AC/DC接入直流母线，PEM制氢电解槽通过制氢电源（DC/DC变换器）接入直流母线，储能电池通过储能DC/DC接入直流母线，外部电网通过并网AC/DC接入直流母线。
目前，风氢储系统相关研究在系统组网配置、智能控制等方面已取得一定成果，但对于风/氢/储系统而言，其存在可在生能源随机波动，导致风氢储系统存在多个运行模式，现有技术难以充分考虑风/氢/储系统协调运行特性及各环节的运行特性来自适应不同的运行场景，无法保障对可再生能源/氢能的规模化利用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，来保障高效组网风氢储系统自适应多场景利用，并推广到新能源规模化消纳、电网削峰、填谷等典型工况。本发明将氢能与风电、化学储能深入耦合，不仅能够减小制氢成本，同时实现电-氢储能优势互补，增强高比例风电电力系统的灵活调控能力，充分消纳风电。本发明提出一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，有效解决系统难以自适应优化运行的难题，应用前景广阔。
本发明的技术方案为：一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，包括如下步骤：
步骤一：设置风氢储系统并网运行模式下的不同调节系数；
步骤二：判断当前时刻风电消纳时，风电输出功率是否大于制氢电源功率，如果不是，则转入步骤三；如果是，则进一步判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的充电功率指令；
步骤三：判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的放电功率指令；
步骤四：储能装置执行调节后的充电功率指令或放电功率指令，完成系统的自适应运行。
有益效果：
本发明提出一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，利用风电、氢能之间的功率变化情况，充分考虑风/氢/储系统协调运行特性及各环节的运行特性，提出不同运行工况下储能装置优化的充、放电功率指令，使得高效组网风氢储系统自适应新能源规模化消纳，以及电网削峰填谷等典型运行工况。
附图说明
图1为高效组网风氢储系统结构图；
图2为本发明的方法流程图。
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，如图2所示，提出一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，包括如下步骤：
步骤一：设置风氢储系统并网运行模式下的不同调节系数；
步骤二：判断当前时刻风电消纳时，风电输出功率是否大于制氢电源功率，如果不是，则转入步骤三；如果是，则进一步判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的充电功率指令；
步骤三：判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的放电功率指令；
步骤四：储能装置执行调节后的充电功率指令或放电功率指令，完成系统的自适应运行。
具体的，步骤一：设置风氢储系统并网运行模式下的不同调节系数：
Figure 4037DEST_PATH_IMAGE002
其中SOC为储能装置的荷电状态，SOC LL 为储能装置荷电状态的下下限，SOC L 为储能装置荷电状态的下限，SOC H 为储能装置荷电状态的上限，SOC HH 为储能装置荷电状态的上上限。a为低SOC阶段的调节系数，D 1为低SOC阶段的相对系数；b为高SOC阶段的调节系数，D 2为高SOC阶段的相对系数；c为正常SOC阶段的调节系数，所述正常SOC阶段是指
Figure 201800DEST_PATH_IMAGE003
。
步骤二：判断当前时刻风电消纳时，风电输出功率P WT 是否大于制氢电源功率P H2，如果不是，则转入步骤三；如果是，则进一步判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域：
A：如果
Figure 391866DEST_PATH_IMAGE004
则：
Figure 624264DEST_PATH_IMAGE005
p为临时变量，∆P H2代表当前时刻与上一时刻的制氢电源功率之差的绝对值。∆ P WT 代表当前时刻与上一时刻的风电输出功率之差的绝对值；P bess,rated 为储能装置的额定功率，P H2,rated 为制氢电源的额定功率；
P bess,c 为储能装置的充电功率指令，η c 为储能装置的充电效率；风电输出功率表示为P WT ，制氢电源功率表示为P H2，则满足：
Figure 130332DEST_PATH_IMAGE006
；
B：如果
Figure 815391DEST_PATH_IMAGE007
，则：
Figure 291372DEST_PATH_IMAGE008
储能装置的充电功率指令满足：
Figure 378277DEST_PATH_IMAGE009
C：如果
Figure 55246DEST_PATH_IMAGE003
，储能装置的充电功率指令满足：
Figure 102967DEST_PATH_IMAGE010
。
步骤三：判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，
A：如果
Figure 258005DEST_PATH_IMAGE004
，则：
Figure 464995DEST_PATH_IMAGE011
p为临时变量，∆P H2 代表当前时刻与上一时刻的制氢电源功率之差的绝对值。∆ P WT 代表当前时刻与上一时刻的风电输出功率之差的绝对值，P bess,rated 为储能装置的额定功率，P WT,rated 为风电的额定功率；
