一种风光氢综合能源系统在线能量调控方法与流程

本发明是一种风光氢综合能源系统在线能量调控方法，应用于风光氢综合能源并网运行、能量管理分析、系统功率调度和运行分配研究。

背景技术：

新能源(主要是风能和太阳能)发电耦合氢储能方式，即风力发电、光伏发电耦合电解水制氢和燃料电池系统，将过剩风、光功率用来电解水制氢，功率缺额由燃料电池来补充，减少风电、光伏功率波动及弃风、弃光比例，同时可提供医用或工业用的氢、氧气和热电联产服务，实现清洁、高品质风光氢综合能源系统并网运行，为风、光发电系统提供了新型的储能方式，研究电-氢-电闭环系统在线协能量调控策略，对风、光发电系统高比例开发利用和热电联产供能方式开发利用具有一定的指导意义。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种稳定性好，适应性强，具有较高的实际应用价值的风光氢综合能源系统在线能量调控方法。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种风光氢综合能源系统在线能量调控方法，其特征是，它包括以下内容：

1)风光氢综合能源系统离/并网运行条件

所述风光氢综合能源系统功率平衡方程式(1)为：

P_w,t+P_pv,t+P_fc,t＝P_grid,t+P_el,t (1)

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_grid,t为电网需求功率，P_el,t为电解槽功率；

所述风光氢综合能源系统离/并网运行条件式(2)为

其中：P_grid,t为电网需求功率；

2)燃料电池-制氢-储氢，即：气-电-气自闭环系统运行条件

所述气-电-气自闭环系统运行方程式(3)为

P_elmin＝P_fc,t (3)

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_fc,t为燃料电池功率；

所述气-电-气自闭环系统运行条件式(4)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值；

所述气-电-气自闭环系统运行方程式(5)为

P_elmin＝P_w,t+P_pv,t+P_fc,t (5)

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_fc,t为燃料电池功率；

所述气-电-气自闭环系统运行条件式(6)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_elmin为电解槽最小技术出力，P_grid,t为电网需求功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

3)离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行

所述离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行方程式(7)为

P_el,t＝P_w,t+P_pv,t-P_grid,t (7)

其中：P_el,t为电解槽功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行条件式(8)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fc,t为燃料电池功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行方程式(9)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_eln为电解槽额定功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行条件式(10)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fc,t为燃料电池功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

4)离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(11)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_fc,t为燃料电池功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(12)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_elmin为电解槽最小技术出力，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(13)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_fcn为燃料电池额定功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(14)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_elmin为电解槽最小技术出力，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(15)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_fc,t为燃料电池功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(16)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(17)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_fcn为燃料电池额定功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(18)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(19)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_grid,t为电网需求功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(20)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(21)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_fcn为燃料电池额定功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(22)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值。

利用本发明的方法对风光氢综合能源系统在线能量调控进行分析，充分反应此方法对风光氢综合能源系统在线能量调控的有效性，从而提高电网对风电和光伏的吸纳能力，具有稳定性好，适应性强，实际应用价值高等优点。

附图说明

图1是风速设定值示意图；

图2是辐照强度设定值示意图；

图3是允许并网功率设定值示意图；

图4是电解槽温度设定值示意图；

图5是永磁直驱风力发电机组并网功率变化曲线示意图；

图6是并网光伏功率变化曲线示意图；

图7是电解槽功率变化曲线示意图；

图8是燃料电池功率变化曲线示意图；

图9是1^#和2^#储氢罐压力变化曲线示意图；

图10是系统并网功率变化曲线示意图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明进行详细说明。

一种风光氢综合能源系统在线能量调控方法，其特征是，它包括以下内容：

1)风光氢综合能源系统离/并网运行条件

所述风光氢综合能源系统功率平衡方程式(1)为：

P_w,t+P_pv,t+P_fc,t＝P_grid,t+P_el,t (1)

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_grid,t为电网需求功率，P_el,t为电解槽功率；

