兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制方法及系统

本发明属于联合发电控制领域，尤其涉及一种兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、氢能作为清洁、高效的能源形式，以绿氢为核心，包含光伏发电、制氢、储氢、储能、氢燃料电池的“光-储-氢”联合发电系统，利用光伏发电、电网谷电制氢并储氢，结合储能电池，在电网用电高峰时，通过燃料电池及储能电池发电，能够保障电力充足，实现削峰填谷的同时降低系统运行成本，在实现高效能源转换和灵活调控方面优势显著。但随着氢发电所需功率的增加，单堆燃料电池受制造成本等因素的限制无法满足大功率如兆瓦级氢发电系统的需求，因此需要多个电堆按一定的拓扑方式组合成多堆燃料电池，这就对含多堆燃料电池的“光-储-氢”联合发电系统的运行优化管控提出了更高的要求。

3、目前“光-储-氢”联合发电系统的运行优化控制方面还普遍存在以下的问题：

4、(1)对氢能发电的运行优化在车载环境应用较多，在固定式发电领域的研究较少，且往往只是针对单堆燃料电池，或对多个电堆采用简单的平均功率分配或逐级分配策略，没有考虑到各个电堆由退化引起的性能不一致，导致系统运行效率低、设备寿命降低快，尤其对于包含光伏、储能、储氢等环节的兆瓦级“光-储-氢”联合发电系统，系统多能耦合，电堆数量更多，传统的方法效果更差，且很少有考虑联合发电系统与电网调峰灵活适配问题。

5、(2)现有的有限时域优化的滚动优化方法，利用模型预测控制(mpc)通过在评估当前功率分配时并考虑将来的系统条件来提供次优解决方案，在对“光-储-氢”联合发电系统运行优化控制领域方面有了一些研究，但是基本都是针对单堆燃料电池，且都往往基于离线拟合的模型参数甚至出厂参数来进行滚动优化控制，没有考虑优化时由运行条件变化等因素引起的电堆性能出现的大幅度波动，导致mpc所使用的电堆模型参数发生变化，最终优化结果精度低且效果差。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制方法及系统，其能够实现对兆瓦级“光-储-氢”联合发电系统的高效协同运行优化控制，在参与电网调峰的同时，提升各电堆效率，降低系统运维成本，并减少各电堆退化，实现对系统的灵活调控。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制方法。

4、一种兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制方法，其包括：

5、第一优化控制阶段，其以系统峰谷调节效果最优、系统运维成本最小、各电堆退化最少及各电堆最佳工作点追踪性能最优为目标，结合日前源荷预测结果及日前系统各设备性能参数，制定系统各设备日前调度计划；

6、第二优化控制阶段，其不断更新mpc所使用的各电堆模型参数，以实时跟踪各电堆性能漂移；基于mpc滚动优化框架，根据短期源荷预测来调整系统各设备输出功率来跟踪和修正日前调度计划；再以日内滚动优化控制的电网、各电堆、储能电池的出力计划与日前调度计划得出的设备出力计划间的偏差最小为目标，及以各电堆输出功率连续波动幅度最小并使各电堆输出功率跟踪更新后的各电堆最佳工作点作为优化目标进行滚动优化。

7、作为一种实施方式，在第一优化控制阶段中的总目标函数由第一目标函数和第二目标函数构成；第一目标函数以系统峰谷调节效果最优为目标；第二目标函数以系统运维成本最小、各电堆退化最少及各电堆最佳工作点追踪性能最优为目标。

8、作为一种实施方式，第一优化控制阶段中的总目标函数为第一目标函数与其权重系数加权后再与第二目标函数累加得到。

9、作为一种实施方式，在第二优化控制阶段中，采用电堆模型参数在线更新模块不断更新mpc所使用的各电堆模型参数。

10、作为一种实施方式，电堆模型参数在线更新模块利用实际各电堆的输出电压、输出电流及输出功率，结合每个电堆模型，利用自适应遗忘因子最小二乘法更新模型参数，以实时跟踪电堆的真实运行状态。

11、作为一种实施方式，电堆模型采用半经验稳态模型。

12、作为一种实施方式，第一优化控制阶段还包括运行约束，所述运行约束包括：电功率平衡约束、氢能平衡约束、储能设备各个时刻的状态、储氢罐各个时刻的状态、各电堆高效正常工作区间约束以及电解槽、储氢罐、储能系统正常工作约束。

13、本发明的第二个方面提供一种兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制系统。

14、一种兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制系统，其包括：

15、第一优化控制模块，其用于以系统峰谷调节效果最优、系统运维成本最小、各电堆退化最少及各电堆最佳工作点追踪性能最优为目标，结合日前源荷预测结果及日前系统各设备性能参数，制定系统各设备日前调度计划；

16、第二优化控制模块，其用于不断更新mpc所使用的各电堆模型参数，以实时跟踪各电堆性能漂移；基于mpc滚动优化框架，根据短期源荷预测来调整系统各设备输出功率来跟踪和修正日前调度计划；再以日内滚动优化控制的电网、各电堆、储能电池的出力计划与日前调度计划得出的设备出力计划间的偏差最小为目标，及以各电堆输出功率连续波动幅度最小并使各电堆输出功率跟踪更新后的各电堆最佳工作点作为优化目标进行滚动优化。

17、本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。

18、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制方法中的步骤。

19、本发明的第四个方面提供一种电子设备。

20、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的兆瓦级光-储-氢联合发电系统运行优化控制方法中的步骤。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、(1)本发明提出的兆瓦级“光-储-氢”联合发电系统运行优化控制方法通过考虑系统削峰填谷及各电堆最优工作性能的日前优化调度合理充分地考虑了系统峰谷调节效果、系统运行经济性、各电堆性能漂移导致的最优工作条件不同及影响电堆退化的因素，制定了日前调度计划，从而提高了系统调峰性能和经济性，实现了系统的高效协同能量管理。

23、(2)本发明基于电堆模型在线更新的mpc日内滚动优化策略，利用在线参数更新模块不断更新mpc所需的各电堆模型参数及最优工作点，并将mpc方法应用于兆瓦级“光-储-氢”联合发电系统的运行优化控制，跟踪和修正日前调度计划、抑制了电网波动和储能波动的同时，减少了各电堆输出功率的连续波动幅度并使各电堆输出跟踪参数更新后的最优工作点，从而减少了日内源荷波动对调度计划的影响，实现了各电堆的实时精准的最优功率输出控制，最大限度减少了各电堆退化。

24、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。