一种液氢超导共融储能的优化控制方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114142620A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111465450.4H02J3/38(2006.01)(22)申请日2021.12.03(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人方家琨王创钟治垚胡可崴黄丹极应雨恒艾小猛文劲宇(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人汪洁丽(51)Int.Cl.H02J15/00(2006.01)H01F6/00(2006.01)H02J3/28(2006.01)H02J3/26(2006.01)权利要求书5页说明书16页附图5页(54)发明名称一种液氢超导共融储能的优化控制方法及系统(57)摘要本发明公开了一种液氢超导共融储能的优化控制方法及其系统，该方法包括：获取液氢超导共融储能装置的参数、电网出力数据组以及负荷数据组；构建液氢超导共融储能装置的优化控制模型，所述优化控制模型主要包括超导磁体能量状态约束、储罐内氢质量约束：以电网不平衡功率经液氢超导共融储能装置平抑后余留不平衡功率最小为目标函数，求解所述优化控制模型。明确电解水制氢装置、燃料电池装置、超导磁储能、氢液化与汽化系统功率最优分配关系及协同运行特性，在保证装置处于安全良好运行的基础上，得到液氢超导共融储能装置最优工作状态。CN114142620ACN114142620A权利要求书1/5页1.一种液氢超导共融储能的优化控制方法，其特征在于，包括：获取液氢超导共融储能装置的参数、电网出力数据组以及负荷数据组；构建液氢超导共融储能装置的优化控制模型，所述优化控制模型包括超导磁体能量状态约束：PSMES＝PSMES.ch‑PSMES.dis其中，表示第t‑1时间段结束时超导体的能量状态标幺值，表示第t时间段内超导体能量状态变化量，η1为超导磁体将电能转化为磁场能的效率，PSMES.ch为超导磁体从电网吸收的功率，PSMES.dis为超导磁体反馈回电网的功率，η4为超导磁体将磁场能转化为电能的效率，ESMES表示超导磁体的额定容量；氢气质量约束：其中，为第t时间段内由液氢储罐排出并用于氢气液化系统重新液化的氢气质量，为储罐中排出并用于燃料电池燃烧的氢气质量，为第t‑1时间段结束时液氢储罐中剩余的氢气质量，为因所述超导磁体充电过程中产生的损耗而被汽化的液氢质量，η2为用以汽化液氢的功率占总功率损耗的比率，为因超导磁体放电过程中产生的损耗而被汽化的液氢质量，ΔH表示单位质量氢气从液态到气态过程中所吸收的能量，表示到达沸点状态单位质量氢气的内能，为单位质量液氢内能；液氢质量约束：2CN114142620A权利要求书2/5页其中，为第t时间段结束时液氢储罐中剩余的液氢质量，为第t‑1时间段结束时液氢储罐中剩余的液氢质量，为第t时间段内电解水制氢装置所产生的氢气质量，为燃料电池装置所消耗的氢气质量；以电网不平衡功率经液氢超导共融储能装置平抑后富余不平衡功率最小为目标函数，求解所述优化控制模型。2.如权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，所述超导磁体能量状态约束还包括：其中，表示超导磁体在控制周期结束时能量状态，表示超导磁体在控制周期起始时能量状态。3.如权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，所述氢气质量约束还包括：其中，为第t时间段结束时液氢储罐中剩余的氢气质量。4.如权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，所述液氢质量约束还包括：其中，VSMES为超导磁体的体积，为液氢储罐中所能容纳的最小液氢体积，为液氢的密度。5.如权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，还包括：建立电解水制氢装置暂态电路，根据电解水制氢装置暂态电路可得：EEL＝Ecell+Vdl+IELRohm其中，Ecell为电化学反应发生所需电压，EEL为电解水制氢装置所需直流电源输入电压，3CN114142620A权利要求书3/5页IEL为电解水制氢装置工作电流，Ract为反应活化过电压的电阻，Rohm为电解水制氢装置内部存在的欧姆电阻，Cdl为电解水制氢装置中电荷在电极与电解液边缘的积聚所产生的双电层效应的等效电容，Vdl为等效电容Cdl两端的电压，PEL为电解水制氢装置从电网中吸收的功率；对功率PEL的关系式进行微分差分化处理，得到电解水制氢装置暂态电路约束：建立燃料电池装置暂态电路,根据燃料电池装置暂态电路计算EFC＝E′cell‑V′dl‑IFCR′ohm其中，E′cell为能斯特电压，EFC为燃料电池输出电压，IFC为燃料电池工作电流，R′conc为反应浓度差过电压的电阻，R′act为反应活化过电压的电阻，R′ohm为燃料电池内部存在的欧姆电阻，C′dl为双层充电效应等效电容，V′dl为等效电容C′