CN117039940B - 一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置 - Google Patents
一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117039940B CN117039940B CN202311289119.0A CN202311289119A CN117039940B CN 117039940 B CN117039940 B CN 117039940B CN 202311289119 A CN202311289119 A CN 202311289119A CN 117039940 B CN117039940 B CN 117039940B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogen
- wind
- energy storage
- fire
- storage system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 127
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 127
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 117
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 23
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007665 sagging Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100001670 Emericella variicolor andE gene Proteins 0.000 description 1
- 101100119760 Escherichia coli fanC gene Proteins 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000013486 operation strategy Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
- H02J3/241—The oscillation concerning frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J15/00—Systems for storing electric energy
- H02J15/008—Systems for storing electric energy using hydrogen as energy vector
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/28—The renewable source being wind energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明涉及负荷频率控制技术，具体涉及一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置，该方法基于系统的频率变化率设计了风氢火协同控制方法，通过风电和氢储系统的协调配合有效缓解了风电功率波动对系统的负面影响，增强风氢火系统的调频输出特性。该方法考虑了不同频率偏差下电网对调频的需求、风电场和氢能的经济性优势以及氢能自身调节能力限制等因素，与传统风储火联合AGC控制方法比较，对风电与氢能最佳运行状态进行了设计，实现了在不同工况下的最优配比，有效提高了调频效果；而发电侧氢储能可以改善火电厂自动发电控制性能，进一步提升了电厂调频收益。
Description
技术领域
本发明属于负荷频率控制（Load Frequency Control，LFC）技术领域，尤其涉及一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置。
背景技术
随着清洁能源的发展步入市场化，能源逐渐发展以风电、光伏发电、水电、生物发电等清洁能源的结构体系，风能以及太阳能等产业得以大规模的应用和发展。为了最大化的利用风能，风机采用最大频率响应MPPT(Maximum Power Point Tracking)控制方法，此时风机在调频过程中进行惯性响应，但由于风电功率的随机性和波动性带来的电力系统频率波动以及电力谐波等问题，给电力系统调频造成极大挑战。为了解决此类问题，提高风电系统的稳定性，采用风电系统配置储能的方式提高系统整体出力的可控性。
储能包含多种类型，第一类是以飞轮储能和超级电容为代表的功率型储能，具有功率密度高、响应速度快等优点，但存在充放电时间短、自放电率高的问题。第二类则是以抽水蓄能、压缩空气储能为代表的能量型储能，具有存储容量大、充放电时间长、使用寿命长等优点，但同样存在响应速度慢、功率密度小等一系列问题，而氢能作为一种来源丰富、绿色低碳的能量型储能，正逐步发展成为应用最为广泛的能源之一。
为了充分利用风能资源，在风能资源富裕区域一般将电网未能消纳的风能电解水制氢，使电能转换为氢能进行存储，在电网能量不足时再通过氢氧燃料电池将氢能转换为电能参与电网调频。氢储能与其他常规储能技术在环保方面相比具有明显优势，但在实际运行中存在以下问题：