P bess,d 为储能装置的放电功率指令，η d 为储能装置的放电效率，风电输出功率表示为P WT ，制氢电源功率表示为P H2，则满足：
Figure 312866DEST_PATH_IMAGE012
B：如果
Figure 97151DEST_PATH_IMAGE007
，则：
Figure 55880DEST_PATH_IMAGE013
储能装置的放电功率指令满足：
Figure 586218DEST_PATH_IMAGE014
C：如果
Figure 978891DEST_PATH_IMAGE003
，储能装置的放电功率指令满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
。
步骤四：储能装置执行充、放电功率指令，完成系统的自适应运行。
本发明将氢能与风电、化学储能深入耦合，不仅能够减小制氢成本，同时实现电-氢储能优势互补，增强高比例风电电力系统的灵活调控能力，充分消纳风电。本发明提出一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，有效解决系统难以自适应优化运行的难题，应用前景广阔。
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 (4)

1.一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：设置风氢储系统并网运行模式下的不同调节系数；
步骤二：判断当前时刻风电消纳时，风电输出功率是否大于制氢电源功率，如果不是，则转入步骤三；如果是，则进一步判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的充电功率指令；
步骤三：判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的放电功率指令；
步骤四：储能装置执行调节后的充电功率指令或放电功率指令，完成系统的自适应运行。
2.根据权利要求1所述的一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：
根据SOC的状态，设置风氢储系统并网运行模式下的不同调节系数，具体如下：
Figure 393139DEST_PATH_IMAGE002
其中SOC为储能装置的荷电状态，SOC LL 为储能装置荷电状态的下下限，SOC L 为储能装置荷电状态的下限，SOC H 为储能装置荷电状态的上限，SOC HH 为储能装置荷电状态的上上限；a为低SOC阶段的调节系数，D 1为低SOC阶段的相对系数；b为高SOC阶段的调节系数，D 2为高SOC阶段的相对系数；c为正常SOC阶段的调节系数。
3.根据权利要求1所述的一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，其特征在于，所述步骤二，进一步判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的充电功率指令，具体如下：
A：如果
Figure 779121DEST_PATH_IMAGE003
则：
Figure 168645DEST_PATH_IMAGE004
p为临时变量，∆P H2代表当前时刻与上一时刻的制氢电源功率之差的绝对值，∆P WT 代表当前时刻与上一时刻的风电输出功率之差的绝对值；P bess,rated 为储能装置的额定功率， P H2,rated 为制氢电源的额定功率；
P bess,c 为储能装置的充电功率指令，η c 为储能装置的充电效率；风电输出功率表示为P WT ，制氢电源功率表示为P H2 ，则满足：
Figure 298275DEST_PATH_IMAGE005
；
B：如果
Figure 847068DEST_PATH_IMAGE006
，则：
Figure 403952DEST_PATH_IMAGE007
储能装置的充电功率指令满足：
Figure 530039DEST_PATH_IMAGE008
C：如果
Figure 463360DEST_PATH_IMAGE009
，储能装置的充电功率指令满足：
Figure 866660DEST_PATH_IMAGE010
。
4.根据权利要求1所述的一种高效组网风氢储系统的运行模式自适应协调方法，其特征在于，所述步骤三，判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，并调节储能装置的放电功率指令，具体包括：
判断储能装置的荷电状态SOC所处的区域，
A：如果
Figure 594444DEST_PATH_IMAGE011
，则：
Figure 194446DEST_PATH_IMAGE012
p为临时变量，∆P H2 代表当前时刻与上一时刻的制氢电源功率之差的绝对值；∆P WT 代表当前时刻与上一时刻的风电输出功率之差的绝对值，P bess,rated 为储能装置的额定功率，P WT,rated 为风电的额定功率；
P bess,d 为储能装置的放电功率指令，η d 为储能装置的放电效率，风电输出功率表示为P WT ，制氢电源功率表示为P H2，则满足：
Figure 665879DEST_PATH_IMAGE013
B：如果
Figure 923685DEST_PATH_IMAGE014
，则：
Figure 212584DEST_PATH_IMAGE015
储能装置的放电功率指令满足：
Figure 188630DEST_PATH_IMAGE016
C：如果
Figure 198174DEST_PATH_IMAGE017
，储能装置的放电功率指令满足：
Figure 576066DEST_PATH_IMAGE018
。
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