风光储互补制氢交直流系统的自适应管控方法

1.本发明涉及电力技术领域，尤其是一种风光储互补制氢交直流系统的自适应管控方法。


背景技术：

2.现阶段风/光互补制氢技术通常采用可再生能源交流汇集的方式，制氢过程中存在多个交
‑
直
‑
交变换环节，降低了整体运行效率，这些成为制约风/光互补制氢高效运行的关键技术问题与难题。分布式能源直流汇集与柔性直流互联是减少变换环节、提高系统整体运行效率的重要途径，以氢能为支撑、直流为互联网架，构建风能、太阳能等分布式可再生能源与氢能互补高效利用的风光储互补制氢交直流系统，在满足高效制氢需求的同时，充分发挥氢能的柔性调控作用、实现对可再生能源的充分消纳和经济利用。
3.图1描述了风光储互补制氢交直流系统的典型结构，其中单个交流系统ac通过电压源型换流站(voltage
‑
source converter,vsc)与直流网络互联，其中，vsc1,
…
,vsc2,
…
,vscn的交流侧分别接入ac1,
…
,ac2,
…
,acn，与此同时，vsc1,
…
,vsc2,
…
,vscn的直流侧经直流线路接入直流母线。直流网络可集成光伏发电、风力发电、储能装置、以及制氢负载等，当设备的直流电压与直流母线电压等级不匹配时，可以配置相应的dc/dc变换器进行适配。
4.在制氢过程中，可再生能源功率可能出现宽功率波动，而制氢负荷也会出现复杂工况，在运行过程中，如何利用已有的历史运行数据来充分挖掘其蕴含的经验知识，快速生成风光储互补制氢交直流系统的自适应管控指令，如储能装置功率指令，成为一项具有理论和现实意义的关键技术。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提出风光储互补制氢交直流系统的自适应管控方法，减少系统控制复杂度，实现复杂工况下系统的自适应管控，并同时确保高效、平稳制氢。本发明提出的技术可以有效弥补现有缺陷，有利于实现风光储互补制氢交直流系统的自适应管控，有效应对复杂工况，应用前景广阔。
6.本发明提供一种风光储互补制氢交直流系统的自适应管控方法，具体包括如下步骤：
7.步骤1：基于风光储互补制氢交直流系统的历史运行数据形成专家库并推理预测，预测当前时刻t的储能装置功率理论值；
8.步骤2：基于步骤1预测的当前时刻t的储能装置功率理论值进行自适应管控。
9.进一步的，所述步骤1：基于风光储互补制氢交直流系统的历史运行数据形成专家库并推理预测，预测当前时刻t的储能装置功率理论值；具体包括：
10.步骤1.1、结合风光储互补制氢交直流系统的历史运行数据形成专家库矩阵，其中包含n条记录，则第n条记录表示为re
n
＝{p
w,n
，p
p,n
，p
h,n
，s
n
，p
e,n
}，其中p
w,n
代表第n条记录的
风力发电功率，p
p,n
代表第n条记录的光伏发电功率，p
h,n
代表第n条记录的制氢负荷功率，s
n
代表第n条记录的储能装置soc，p
e,n
代表第n条记录的储能装置功率；
11.步骤1.2、迭代计算当前时刻t的记录r(t)与专家库矩阵缩减后的矩阵r
n
之间的距离d
n
，从n＝1开始，重复1.2.1
‑
1.2.3过程，直到n＝n计算结束；
12.步骤1.3、计算所有d
n
中的最小值，假定为min，对应的下标为m，则定位至专家库矩阵的第m条记录，此时当前时刻t的储能装置功率理论值p(t)＝p
e,m
。
13.进一步的，所述步骤1.2具体包括：
14.步骤1.2.1、对第n条记录re
n
进行缩减，删除最后一项p
e,n
，得到第n条记录的缩减表达式r
n
，其中r
n
＝{p
w,n
，p
p,n
，p
h,n
，s
n
}：
15.步骤1.2.2、获取当前时刻t的风力发电功率p
w
(t)，光伏发电功率p
p
(t)，制氢负荷功率p
h
(t)，储能装置soc s(t),形成当前时刻t的记录r(t)＝{p
w