在氢储能应用中，不仅要要兼顾氢储能本身特点，同时也考虑电网需求。特别是在并网环节，氢能作为唯一可大规模应用的清洁能源，具有可再生、环境友好等优势，但在运行中，如何在尽可能保证电网调频需求下且节省氢能产出这一问题提出了更高的要求。
发明内容
针对上述问题，为改善风电并网特性、提升系统风电消纳能力，本发明提出在常规的传统火电机组发电系统架构的基础上，增加风电机组配置氢储能系统(电解池和燃料电池)的多目标优化控制策略，应用于电网AGC(Automatic Generation Control)系统。
本发明提供一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法，包括：
S1：根据储氢罐和储氧罐的压强、容量以及电压等特性构建氢储能系统HESS(Hydrogen Energy Storage System)模型；
S2：构建含风氢火系统的电网AGC模型，电网有功功率和负荷的有功功率不平衡时产生频率偏差作为电网AGC模型的输入；
S3：检测当前风速，若当前风速为6-12m/s，进行S4，若当前风速在其他风速区间，则进行S5；
S4：当风速处于6-12m/s区间内，氢储能系统采用虚拟下垂控制对风氢火系统波动进行平抑，通过改变氢储能系统虚拟下垂系数实现氢储能系统输出功率的有效调节，与此同时风机WTG(Wind Turbine Generation)采用惯性输出控制方法辅助氢储能参系统与风氢火系统调频；
S5：当风速处于6-12m/s区间外，风机处于MPPT模式，多余的电能进行电解水制氢，将电能转换为氢气，氢储能系统采用虚拟下垂控制参与风氢火系统调频，抑制风氢火系统的波动；
S6：考虑到调频效果与氢气消耗量的矛盾关系，在满足调频需求的情况下，为了减少氢气消耗量以达到节能的效果，进行多目标优化设计与求解；
S7：将求解出的氢储能系统虚拟下垂系数最优解代入AGC模型运行。
根据本发明提供的一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法，S1所述的氢储能系统模型，该模型包括电解池与燃料电池。通过引入单个电解槽的电压、串联电解槽个数、电解液等电解槽特性系数，得到电解池电压。电解池通过电解水产生氢气和氧气，PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)则负责将氢气和氧气转化为电能，通过计算燃料电池的开路电动势、欧姆极化电压以及欧姆等效电压得到氢氧燃料电池的输出功率，从而得到氢储能系统输出功率。
S2所述风氢火系统的AGC模型中的风力发电环节分为并网部分和非并网部分，非并网部分将富余风电转化为化学能（氢能）进行储存，当电网能量不足时系统通过PEMFC电池将所存储的氢能转化成电能，放电参与电网调频，风机此时辅助参与调频，弥补氢储能系统动态响应速度慢的问题。
S4中当检测到风速处于6-12m/s区间时，氢储能系统利用虚拟下垂控制将频率偏差变化率经过下垂系数变化叠加到氢储能有功控制环路以此模拟同步发电机的动能吸收过程，此时系统配置WTG采用惯性控制输出辅助氢储能系统参与电网调频，弥补氢储能系统动态响应速度较弱的问题。
S5中当检测到风速处于6-12m/s范围外，此时电网调频环节只需氢储能系统提供惯性响应参与调频，在此基础上风机在 MPPT模式下对氢储能系统中的电解水制氢环节提供电能未能消纳的风电能，为电网能量不足时氢氧电池发电提供充足氢气补给。
S6中构建多目标优化的目标函数J 1，J 2分别表示调频效果和氢排放量，通过设定加权值ω 1和ω 2，对目标函数做加权和处理得到多目标最优解条件。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明考虑了不同频率偏差下电网对调频的需求、风电场和氢能的经济性优势以及氢能自身调节能力限制等因素，提出了一种基于多目标优化的风氢火协同输出控制方法，与传统风储火联合AGC控制方法比较，对风电与氢能最佳运行状态进行了设计，实现了在不同工况下的最优配比，有效提高了调频效果；而发电侧氢储能可以改善火电厂自动发电控制性能，进一步提升了电厂调频收益。
本发明采用的应用于电网AGC系统里多目标优化风氢火协同输出控制方式，能明显的降低系统频率波动并且能更快进入稳态，具有更好的调频效果，更适用于风氢火联合AGC系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例含风氢火系统的电网AGC系统等效调频模型；
图2为本发明实施例一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法流程图；
图3为本发明实施例氢储能输出功率对比曲线图；
其中，曲线1表示本发明方法，曲线2表示传统机组调频方法；
图4为本发明实施例风电输出功率对比曲线图；
其中，曲线1表示本发明方法，曲线2表示传统机组调频方法；
图5为本发明实施例小扰动工况下电网频率偏差曲线图；
其中，曲线1表示本发明方法，曲线2表示传统机组调频方法；
图6为本发明实施例大扰动工况下电网频率偏差曲线图；
其中，曲线1表示本发明方法，曲线2表示传统机组调频方法；
图7为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图；
附图标记：
其中：810-处理器、820-通信接口、830-存储器、840-通信总线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提出的基于风氢火协同系统输出控制方法，能有效地降低系统超调量并且能更快进入稳态，具有更好的控制效果。该方法主要包括：基于系统的频率变化率设计了风氢火协同控制方法，通过风电和氢储系统的协调配合有效缓解了风电功率波动对系统的负面影响，增强风氢火系统的调频输出特性。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种基于风氢火协同系统输出控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据储氢罐和储氧罐的压强、容量以及电压等特性构建氢储能系统HESS模型；
