一种计及电氢热耦合的rSOC运行模型及建模方法、系统

本发明属于能量转换与存储，具体涉及一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型及建模方法、系统。

背景技术：

1、随着全球能源需求的不断增长和环境保护压力的加大，开发和利用可再生能源已经成为世界各国关注的焦点。氢能作为一种清洁、高效的能源载体，具有巨大的发展潜力。在氢能利用过程中，可逆固体氧化物电池（rsoc）因其高效率和燃料多样性，成为研究的热点。rsoc可以在电解（soec）模式下工作，将电能转化为化学能储存在氢气中；也可以在燃料电池（sofc）模式下工作，将氢气的化学能转化为电能。这种可逆操作模式使rsoc在能源存储与转化方面具有独特的优势。

2、然而，rsoc在实际运行中，存在电、氢、热三者耦合的复杂物理现象。电解转换过程中会伴随着氢气和热能的消耗，而发电过程中的电阻损耗和极化现象又会导致热的产生。传统的模型往往单独考虑电化学过程或热力学过程，缺乏对系统内多物理场耦合行为的全面描述，抑或是未考虑能量转换与吸收之间的非线性关系，仅采用线性关系表征，影响了rsoc运行的灵活性和经济性。

3、目前，已有一些研究在尝试建立计及电氢热耦合的rsoc模型，但这些模型多从电化学和热力学层面出发，模型较为复杂且需要大量的计算资源，而且在实际应用中难以推广。因此，亟需一种更为简化和实用的建模方法，以便更好地模拟和优化rsoc的运行过程的同时兼顾其多能耦合的转非线性换特征。

4、如中国专利cn202311383625.6提出一种基于动态热电特性的可逆固体氧化物电池模型及其建模方法，能够提高rsoc运行过程中的能量利用效率，增强rsoc并网运行的安全性和运行的灵活性，降低rsoc的功率切换成本。但是该方法从热力学和电化学层面出发，使得模型较为复杂且难以实际应用。

5、又如中国专利cn202410199596.6公开了一种基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，该方法提出了一种充分利用可再生资源太阳能和水制取绿氢，同时存储氢气和利用绿氢发电和供热的系统。然而该方法所建立的rsoc模型同样较为复杂，难以参与实际应用。

6、再如中国专利cn202311659341.5提出了一种基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，通过构建基于可逆固体氧化物电池双向耦合的电力天然气耦合网络模型提高综合系统的经济效益。但该方法仅考虑了电氢之间的相互转化，并未考虑rsoc运行过程的热能吸收和释放状况。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型及建模方法、系统，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型的建模方法，包括以下步骤：

4、建立计及电氢热耦合的rsoc电解模型；

5、建立计及电氢热耦合的rsoc发电模型；

6、基于计及电氢热耦合的rsoc电解模型和计及电氢热耦合的rsoc发电模型，考虑rsoc的启停和爬坡特征，建立rsoc运行模型；

7、通过分段线性化方法和大m法对rsoc运行模型进行线性化。

8、进一步地，所述计及电氢热耦合的rsoc电解模型为：

9、

10、

11、

12、

13、

14、式中，为二进制变量，其值为1时表示rsoc处于soec状态；为rsoc的装机容量；为rsoc在soec状态下在第d天t时刻的输入电功率；为rsoc在soec状态下在第d天t时刻的输出氢流量；为rsoc在soec状态下在第d天t时刻的吸收热功率；为rsoc在soec状态下在第d天t时刻的电转氢效率；为rsoc在soec状态下在第d天t时刻的热电比；为氢的低位热值；为天数的索引；为小时的索引；为天数的集合；为小时的集合；、、、、、均为常数。

15、进一步地，所述建立计及电氢热耦合的rsoc发电模型为：

16、

17、

18、

19、

20、

21、式中，为二进制变量，其值为1时表示rsoc处于sofc状态；为rsoc在sofc状态下在第d天t时刻的输出电功率；为rsoc在sofc状态下在第d天t时刻的输入氢流量；为rsoc在sofc状态下在第d天t时刻的放出热功率；为rsoc在sofc状态下在第d天t时刻的氢发电效率；为rsoc在sofc状态下在第d天t时刻的热电比；、、、、、均为常数。

22、进一步地，所述rsoc运行模型为：

23、

24、

25、

26、

27、

28、

29、式中，为二进制变量，其值为1时表示rsoc处于运行状态，否则处于停机状态；为rsoc处于sofc状态下的爬坡率；为rsoc处于soec状态下的爬坡率；为二进制变量，其值为1时表示rsoc处于停机到启动的转换状态；为二进制变量，其值为1时表示rsoc处于启动到停机的转换状态；为rsoc处于停机到启动的转换状态的最小持续时间；为rsoc处于启动到停机的转换状态的最小持续时间。

30、进一步地，在对所述rsoc运行模型进行线性化的过程中，采用分段线性化方法将电氢热之间复杂耦合关系转化成氢和电、热和电之间的线性关系，采用大m法实现二进制变量与连续变量乘积项的线性转化，生成rsoc运行的混合整数线性化模型。

31、一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型，利用上述的一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型的建模方法构建。

32、一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型的建模系统，包括：

33、电解模型构建模块：建立计及电氢热耦合的rsoc电解模型；

34、发电模型构建模块：建立计及电氢热耦合的rsoc发电模型；

35、运行模型构建模块：基于计及电氢热耦合的rsoc电解模型和计及电氢热耦合的rsoc发电模型，考虑rsoc的启停和爬坡特征，建立rsoc运行模型；

36、以及，模型线性化模块：通过分段线性化方法和大m法对rsoc运行模型进行线性化。

37、一种计算机存储介质，存储有可读程序，当程序运行时，能够执行上述的一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型的建模方法。

38、一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

39、所述存储器用于存放至少一条可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述的一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型的建模方法对应的操作。

40、一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令指示计算设备执行上述的一种计及电氢热耦合的rsoc运行模型的建模方法对应的操作。

41、本发明的有益效果：

42、1、本发明提出了考虑电氢热多能耦合关系的rsoc运行模型，有效表征了rsoc运行过程中电氢热多能耦合的关系，模拟了rsoc的真实运行。

43、2、本发明充分考虑了rsoc运行过程中多参数的时变性与强耦合特征，以及rsoc运行中的爬坡和启停特性，显著提高了rsoc运行的灵活性和经济性。

44、3、本发明提出了一种结合分段线性化和大m法方法实现rsoc运行模型线性化的方法，有效降低了rsoc运行模型的求解难度，提高了模型求解速度。