一种风光氢综合能源系统容量配置方法.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CN113872240A(43)申请公布日2021.12.31(21)申请号202111157400.XH02J3/14(2006.01)(22)申请日2021.09.30(71)申请人国网上海市电力公司地址200122上海市浦东新区源深路1122号(72)发明人周翔窦真兰沈主浮张春雁康继光沈晓枉苗伟杰王若华陈博袁心怡陈伟陈向叶刘浏励晨龚新程韩冬冯霜霜(74)专利代理机构上海兆丰知识产权代理事务所(有限合伙)31241代理人卢艳民(51)Int.Cl.H02J3/38(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图3页(54)发明名称一种风光氢综合能源系统容量配置方法(57)摘要本发明公开了一种风光氢综合能源系统容量配置方法，综合考虑风光氢综合能源系统投资成本、年度运行成本和因设备折旧而更换设备的成本，以系统全生命周期下的成本净现值最小化为优化目标，系统年度运行成本包括从电网购电成本、设备操作成本和电解储氢过程中氢气压缩的成本，对风光氢综合能源系统实施了设计及运行集成优化，更有利于提升风光氢综合能源系统的使用效率，减少风光氢综合能源系统的成本。CN113872240ACN113872240A权利要求书1/3页1.一种风光氢综合能源系统容量配置方法，所述风光氢综合能源系统至少包括光伏发电系统、风力发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉，其特征在于，所述容量配置方法包括以下步骤：S1，输入风光氢综合能源系统热、电逐时负荷以及风光氢综合能源系统各设备的经济参数和技术参数；S2、构建风光氢综合能源系统容量配置的数学模型，考虑的约束条件包括：风设备特性方程、质量平衡方程、功率特性约束、弃电率约束和设计约束；S3、以风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值最小化为优化目标，对风光氢综合能源系统各设备的容量进行优选；S4、输出风力发电系统、光伏发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉的最优容量，得到风光氢综合能源系统各设备的最优容量配置。2.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，综合考虑风光氢综合能源系统的投资成本、年度运行成本和因设备折旧而更换设备的成本，构建的风光氢综合能源系统容量配置的数学模型为风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值；风光氢综合能源系统的年度运行成本包括从电网购电成本、设备操作成本和电解储氢过程中氢气压缩的成本；成本净现值NPV的具体表达式为：式(1)和式(2)中，下标q代表风光氢综合能源系统中的各设备；Wq代表设备q的额定容量；Cinv,q代表设备q的单位投资成本；Copt,q代表设备q的单位运行成本；Pbuy,t代表第t时刻下的从电网购电的功率；Cbuy,t代表第t时刻下的从电网购电的价格；Δt为运行调度的单位时间间隔；Ccomp为将每摩尔氢气压缩至所需压力的平均费用；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；ηE,H为将电解过程中电量和氢气量的转换系数，单位为kWh/kg；CRFl,i为当设备寿命为l，折现率为i时的投资回收系数；为将第n年设备q的替换成本，不需要更换设备时3.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，所述设备特性方程包括风力发电系统的设备特性方程和光伏发电系统的设备特性方程，其中：风力发电系统的功率输出特性PWT由风机额定功率WWT和风速v共同决定，风力发电系统的设备特性方程的表达式为：式(3)中，vci为风机的切入风速；vR为风机的切出风速和vco为风机的额定风速；2CN113872240A权利要求书2/3页光伏发电系统的功率输出功率特性PPV受到光照辐射G、组件温度TC以及组件特性的影响，光伏发电系统的设备特性方程的表达式为：式(4)中，光伏的额定容量WPV是标准测试工况下光伏最大输出功率，其对应的测试条件2‑1为GSTC＝1kW/m和TSTC＝25℃；β为温度影响系数，β＝‑0.0047K；采用环境温度作为光伏的组件温度TC。4.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，所述质量平衡方程包括电功率平衡方程、热功率平衡方程和氢气质量平衡方程；其中：电功率平衡方程描述了任意t时刻下系统母线上的输入与输出功率相等，电功率平衡方程表达式为：Pbuy,t+PWT,t+PPV,t+ηFC,EPFC,t＝PELE,t/ηELE+Pheat,t+Pload,t+Ploss,t(5)式(5)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；Pheat,t代表第t时刻下电热锅炉的用电功率；Pload,t代表第t时刻下系统总电功率需求；Ploss,t代表第t时刻下弃电功率；ηFC,E代表燃料电池的电转化