步骤2：构建含风氢火系统的电网AGC模型，电网有功功率和负荷的有功功率不平衡时产生频率偏差作为AGC系统的输入；
步骤3：检测当前风速，若当前风速为6-12m/s,，进行步骤4，若当前风速在其他风速区间，则进行步骤5；
步骤4：当风速处于6-12m/s区间内，氢能采用虚拟下垂控制对系统波动进行平抑，通过改变氢储虚拟下垂性系数实现氢储输出功率的有效调节，与此同时风机WTG采用惯性输出控制方法辅助氢能参与系统调频；
步骤5：当风速处于6-12m/s区间外，风机处于MPPT模式，多余的电能进行电解水制氢，把电能转换为氢能，氢能采用虚拟下垂控制参与系统调频，抑制系统波动；
步骤6：考虑到调频效果与氢气消耗量的矛盾关系，在满足调频需求的情况下，为了减少氢气消耗量以达到节能的效果，进行多目标优化设计与求解；
步骤7：将求解出的氢储能虚拟下垂系数最优解代入AGC系统模型运行。
含风氢火系统的电网AGC模型；利用MATLAB中工具箱构建出含风氢火系统的电网AGC模型，本实施例通过引入储氢罐储氧罐的压强、体积等特性得到电解池电压。
储氢罐和储氧罐的压强为：
(1)
式中：M为气体常数；T 1为储气罐温度；V H和V O分别为储氢罐和储氧罐体积；n Hae和n Oae分别为电解池的产氢率和产氧率；n Hfc和n Ofc分别为氢燃料电池需氢率和需氧率。鉴于氢储能系统的特殊性，利用等效荷电状态(Equivalent State of Charge，ESOC)表征储氢罐和储氧罐的剩余能量，其的计算公式为：
（2）
式中：E H和E O分别为储氢罐和储氧罐的ESOC值；P H和P O分别为储氢罐和储氧罐的剩余压强；p为储气罐完全充满气体时的压强，即储气罐的额定压强。
则HESS的等效荷电状态ESOC为：
（3）
电解池由碱式电解槽组成，电解池电压为：
（4）
其中u 1为单个电解槽的电压；N 1为串联电解槽个数；u r为可逆电池电压；r 1和r 2为电解液欧姆电阻系数；T 2为电解液温度；Y 1为电解板面积；i ae为电解槽电流；α i和δ i为电极过电压系数，其中下标i取1、2、3；u ae为电解池电压；
电解池通过电解水产生氢气和氧气，电解池的产气率为：
(5)
式中：F为法拉第常数；η 1为电解池的实际电解效率；z为每次反应的电子数量；ΔP ae为电解池从电网吸收的有功功率；
PEMFC将氢气和氧气转化为电能，其需求率和需氧率分别为：
(6)
式中：N2为燃料电池的个数；为燃料电池的负载电流；
考虑到双电层现象，氢氧燃料电池的输出电压为：
(7)
式中：u 2为单节燃料电池的输出电压；E oc为开路电动势；U o为欧姆极化电压；U e为欧姆等效电压。其计算公式分别为：
(8)
(9)
(10)
式中：T 3为燃料电池的工作温度；p Hfc和p Ofc分别为氢氧燃料电池内氢气和氧气的分压；Z为燃料电池的等效阻抗；L为质子交换膜厚度；Y 2为质子交换膜和活化面积；θ为质子交换膜的含水量；εi为燃料电池的经验系数；K为方程系数；J为燃料电池的电流密度；J max为燃料电池的最大电流密度；C为燃料电池的等效电容。
此时，PEMFC燃料电池的放电功率为：
(11)
式中：为燃料电池的实际发电功率；
风力机是一个风能利用装置，风力机是将风能转换系统中的机械能转化为电能。而在风机的运行过程中，通过引入空气密度ρ、风机叶轮半径R、风速V w、叶尖速比λ、风力机转子转速、桨距角β以及叶片风能利用系数/>等特性可得风力机捕获风能的输出机械功率：
(12)
在图1的含风氢火系统的电网AGC结构模型中，电力系统频率偏差为：
(13)
基于上述含风氢火系统的电网AGC模型对电网进行调频时，根据电网频率偏差的不同分为设置两种控制仿真场景对本实施例所提出的控制方法进行对比分析。
场景1：小扰动控制。
场景2：大扰动控制。
表1本实施例中出现的参数
表2电力系统变量参数表
1.控制方法；
电力系统调频过程的模拟一般是通过MATLAB搭建系统频率动态响应模型完成的，本实施例所搭建的电力系统频率动态响应模型是由传统火电机组、风力机组、氢储能系统三部分组成。
当出现电网频率偏差较大的情况时，此时需配合氢储能以及风机辅助系统进行调频，将电网AGC系统的负荷需求的负荷频率问题转化为风氢火系统输出协调配合控制问题，本实施例根据所搭建的风氢火AGC系统模型，在AGC系统中增加一个对系统频率偏差的判断环节。
首先设置传统系统调频死区为0.033HZ，当频率偏差>0.033HZ时，系统需要调频，此时对风速进行判断：
(1)当检测到风速位于6-12m/s时，HESS采用虚拟下垂输出控制，风机使用惯性输出控制辅助HESS参与电网调频。
(2)当检测到风速处于6-12m/s区间外时，HESS全程参与电网调频，而风机不参与电网调频。此时风机在MPPT模式下将风能转化为电能，进一步的将电网未能消纳的风电使用于电解池中制氢。
本实施例中氢储能系统参与电网调频的原理是：若传统火电机组的调频过程结束后频率偏差没有恢复到调频死区内，此时可以利用氢储能出力值的有功功率以抬升电网的有功功率，从而让电网的有功出力和负荷达到平衡点，系统频率偏差恢复到调频死区内；若是传统机组一次调频后系统频率偏差/>位于调频死区内，默认电网频率正常，氢储系统则不进行调节。
(14)
式中，为储能电池的输出功率。
