一种混合氢储能的风光微电网系统优化方法

本发明涉及能源系统领域，尤其涉及一种混合氢储能的风光微电网系统优化方法。

背景技术：

1、随着新能源领域的不断发展，风能太阳能等可再生能源受到了广泛关注。以风力发电和光伏发电作为分布式电源的微电网系统是有效利用风能太阳能的有效手段。但是风力发电和光伏发电受天气变化影响较大，当风速不在可利用范围内或者光照强度不足时会存在功率不稳定的问题。

2、为了改善微电网中发电功率不稳定导致负载功率不平衡的问题，包括铅蓄电池在内的电储能设备被应用在微电网中，起着储存微电网发电过剩时的富余电能和补充微电网发电不足时电能缺口的作用。

3、同时电储能设备因为经济因素和技术成熟得到了广泛的应用，用于提高微电网可控性和提供灵活的微电网运行策略，但是目前微电网中的单一电储能存在容量小、寿命短、消纳可再生能源发电能力有限等缺点。

4、而氢储能系统容量大、寿命长、清洁高效并且存在盈利点，因此在微电网中引入氢储能或其他类型储能设备具有可行性，微电网中的各设备的运行策略关系到微电网整体的经济学与可靠性，同时还受到微电网设备结构、外界机制等影响，需要制定更加细致合理的微电网运行策略。因此，有必要提供一份方案改善上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种混合氢储能的风光微电网系统优化方法，以改善微电网中单一电储能无法满足需求的问题并优化微电网的运行策略和容量配置。

2、本发明提供的一种混合氢储能的风光微电网系统优化方法，包括：

3、在风光微电网系统中加入氢储能系统获得复合系统，所述复合系统包括光伏发电板pv、风力发电机wt、电储能ba、电解槽el、氢储能hst；

4、基于分时电价、所述复合系统中的新能源出力、负荷需求与复合系统中储能设备的优先级，配置复合系统的运行策略；

5、基于复合系统的设备容量、复合系统的全寿命周期成本和预设约束、预设指标，进行优化配置求解得优化参数，基于优化参数对复合系统进行优化调整；

6、配置所述复合系统的运行策略的过程中，包括：

7、当分时电价小于预设阈值，且新能源出力大于负荷需求时，基于优先级将新能源出力与负荷需求的差额电能存储于储能设备，否则购买外部电能补充新能源出力与负荷需求的差额需求，基于设备优先级将外部电能供给差额需求后的富余电能存储于储能设备；

8、当分时电价大于或等于预设阈值，且新能源出力大于负荷需求时，基于优先级将新能源出力与负荷需求的差额电能存储于储能设备，否则所述储能设备中的电储能放电补充新能源出力与负荷需求的补能需求；当电储能放电小于补能需求时，购买外部电能进行补能；

9、收集储能设备中氢储能系统产生的氢能源并售出。

10、上述混合氢储能的风光微电网系统优化方法在应用常规电储能的风光微电网中加入氢储能，改善了电储能消纳可再生新能源发力有限的问题，并为微电网提供了经济收益，同时优化了微电网的运行策略和容量配置。

11、可选的，收集氢储能系统产生氢能源的过程中，包括：

12、当达到预设检测时间时，检测储能设备中氢储能系统内的氢能源存量，当氢能源存量达到预设容量时，收集并出售氢能源；

13、售出氢储能系统中产出的氢能源，减少了“氢-电”过程中的损耗，提高了能源使用效率。

14、可选的，基于复合系统中的新能源出力配置复合系统的运行策略时，预先计算风电出力和光伏出力。

15、可选的，计算风电出力时，包括：

16、当进入所述复合系统的当前风速小于额定速度且大于切入风速时，所述风电出力为ew(t)＝nw(t)*((w(t)-vin)/(vrate-vin))；

17、当进入所述复合系统的当前风速大于额定速度且小于切出风速时，所述风电出力为ew(t)＝nw(t)；

18、其中，ew(t)为风电出力，nw(t)为风电容量，w(t)为当前风速，vin为切入风速，vrate为额定速度，切入风速为风力发电机可以利用风能发电的最小风速，小于此值风力发电机停机，切出风速为风力发电机可以利用风能发电的最大风速，大于此值时风力发电机停机切出电网，风电容量为风速达到额定速度且小于切出风速时，风力发电机并网的最大功率。