所述风光氢综合能源系统离/并网运行条件式(2)为

其中：P_grid,t为电网需求功率；

5)燃料电池-制氢-储氢，即：气-电-气自闭环系统运行条件

所述气-电-气自闭环系统运行方程式(3)为

P_elmin＝P_fc,t (3)

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_fc,t为燃料电池功率；

所述气-电-气自闭环系统运行条件式(4)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值；

所述气-电-气自闭环系统运行方程式(5)为

P_elmin＝P_w,t+P_pv,t+P_fc,t (5)

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_fc,t为燃料电池功率；

所述气-电-气自闭环系统运行条件式(6)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_elmin为电解槽最小技术出力，P_grid,t为电网需求功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

6)离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行

所述离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行方程式(7)为

P_el,t＝P_w,t+P_pv,t-P_grid,t (7)

其中：P_el,t为电解槽功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行条件式(8)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fc,t为燃料电池功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行方程式(9)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_eln为电解槽额定功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢开环系统运行条件式(10)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fc,t为燃料电池功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

7)离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(11)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_fc,t为燃料电池功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(12)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_elmin为电解槽最小技术出力，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(13)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_fcn为燃料电池额定功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(14)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_elmin为电解槽最小技术出力，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(15)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_fc,t为燃料电池功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(16)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(17)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_fcn为燃料电池额定功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(18)为

其中：P_elmin为电解槽最小技术出力，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(19)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_grid,t为电网需求功率，P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(20)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行方程式(21)为

其中：P_el,t为电解槽功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fc,t为燃料电池功率，P_fcn为燃料电池额定功率；

所述离/并网风光-制氢-储氢-燃料电池闭环系统运行条件式(22)为

其中：P_w,t为风电功率，P_pv,t为光伏功率，P_grid,t为电网需求功率，P_eln为电解槽额定功率，P_fcn为燃料电池额定功率，p_1,t为储氢罐1压力，p_2,t为储氢罐2压力，p_1min为储氢罐1压力下限值，p_2min为储氢罐2压力下限值，p_1max为储氢罐1压力上限值，p_2max为储氢罐2压力上限值。

具体实施例：

以仿真参数为基础，对风光氢综合能源系统在线能量调控方法进行分析。电解槽设置：最小技术出力为1.5kW，额定功率为4kW。燃料电池设置：额定功率为2.5kW。储氢罐设置：储氢采用双罐并行独立，互为备用方式，罐体容积为0.5m³，1^#储罐初始压力为0.5Mpa，2^#储罐初始压力为0.4Mpa，压力上限为1.0Mpa，压力下限为0.3Mpa，储氢罐运行温度归算到25℃，风速与辐照强度设置分别如图1和图2所示，允许并网功率设置如图3所示，电解槽温度设置曲线如图4所示。图5为永磁直驱风力发电机组并网功率变化曲线，由图可知，风电机组功率曲线与风速设定变化趋势基本一致。图6为并网光伏功率变化曲线，由图可知，光伏功率曲线与辐照强度设定变化趋势基本一致。图7为电解槽功率变化曲线，由图可知，电解槽功率在最小技术出力1.5kW和额定功率之间4kW波动变化，变化值根据在线能量调控策略算得。图8为燃料电池功率变化曲线，由图可知，燃料电池功率在0-2.5kW之间波动变化。图9为1^#和2^#储氢罐压力变化曲线，由图可知，首先选择1^#储罐进行充罐，当1^#储罐达到压力上限1.0Mpa时，启动2#储罐。图10为系统并网功率变化曲线，由图可知，在本章在线能量调控策略下，并网功率基本可以按功率设定曲线运行，仅在110m-175m时段和375m-400m时段系统功率未按设定功率运行，110m-175m时段由于风光总功率大于电解槽额定功率4kW，系统达到吸收过剩功率上限，故出现并网功率大于设定功率运行时段，375m-400m时段由于功率设定值与风光总功率的系统缺额功率大于燃料电池额定功率2.5kW，故出现并网功率低于设定功率运行时段。

本发明的具体实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明权利要求保护范围内。