氢储能系统因其惯性响应速度太慢，所以在调频过程中采用虚拟下垂控制，有效降低频率变化率，减缓频率恶化速度，此过程中根据系统频率偏差变化率确定氢储能输出功率为：
(15)
其中K e为储能电池的虚拟下垂系数，系统通过调整虚拟下垂系数K e控制氢储的输出功率。
当时，/>为传统系统调频死区0.033HZ，在氢储系统采用虚拟下垂输出控制的基础上，风机通过功率信号反馈 PSF(power signal feedback)算法，得到双馈风机的的最优功率曲线，再根据实时转子转速后得到对应的最优有功功率/>。
在风机运行过程中，风能利用系数C P用非线性函数近似表征：
(16)
在(16)式中，不同风速下叶尖速比为：
(17)
在假设定桨距角β=0的条件下，根据图2可知在不同的风速下存在一个最佳转速，而当叶尖速比取定值6.325时，可以得到叶片风能利用系数最大值，此时风机的输出功率最大。
2.多目标问题求解；
本实施例的目标函数设计考虑到了调频需求以及产氢成本尽可能小这两个因素，一般来说多目标算法的目标函数应该相悖，即该算法满足应用要求。
系统调频效果目标函数如下：
(18)
氢储减小额外能量损耗效果目标函数如下：
(19)
以目标函数最大和/>最小为目标采用多目标加权和优化算法。
系统复合目标函数如下：
(20)
式中，ω1和ω2代表分配的权重，二者数量关系需满足：
(21)
该算法优化过程为：首先当负荷扰动作用于系统后，算法运行约束范围内给权重集赋值，记录最佳参数集，分别对目标函数和适度值做归一化处理和评估，如果得到最优解，则保留其数据。若没有达到最大迭代次数就进行循环求解，直至达到最大迭代次数，得到最优解集。求解结束后输出解集，将其作为系统的输入，进行仿真实验。
从图3~图6中可以看出，本发明提出的风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法与传统火电机组配置风电机组参与调频相比，能够有效减少因风力波动给电网带来的负面影响，使系统更快达到稳定状态。且从经济性角度而言，相较于传统发电，风电场配备一定规模的氢储设备能够有效减少风电不确定性给现货市场带来的电价波动风险，提高风电利用率，实现氢的廉价制取，在经济上具有一定可行性，未来需要在现货市场环境下制定更为灵活的风氢火联合系统优化运行策略以充分发挥其巨大的经济潜力。
下面对本发明提供的电子设备装置进行描述，下文描述的电子设备装置与上文描述的一种基于风氢火协同系统输出控制方法可相互对应参照。
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行一种基于风氢火协同系统输出控制方法。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的一种基于风氢火协同系统输出控制方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法，其特征在于，包括：
S1.根据储氢罐和储氧罐的压强、容量以及电压特性构建氢储能系统模型；
S2.构建含风氢火系统的电网AGC模型，将电网有功功率和负荷的有功功率不平衡时产生的频率偏差输入AGC系统；
S3.检测当前风速，若当前风速为6-12m/s，进行S4，若当前风速在其他风速区间，则进行S5；
S4.当风速处于6-12m/s区间内，氢储能系统采用虚拟下垂控制，通过改变氢储能系统虚拟下垂系数实现氢储能系统输出功率的调节，同时风机WTG采用惯性输出控制方法辅助氢储能系统参与风氢火系统调频；
S5.当风速处于6-12m/s区间外，风机处于MPPT模式，多余的电能进行电解水制氢，将电能转换为氢气，氢储能系统采用虚拟下垂控制参与风氢火系统调频；
S6.进行多目标优化与求解；
S7.将求解出的氢储能系统虚拟下垂系数最优解代入AGC系统模型运行。
2.根据权利要求1所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法，其特征在于，所述氢储系统模型包括电解池与燃料电池；通过引入单个电解槽的电压、串联电解槽个数、电解液的电解槽特性系数，得到电解池电压；电解池通过电解水产生氢气和氧气，PEMFC电池将氢气和氧气转化为电能，通过计算燃料电池的开路电动势、欧姆极化电压以及欧姆等效电压得到氢氧燃料电池的输出功率，从而得到氢储能系统输出功率。
3.根据权利要求1所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法，其特征在于，所述风氢火系统的电网AGC模型的风力发电环节包括并网部分和非并网部分，非并网部分将富余风电转化为化学能进行储存，当电网能量不足时氢储能系统通过PEMFC电池将所存储的氢能转化成电能，放电参与电网调频，风机辅助参与调频。
4.根据权利要求1所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法，其特征在于，所述风速处于6-12m/s区间内，氢储能系统采用虚拟下垂控制，通过改变氢储能系统虚拟下垂系数实现氢储能系统输出功率的调节，同时风机WTG采用惯性输出控制方法辅助氢能参与风氢火系统调频的具体步骤如下：当检测到风速处于6-12m/s区间内时，氢储能系统利用虚拟下垂控制将频率偏差经过下垂系数变化叠加到氢储能系统有功控制环路模拟同步发电机的动能吸收过程，此时氢储能系统配置WTG采用下垂控制输出辅助氢储能参与电网调频。
5.根据权利要求1所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法，其特征在于，所述当风速处于6-12m/s区间外，风机处于MPPT模式，多余的电能进行电解水制氢气，将电能转换为氢气，氢储能系统采用虚拟下垂控制参与风氢火系统调频的具体步骤如下：当风氢火系统检测到风速处于6-12m/s范围之外时，氢储能系统提供惯性响应参与电网调频，风机在MPPT模式下对氢储能系统中的电解水制氢环节提供电能未能消纳的风电能，为电网能量不足时氢氧电池发电提供氢气补给。