19、可选的，计算光伏出力时，包括：

20、tc(t)＝ta(t)+i(t)*(tnoct-20)/800；

21、epv(t)＝apv*i(t)*vref*(1-b1*(tc(t)-tref)+b0*log(i(t)))；

22、tc(t)为光伏板表面温度，ta(t)为光伏板所处环境温度，i(t)为太阳辐射至光伏板表面水平，所述tnoct为标称电池工作温度，epv(t)为光伏出力，apv为光伏板朝向太阳一侧的表面积，vref为模型效率系数，b1为温度系数，tref为标准工作温度，所述b0为太阳辐射系数，标称电池工作温度为太阳能电池板中开路太阳能电池片在条件为：“电池表面的辐照度＝800w/m2、空气温度＝20℃、风速＝1m/s、安装方式背面开放”时达到的温度，标准工作温度为光伏电池中使用一个标准太阳光强标定光伏组件标称功率的温度。

23、可选的，进行优化配置求解优化参数的过程中，以复合系统的设备容量作为变量，以复合系统的全寿命周期成本作为目标函数，以预设约束算法约束去拟合实际模型，并通过预设指标评判系统优化结果，包括：

24、可选的，计算复合系统一年8760小时的全寿命周期成本atc，包括：

25、

26、其中，nw为风电容量，cnw为风力发电机单位容量成本，n_epv为光伏发电容量，cpv为光伏板单位面积成本，n_el为电解槽容量，cel为电解槽单位容量成本，nbat为电储能容量，cbat为电储能蓄电池单位容量成本，nh2为氢储能容量，ch2为氢储能单位容量成本，i1为年利率，n1为设备寿命，money_ebuy为全年8760小时买电成本，eh2in(t)为氢储能的氢气存入量，price_hysumdrogen为氢气售价，eelin(t)为电解槽消耗的电功率，elta为电转氢的效率系数，eh2out(t)为氢储能的氢气放出量，eloss(t)为弃风和弃光的电量，celoss为新能源发电损耗系数，big为罚函数中的惩罚系数，flag1、flag2、flag3、flag4为约束条件中罚函数的变量。

27、可选的，复合系统的设备容量包括复合系统中光伏板最大发电功率、风力发电机最大发电功率、储能系统最大储能量、电解槽最大运行功率。

28、可选的，预设约束条件包括光伏板面积上限约束、电网购电功率上限约束、外部电能购电功率占电负荷比约束、混合氢储能的微电网系统电平衡约束，包括：

29、光伏板面积上限约束，apv＜area；

30、电网购电功率上限约束，egridout(t)＜600；

31、电网购电功率占电负荷比约束，

32、微电网电平衡约束，eload(t)＝ew(t)+epv(t)+ebat(t)+egridout(t)。

33、可选的，预设指标包括可再生能源利用率、复合系统对购买外部电能的依赖性指标、单位电量成本，包括：

34、可再生能源利用率，

35、复合系统对购买外部电能的依赖性指标，

36、单位电量成本，

37、单位电量成本为整个系统的全寿命周期成本/混合氢储能的风光微电网系统的所带负荷量得到的值。

38、可选的，使用粒子群算法求解优化参数中，包括：

39、所采用的粒子群算法，其步骤为：参数初始化、产生初始粒子和速度、对个体极值和群体极值赋值、迭代寻优、输出结果。粒子群算法对其确定迭代次数、粒子规模、前面提到的各变量、变量的个数以及其他常规参数。其中，常规参数是对粒子速度上下限设置为1和-1，粒子的取值上下限设置为10和0。

40、本文在微电网中所提出的氢储能系统结构与运行策略相比其他微电网系统具有更好的性能，具有以下优点：

41、(1)由于电解水产生的氢气作为燃料加入到燃料电池中这一过程里：电解水利用的电能转换到最后燃料电池中产生的电能的转换效率只有40％，相比于这一过程，本文取消对氢燃料电池的使用并将电解水产生的氢气进行售卖，理论上将40％的效率提高到了60％，氢储能系统结构实现了氢电转换过程中能源使用效率的提升、提高了氢储能系统的经济性。

42、(2)根据分时电价分时间段制定了微电网的运行策略，更具有现实意义。

43、(3)整个微电网在此结构和运行策略下具有更好的经济性。