一种考虑电氢耦合的综合能源系统容量优化配置方法.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CN113839401A(43)申请公布日2021.12.24(21)申请号202111257315.0(51)Int.Cl.(22)申请日2021.10.27H02J3/28(2006.01)H02J3/00(2006.01)(71)申请人国网青海省电力公司H02J15/00(2006.01)地址810001青海省西宁市城西区胜利路G06Q10/04(2012.01)89号G06Q50/06(2012.01)申请人国网青海省电力公司清洁能源发展研究院国网青海省电力公司经济技术研究院沈阳工业大学(72)发明人李春来李志青刘庭响杨立滨李正曦周万鹏张海宁杨雨琪董雁楠马少华颜宁(74)专利代理机构沈阳亚泰专利商标代理有限公司21107代理人邵明新权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种考虑电氢耦合的综合能源系统容量优化配置方法(57)摘要本发明属于综合能源系统容量配置技术领域，尤其涉及一种考虑电氢耦合的综合能源系统容量优化配置方法。其考虑系统对负荷供电时的负荷缺电情况，保证综合能源系统的经济性和可靠性。包括：步骤1、搭建综合能源系统数学模型确定电氢耦合的综合能源系统的整体结构；步骤2、确定电制氢系统的额定功率和额定氢气产量的关系；步骤3、将蓄电池和储氢罐添加充放电约束；步骤4、建立以全寿命周期运行成本最小为目标的目标函数；步骤5、考虑电氢耦合的综合能源系统的供电量不能满足用户用电负荷需求的概率为负荷缺电率；步骤6、建立总体的多目标函数；步骤7、采用改进遗传算法对综合能源系统进行容量配置，根据自适应权重优化多目标函数。CN113839401ACN113839401A权利要求书1/3页1.一种考虑电氢耦合的综合能源系统容量优化配置方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、搭建综合能源系统数学模型分析电制氢系统的成本和运行特性，分析综合能源系统中风力、光照数据和用户用电负荷需求，确定考虑电氢耦合的综合能源系统的整体结构和系统内各组件单元；步骤2、确定电制氢系统的额定功率PN_e和额定氢气产量Q的关系；步骤3、将蓄电池和储氢罐添加充放电约束；步骤4、建立以全寿命周期运行成本最小为目标的目标函数；步骤5、考虑电氢耦合的综合能源系统的供电量不能满足用户用电负荷需求的概率为负荷缺电率；步骤6、建立总体的多目标函数；步骤7、采用改进遗传算法对综合能源系统进行容量配置，根据自适应权重优化多目标函数。2.根据权利要求1所述的一种考虑电氢耦合的综合能源系统容量优化配置方法，其特征在于：步骤2中、所述确定电制氢系统的额定功率PN_e和额定氢气产量Q的关系为：其中，PN_e为电解槽的额定功率；QN为电解槽的额定氢气产率；Ptanh为产生Q体积氢气的23等效功率；NA为阿伏伽德罗常数，其数值为6.02*10；VM为常温常压下气体摩尔体积，其数值约为24.5L/mol；Co为单位库伦电子数量；VN为额定输出电压；ηe为电解槽转化效率。3.根据权利要求1所述的一种考虑电氢耦合的综合能源系统容量优化配置方法，其特征在于：步骤3中，所述将蓄电池和储氢罐添加充放电约束为：其中，SOC为蓄电池的荷电状态；为便于研究储氢罐的存储状态，本文引入等效荷电状态Sohc其中，psto为储氢罐内的压强；pN为储氢罐最大压强。4.根据权利要求1所述的一种考虑电氢耦合的综合能源系统容量优化配置方法，其特征在于：步骤4中，所述建立以全寿命周期运行成本最小为目标的目标函数为：其中，CC为系统建设初期的投资成本；COM为系统的运营期间的维护成本；CR为系统的置换成本；Cgird为系统购电和售电的收益；为系统的售氢收益；Ce为系统的环境收益。2CN113839401A权利要求书2/3页5.根据权利要求4所述的一种考虑电氢耦合的综合能源系统容量优化配置方法，其特征在于：步骤4‑1、根据综合能源系统结构确定投资成本：其中，CPV为光伏单元的单价；NPV为光伏单元的数量；CWT为风电单元的单价；NWT为风电单元的数量；为电解槽的单价；电解槽的数量；Cbs为蓄电池的单价；Nbs为蓄电池的数量；Cb为燃料电池的单价；Nb为燃料电池的数量；为储氢罐的单价；为储氢罐的数量；fα为折旧系数；Lf为工程年限；r为折旧率；步骤4‑2、计算电制氢系统和储能系统寿命损耗对经济性的影响：储氢系统和储能系统寿命较其他装置可能较短，由于要经常性的进行充放电、充放氢气，且每次循环充放的深度不同，损耗的寿命也不同，因此研究中需要考虑其置换的成本；其中，为电解池的置换成本；为燃料电池的置换成本；为蓄电池的置换成本；步骤4‑3、考虑系统运行期间的成本和收益，包括系统的运维成本、购售电收益、售氢的收益和环境收益。系统的运维成本费用为：其中，为光伏单元的