6.根据权利要求1所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法，其特征在于，所述多目标优化与求解步骤如下：多目标优化的目标函数J 1，J 2分别表示调频效果和氢排放量，通过设定加权值ω 1和ω 2，对目标函数做加权和处理得到多目标最优解条件。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311289119.0A CN117039940B (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311289119.0A CN117039940B (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117039940A CN117039940A (zh) | 2023-11-10 |
| CN117039940B true CN117039940B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=88630336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311289119.0A Active CN117039940B (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117039940B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117526418B (zh) * | 2023-11-14 | 2024-08-16 | 北京联智汇能科技有限公司 | 一种面向多场景应用的燃料电池系统并网切换控制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010025028A (ja) * | 2008-07-22 | 2010-02-04 | Univ Of Ryukyus | 風力発電機の出力電力変動抑制装置 |
| CN110474371A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-19 | 中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司 | 一种风光氢多能源集成系统 |
| CN114583731A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-06-03 | 华能扎赉特旗太阳能光伏发电有限公司科右中旗分公司 | 基于双钛酸锂电池储能控制的风电功率综合调控策略 |
| CN114709866A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-07-05 | 深圳市京泉华科技股份有限公司 | 用于电氢混合储能系统功率的分数阶模型预测控制方法 |
| CN115833229A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-03-21 | 新疆大学 | 基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频方法 |
| CN115864429A (zh) * | 2022-08-31 | 2023-03-28 | 湖北工业大学 | 双碳目标下风储火协同的多目标优化agc方法 |
-
2023
- 2023-10-08 CN CN202311289119.0A patent/CN117039940B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010025028A (ja) * | 2008-07-22 | 2010-02-04 | Univ Of Ryukyus | 風力発電機の出力電力変動抑制装置 |
| CN110474371A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-19 | 中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司 | 一种风光氢多能源集成系统 |
| CN114583731A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-06-03 | 华能扎赉特旗太阳能光伏发电有限公司科右中旗分公司 | 基于双钛酸锂电池储能控制的风电功率综合调控策略 |
| CN114709866A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-07-05 | 深圳市京泉华科技股份有限公司 | 用于电氢混合储能系统功率的分数阶模型预测控制方法 |
| CN115864429A (zh) * | 2022-08-31 | 2023-03-28 | 湖北工业大学 | 双碳目标下风储火协同的多目标优化agc方法 |