(t)，p
p
(t)，p
h
(t)，s(t)}，
16.计算当前时刻t的记录r(t)与专家库矩阵缩减后的矩阵r
n
之间的均值u
n
：
17.u
n
＝{(p
w
(t)+p
w,n
)/2,(p
p
(t)+p
p,n
)/2,(p
h
(t)+p
h,n
)/2,(s(t)+s
n
)/2}
18.计算当前时刻t的记录r(t)与专家库矩阵r
n
之间的协方差矩阵：
19.s(i,j)＝{[r
n
(i)
‑
u
n
(i)]*[r
n
(j)
‑
u
n
(j)]+[r(t)(i)
‑
u
n
(i)]*[r(t)(j)
‑
u
n
(j)]}/2
[0020]
其中i，j为协方差矩阵s的行、列数，r
n
(i)代表r
n
的第i行数据，u
n
(i)代表u
n
的第i行数据，r
n
(j)代表r
n
的第j列数据，u
n
(j)代表u
n
的第j列数据，r(t)(i)代表r(t)的第i行数据，r(t)(j)代表r(t)的第j列数据；
[0021]
计算当前时刻t的记录r(t)与专家库矩阵缩减后的矩阵r
n
之间的距离d
n
：
[0022]
d
n
＝sqrt{[r
n
‑
r(t)]s
‑1[r
n
‑
r(t)]
t
}，
[0023]
其中[r
n
‑
r(t)]
t
为[r
n
‑
r(t)]的转置运算；
[0024]
步骤1.2.3、n值加1：n＝n+1。
[0025]
进一步的，所述步骤2：基于步骤1预测的结果进行自适应管控具体包括：
[0026]
2.1、获取t
‑
1时刻的储能装置功率p
e
(t
‑
1),
…
,以及t
‑
l时刻的储能装置功率p
e
(t
‑
l)，其中l为预设的管控时段长度；计算均值a
t
‑1＝(p
e
(t
‑
l)+
…
+p
e
(t
‑
1))/l；
[0027]
获取t
‑
2时刻的储能装置功率p
e
(t
‑
2),
…
,以及t
‑
l
‑
1时刻的储能装置功率p
e
(t
‑
l
‑
1)，其中l为预设的管控时段长度；计算均值a
t
‑2＝(p
e
(t
‑
l
‑
1)+
…
+p
e
(t
‑
2))/l；
[0028]
2.2p
e
(t)＝p(t)+(a
t
‑1‑
a
t
‑2)(p
e
(t
‑
1)
‑
p
e
(t
‑
2))/p
e
(t
‑
1)+(a
t
‑1‑
a
t
‑2)a
t
‑1/p
e
(t
‑
1)。
[0029]
有益效果：
[0030]
本发明提出风光储互补制氢交直流系统的自适应管控方法，利用系统已有的历史运行数据充分挖掘其蕴含的经验知识，针对不同运行工况快速生成风光储互补制氢交直流系统的自适应管控指令，完成对储能装置的功率设定。该方法可以减少系统整体的控制复杂性，实现不同运行工况下系统的自适应调控，实现平稳高效制氢。
附图说明
[0031]
图1风光储互补制氢交直流系统示意图；
[0032]
图2本发明的方法流程图。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0034]
根据本发明的实施例，本发明提出一种风光储互补制氢交直流系统的自适应管控方法，如图2所示，具体包含下述两个步骤：
[0035]
步骤1：基于风光储互补制氢交直流系统的历史运行数据形成专家库并推理预测，预测当前时刻的储能装置功率理论值：
[0036]
步骤1.1、结合历史运行数据，形成专家库矩阵，其中假定包含n条记录，则第n条记录表示为re
n
＝{p
w,n
，p
p,n
，p
h,n
，s
n
，p
e,n
}，其中p
w,n
代表第n条记录的风力发电功率，p
p,n
代表第n条记录的光伏发电功率，p
h,n
代表第n条记录的制氢负荷功率，s
n
代表第n条记录的储能装置soc，p
e,n
代表第n条记录的储能装置功率。
[0037][0038][0039]
步骤1.2、迭代计算，从n＝1开始，重复步骤1.2.1
