一种独立海岛零碳微网风-光-储-氢-水协同规划方法与流程

本发明涉及一种独立海岛零碳微网风-光-储-氢-水协同规划方法，属于电力系统领域。

背景技术：

1、随着海洋经济、海岛资源的绿色开发，海岛居民生活条件的不断提高，对海岛的绿色供水、供电能力及可靠性提出了更高的要求。对大部分海岛而言，能源资源的可持续供应是一直困扰海岛潜力开发与利用的主要难题。

2、现有针对海岛微网规划问题的研究大多建立了与内陆有联网的海岛多能源系统规划模型，在联网模式下，大电网负责为系统提供稳定的电压和频率，此时微电网可以被看作是大电网中的一个负荷或发电单元，大电网对海岛微网运行起到支持和保障的作用对独立海岛而言，与大陆联网运行存在诸多困难，使得电能难以做到完全自持，依靠柴油机组离网运行往往是这类独立海岛的主要供电方式，然而柴油放电受补给周期不确定、污染物排放、噪音污染等影响，并不是海岛可持续发展的首先供能方式。有必要充分利用海岛在风能、太阳能、潮汐能等方面存在的资源优势，提高可再生能源利用率，增强海岛能源系统绿色比重。因此，需要一种新型离网独立海岛多能源系统规划方法。

3、专利cn201810463071a公开了一种海岛微电网综合优化配置方法及装置，针对传统海岛微电网中仅以典型策略式的运行调度方法为依据的系统优化配置中存在的问题，提出了综合考虑运行优化调度结果的微电网系统配置方法，用于提高海岛微电网能源的自持力、降低对海洋环境影响，提高可再生能源利用率，增强海岛能源系统绿色比重。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的问题，本发明设计了一种独立海岛零碳微网风-光-储-氢-水协同规划方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种独立海岛零碳微网风-光-储-氢-水协同规划方法，包括以下步骤：

4、构建以电源成本、切负荷成本、储能及海水淡化系统成本之和最小为目标的目标函数；所述电源成本包括风电机组成本和光伏组件成本；所述切负荷成本根据非一级负荷的切负荷量和单位切负荷成本计算得到；所述储能及海水淡化系统成本包括电化学储能成本、氢储能成本和淡水池成本；

5、所述目标函数设有约束条件，包括：机组运行功率约束、机组装机容量约束、储能充放电状态互斥约束、电化学荷电状态约束、氢储能运行约束、海水淡化系统蓄水池容量约束、功率平衡约束、供电充裕度约束；

6、求解目标函数在约束条件范围内的目标最小值，获得规划方案，包括：风电机组装机容量、光伏组件装机容量、电化学储能装机容量、电解槽容量、燃料电池容量、储氢罐装机容量及海水淡化系统容量。

7、进一步地，所述电源成本，以公式表达为：

8、

9、式中，表示电源成本；η为折现率；nw和ns为风电机组和光伏组件的设计运行年限；rw和rs为风电机组和光伏组件的运维成本系数；nwind和nsolar为风电机组和光伏组件数量；和为风电机组和光伏组件的单位容量成本；表示风电机组m的额定有功出力；表示光伏组件n的额定有功出力。

10、进一步地，所述切负荷成本以公式表达为：

11、

12、式中，表示切负荷成本；nt和nd为规划小时数和天数；cvoll为单位切负荷成本；为在t时刻的切负荷量。

13、4、进一步地，所述储能及海水淡化系统成本，以公式表达为：

14、

15、式中，cstorage表示储能及海水淡化系统成本；ness，nhes和nfresh分别为电化学储能，氢储能和淡水池的设计运行年限；re，rh和rf分别为电化学储能，氢储能和淡水池的运维成本系数；ness，nhes和nfresh分别为电化学储能，氢储能和淡水池的数量；和为电化学储能单位功率成本和容量成本；peess,rated为电化学储能e的额定有功出力；为电化学储能e的额定荷电容量；为电解槽和燃料电池的单位功率成本，为氢储能的单位容量成本；为氢储能h中电解槽的额定有功出力；为氢储能h中燃料电池的额定有功出力；为储氢罐的额定氢气含量；c0为海水淡化系统的基础建设成本，cfresh为海水淡化蓄水池的单位容量成本；为海水淡化蓄水池的额定容量。

16、进一步地，所述氢储能运行约束，以公式表达为：

17、

18、式中，为氢储能h在t时刻的输出功率；为氢储能h在t时刻燃料电池的输出功率；为氢储能h在t时刻电解槽的用电功率；和分别为氢储能h的燃料电池额定输出功率和电解槽额定用电功率；和分别为氢储能h在t时刻燃料电池和电解槽工作标志位；为氢储能h的储氢罐在t时刻的氢气含量；和分别为氢储能h中燃料电池和电解槽的工作效率；δt为间隔时间；λ为制氢系数。

19、进一步地，所述海水淡化系统蓄水池容量约束，以公式表达为：

20、

21、式中：sf,t为淡水池f在t时刻的水位容量状态；εf为用户用水保障系数；wt为t时刻全岛用户用水需求量；pf,t为淡水池f在t时刻的输出功率；为淡水池f在t时刻的制水用电功率；为淡水池f的额定输出功率；为淡水池f的额定水位容量状态；和分别为淡水池f的容量状态运行上下限；βf为淡水功率转化系数，表示消耗单位能量可以制备淡水的吨数；为淡水池f充电效率；ρ为淡水需求系数；为氢储能h中电解槽在t时刻的用电功率。

22、进一步地，所述功率平衡约束，以公式表达为：

23、

24、式中，为风电机组m在t时刻的输出功率；为光伏组件n在t时刻的输出功率；为电化学储能e在t时刻的输出功率；为氢储能h在t时刻的输出功率；为淡水池f在t时刻的输出功率；为在t时刻的切负荷量；γwind，γsolar，γess，γhes，γf分别为风电机组、光伏组件、电化学储能，氢储能和淡水池的集合；dt表示t时刻的用电负荷。

25、进一步地，所述供电充裕度约束，以公式表达为：

26、

27、式中：为在t时刻的切负荷量；αcur为供电充裕度系数；dt表示t时刻的用电负荷。

28、技术方案二

29、一种电子设备，其特征在于，包括：

30、存储器，用于存储可执行指令；

31、处理器，用于执行所述存储器中存储的可执行指令，实现如技术方案一所述步骤。

32、技术方案三

33、一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如技术方案一所述步骤。

34、与现有技术相比本发明有以下特点和有益效果：

35、本发明充分考虑独立海岛的地理位置特点，建立离网独立海岛多能源系统规划模型，提高海岛供电的独立性；依靠风光等可再生能源与储能设备协调配合工作，维持供电可靠，避免使用柴油发电机给环境带来的危害；将海水淡化设备从负荷侧接入海岛微网，通过柔性需求侧响应参与到孤岛微电网的运行，实现海岛淡水自给自足。同时考虑了各机组运行功率约束、各机组装机容量约束、储能充放电状态互斥约束、荷电状态soc约束、海水淡化系统蓄水池容量约束、系统功率平衡约束及供电充裕度约束，建立以微网系统综合投资运行成本最小为目标的独立海岛零碳微网风-光-储-氢-水协同规划模型，得到各机组装机容量最优规划方案，兼顾海水淡化制淡需求，有效解决了独立海岛的电能与淡水供应完全自持的问题，进一步提升独立海岛用电及淡水供给系统的可靠性和稳定性。