| CN115833229A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-03-21 | 新疆大学 | 基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Design and research of wind-solar hybrid power generation and hydrogen production system with energy storage;Zeyu Ma;《2023 4th International Conference on Mechatronics Technology and Intelligent Manufacturing (ICMTIM)》;第109-112页 * |
| Hybrid Wind-Diesel Remote Area Power Systems with Hydrogen-based Energy Storage System;Ameen Gargoom et al;《IEEE》;第1-6页 * |
| 一种用于微网调频的风电与抽水蓄能综合控制方法;赵熙临 等;《河南理工大学学报（自然科学版）》;第42卷(第4期);第121-129页 * |
| 考虑风速随机性的风电-抽水蓄能微网一次调频方法;赵熙临 等;《电网与清洁能源》;第39卷(第1期);第111-119页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117039940A (zh) | 2023-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN117039940B (zh) | 一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置 | |
| CN111371104B (zh) | 一种基于风储联合发电系统的电网频率稳定控制方法 | |
| CN111668860B (zh) | 一种风氢耦合发电系统及其控制方法 | |
| CN109659961B (zh) | 一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法 | |
| CN107546772A (zh) | 双馈异步风电机组在微电网中的电压频率协调控制方法 | |
| CN114908356A (zh) | 一种可再生能源电解水制氢控制系统 | |
| CN115395587A (zh) | 一种多源协同的海上风电场无功电压控制方法 | |
| CN116031899A (zh) | 绝热压缩空气储能辅助风电场调频的方法及相关组件 | |
| CN117543665A (zh) | 直流电压稳定控制方法、装置、计算机设备及存储介质 | |
| CN116526555A (zh) | 基于储氢和退役火电辅助可再生能源发电并网的耦合系统 | |
| CN114049004B (zh) | 一种电氢能源站容量随机规划方法、系统和装置 | |
| Wang et al. | Self-Starting analysis of new energy system with wind power and energy storage | |
| Timmers et al. | Control and power balancing of an off-grid wind turbine with co-located electrolyzer | |
| CN112613901B (zh) | 一种风电和可逆燃料电池共同参与电力市场运行优化方法 | |
| Muthupraveen et al. | Improving the Grid Performance in Hybrid Renewable Energy System | |
| Zhang et al. | Dynamic Characteristics Simulation of Medium Voltage DC Off-Grid Hydrogen Production System | |
| CN116254575B (zh) | 一种基于模拟退火算法的制氢效率优化控制系统及方法 | |
| CN117791647A (zh) | 一种用于风功率平抑的soec系统功率控制方法和系统 | |
| Wu et al. | Modelling and Start-up Coordinated Control Strategy for an Off-grid Photovoltaic/Hydrogen/Battery Hybrid System | |
| Sun et al. | Optimized control of hydrogen production and energy storage system for wind-solar complementary power generation | |
| CN117318155A (zh) | 一种电氢能源枢纽自适应惯量支撑控制方法 | |
| CN117691634A (zh) | 基于变速抽蓄的新能源电网能量平衡优化控制方法及系统 | |
| Das et al. | Optimizing DFIG Wind Farms: Advanced Controls and Energy Storage Integration | |
| CN117200269A (zh) | 一种适用于新能源发电孤网制氢的储能配置方法及系统 | |
| CN117879067A (zh) | 考虑储能容量衰减特性的风储协同参与辅助调频控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |