一种电氢综合能源系统运行优化方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及电力系统调控，特别是涉及一种电氢综合能源系统运行优化方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、随着时代的发展，风电、光伏等新能源大规模并网是新型电力系统构建的最重要路径，而新能源自身具有的强随机性和不确定性，也给新型电力系统中电力电量的平衡带来巨大挑战。氢能作为高效灵活的清洁能源，具有能量密度高、热值高、容量大、易储存等特点，以电制氢、储氢与氢燃料电池为核心氢储能，支撑电氢综合能源系统参与电网调节，是兼顾用户与电网利益的重要手段。

2、在现有技术中，可通过优化负荷侧的用能需求、节约用能费用来促进新能源的消纳，这对于电氢综合能源系统的优化也具有重要意义。然而，传统的电氢综合能源系统缺乏有效地调控，如电氢综合能源系统中的核心原件电解槽，虽然其控制方式灵活可调，但受限于自身效率特性与衰减特性的影响，如果频繁的对电解槽的功率进行调节，很可能导致其寿命变短，也可能增加系统中其他设备的工作负担。因此，合理有效地调控方式，对于电氢综合能源系统的优化和发展至关重要。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种电氢综合能源系统运行优化方法、系统及存储介质，实现了对电氢综合能源系统的有效调控。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案：

3、一种电氢综合能源系统运行优化方法，包括：

4、确定电氢综合能源系统的第一目标函数和第二目标函数；所述电氢综合能源系统至少包括：风力发电机、光伏阵列、电制热设备和氢储能系统；所述氢储能系统至少包括：电解槽、储氢罐和燃料电池；所述第一目标函数以电解槽在一个运行周期内的衰减量最小为目标；所述第二目标函数以氢储能系统在一个运行周期内的调节电量最大为目标；

5、根据所述电氢综合能源系统中的电热功率平衡、储氢罐储氢质量、电解槽电解效率以及设备运行功率，确定目标约束条件；

6、基于所述第一目标函数、所述第二目标函数和所述目标约束条件，构建所述电氢综合能源系统的多目标运行优化模型；所述多目标运行优化模型的决策变量至少包括：电解槽衰减量、电解槽运行功率、电解槽运行状态、燃料电池运行功率以及燃料电池运行状态；

7、获取所述电氢综合能源系统在运行周期内不同时段的目标数据；所述目标数据至少包括：净负荷、风力发电机出力功率、光伏阵列出力功率以及电制热设备工作效率；

8、基于所述电氢综合能源系统在运行周期内所有时段的目标数据，采用nsgaii优化算法求解所述多目标运行优化模型，得到所述决策变量的最优解；

9、基于所述决策变量的最优解，采用功率调度策略对所述电氢综合能源系统进行调控；所述功率调度策略为基于风力发电机出力功率、光伏阵列出力功率和负荷需求判断是否对负荷进行转移或削减的策略。

10、可选地，所述第一目标函数为：

11、f1＝min dt1

12、

13、dt＝kpel_t

14、式中，f1为第一目标函数，dt1为一个运行周期内的电解槽衰减量，t为一个运行周期的时长，dt为t时段的电解槽衰减量，k为衰减系数，pel_t为t时段的电解槽运行功率。

15、可选地，所述第二目标函数为：

16、f2＝maxδp

17、

18、式中，f2为第二目标函数，δp为一个运行周期内的氢储能系统调节电量，t为一个运行周期的时长，pnet,t为t时段电氢综合能源系统的净负荷，xfc,t为t时段的燃料电池运行状态，pfc,t为t时段的燃料电池运行功率，xel,t为t时段的电解槽运行状态，pel_t为t时段的电解槽运行功率。

19、可选地，所述功率调度策略，具体包括：

20、当t时段的风光出力功率大于负荷需求，且，储氢罐储氢质量小于最大储氢质量时，无负荷转移或削减，利用电解槽消纳多余的风光出力功率；所述风光出力功率为风力发电机出力功率和光伏阵列出力功率之和；

21、当t时段的风光出力功率大于负荷需求，且，储氢罐储氢质量达到最大储氢质量时，无负荷转移或削减，将储氢罐内的氢气进行售卖；

22、当t时段的风光出力功率小于负荷需求，且，系统发电功率能够满足负荷缺额时，电负荷和热负荷无转移或削减；所述系统发电功率为风力发电机出力功率、光伏阵列出力功率和燃料电池发电功率之和；

23、当t时段的风光出力功率小于负荷需求，且，系统发电功率不能满足电负荷和热负荷需求时，转移或削减部分负荷；

24、当t时段的风光出力功率小于负荷需求、系统发电功率不能满足电负荷和热负荷需求，且，转移或削减部分负荷后仍无法满足需求时，需要从外部购电。

25、可选地，所述目标约束条件至少包括：氢储能运行约束、电热功率平衡约束和设备运行功率约束；

26、所述氢储能运行约束包括：

27、hhs,t+1＝hhs,t+xel,t(δtηel,tpel,t)-xfc,t(δtpfc,t/ηfc,t)

28、

29、0≤hhs,t≤hhs,max

30、hhs_0＝hhs_t

31、式中，hhs,t为t时段的储氢罐储氢质量，xel,t为t时段的电解槽运行状态，δt为运行时间尺度，ηel,t为t时段的电解槽电解效率，pel_t为t时段的电解槽运行功率，xfc,t为t时段的燃料电池运行状态，pfc,t为t时段的燃料电池运行功率，ηfc,t为t时段的燃料电池发电效率，an为第n个电解槽负载率，prate为电解槽额定功率，ηn为电解槽负载率为an时的电解效率，hhs,max为储氢罐的最大储氢质量，hhs_0为储氢罐在运行周期初始时刻的储氢质量，hhs_t为储氢罐在运行周期结束时刻的储氢质量。

32、可选地，所述电热功率平衡约束为：

33、

34、xfc,t+xel,t＝1

35、式中，pwt,t为t时段的风力发电机出力功率，ppv,t为t时段的光伏阵列出力功率，pgr,t为t时段的电氢综合能源系统与电网的交互功率，peload,t为t时段的电用户电负荷，phload,t为t时段的热用户电负荷，hload,t为t时段的热负荷，ηe_h为t时段的电制热设备工作效率。

36、可选地，所述设备运行功率约束：

37、

38、式中，pel,max为电解槽最大运行功率，pfc,max为燃料电池最大运行功率，peh,max为电制热设备最大运行功率。

39、一种计算机系统，包括：存储器、处理器以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计算机程序以实现所述的电氢综合能源系统运行优化方法。

40、一种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所述的电氢综合能源系统运行优化方法。

41、根据本发明实施例提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

42、为了提高电氢综合能源系统的工作效率，本发明将电解槽在一个运行周期内的衰减量最小，以及，氢储能系统在一个运行周期内的调节电量最大作为最终的优化目标，充分考虑了电解槽衰减对于电氢综合能源系统运行的影响，同时，也强调了氢储能系统对于调节电量的重要性。为了更好地实现上述优化目标，本发明在目标约束条件中增加了电解槽电解效率以及储氢罐储氢质量的约束限制，更好地对应了电解槽衰减量和氢储能系统调节电量。此外，在利用nsgaii优化算法求解得到多目标运行优化模型的最优决策参数后，还制定了对应的功率调度策略，利用最优的决策变量和合理的功率调度策略，实现了电氢综合能源系统的有效调控。