‑
1.2.3过程，直到n＝n计算结束。
[0040]
步骤1.2.1、对第n条记录re
n
进行缩减，删除最后一项p
e,n
，得到第n条记录的缩减表达式r
n
，其中r
n
＝{p
w,n
，p
p,n
，p
h,n
，s
n
}：
[0041]
步骤1.2.2、获取当前时刻t的风力发电功率p
w
(t)，光伏发电功率p
p
(t)，制氢负荷功率p
h
(t)，储能装置soc s(t),形成当前时刻t的记录r(t)＝{p
w
(t)，p
p
(t)，p
h
(t)，s(t)}，
[0042]
计算当前时刻t的记录r(t)与专家库矩阵缩减后的矩阵r
n
之间的均值u
n
：
[0043]
u
n
＝{(p
w
(t)+p
w,n
)/2,(p
p
(t)+p
p,n
)/2,(p
h
(t)+p
h,n
)/2,(s(t)+s
n
)/2}
[0044]
计算当前时刻t的记录r(t)与专家库矩阵r
n
之间的协方差矩阵：
[0045]
s(i,j)＝{[r
n
(i)
‑
u
n
(i)]*[r
n
(j)
‑
u
n
(j)]+[r(t)(i)
‑
u
n
(i)]*[r(t)(j)
‑
u
n
(j)]}/2
[0046]
其中i，j为协方差矩阵s的行、列数，r
n
(i)代表r
n
的第i行数据，u
n
(i)代表u
n
的第i行数据，r
n
(j)代表r
n
的第j列数据，u
n
(j)代表u
n
的第j列数据，r(t)(i)代表r(t)的第i行数据，r(t)(j)代表r(t)的第j列数据。
[0047]
计算当前时刻t的记录r(t)与专家库矩阵缩减后的矩阵r
n
之间的距离d
n
：
[0048]
d
n
＝sqrt{[r
n
‑
r(t)]s
‑1[r
n
‑
r(t)]
t
}，
[0049]
其中[r
n
‑
r(t)]
t
为[r
n
‑
r(t)]的转置运算。
[0050]
步骤1.2.3、n值加1：n＝n+1。
[0051]
步骤1.3、计算所有d
n
中的最小值，假定为min，对应的下标为m，则定位至专家库矩阵的第m条记录，此时当前时刻t的储能装置功率理论值p(t)＝p
e,m
。
[0052]
此步骤计算目的就是为了预测当前时刻的储能装置功率理论值，为下一步的控制提供参考值。
[0053]
步骤2：基于步骤1预测的结果进行自适应管控：
[0054]
2.1、获取t
‑
1时刻的储能装置功率p
e
(t
‑
1),
…
,以及t
‑
l时刻的储能装置功率p
e
(t
‑
l)，其中l为预设的管控时段长度；计算均值a
t
‑1＝(p
e
(t
‑
l)+
…
+p
e
(t
‑
1))/l；
[0055]
获取t
‑
2时刻的储能装置功率p
e
(t
‑
2),
…
,以及t
‑
l
‑
1时刻的储能装置功率p
e
(t
‑
l
‑
1)，其中l为预设的管控时段长度；计算均值a
t
‑2＝(p
e
(t
‑
l
‑
1)+
…
+p
e
(t
‑
2))/l；
[0056]
2.2、p
e
(t)＝p(t)+(a
t
‑1‑
a
t
‑2)(p
e
(t
‑
1)
‑
p
e
(t
‑
2))/p
e
(t
‑
1)+(a
t
‑1‑
a
t
‑2)a
t
‑1/p
e
(t
‑
1)。
[0057]
将此时得到的p
e
(t)值作为功率指令传递至储能装置功率以完成功率设定，实现自适应管控。
[0058]
本发明提出风光储互补制氢交直流系统的自适应管控方法，利用系统已有的历史运行数据充分挖掘其蕴含的经验知识，针对不同运行工况快速生成风光储互补制氢交直流系统的自适应管控指令，完成对储能装置的功率设定。该方法可以减少系统整体的控制复杂性，实现不同运行工况下系统的自适应调控，实现平稳高效制氢。
[0059]
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。