基于清洁能源的海上综合供电系统的制作方法

本发明涉及电力系统发电，具体而言，涉及基于清洁能源的海上综合供电系统。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的提出，让构造清洁低碳高效的能源体系，构建新能源为主的新型电力系统成为必然，也进一步明确了可再生能源在未来电力系统中的主体地位。当前，太阳能发电和风电在我国电源结构中的比例越来越高。

2、由于孤岛或海上的太阳能发电和风电具有较强的时序性和随机性，潮汐能的利用未成规模，容易产生清洁能源的功率缺额或功率过剩，导致供电可靠性较差；并且，储能系统的类型较多，组合模式多样，储能系统不合理的容量设置容易造成利用率不够高，投入较高和资源浪费的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于清洁能源的海上综合供电系统，以解决上述的问题。

2、一种基于清洁能源的海上综合供电系统，所述综合供电系统包括：用于提供能源的发电单元、用于储蓄能源的储能单元、用于消耗能源的负荷单元、能量管理系统以及燃料电池；

3、其中，所述发电单元包括光伏发电系统、风力发电系统和潮汐发电系统，潮汐发电系统包括潮汐水库和潮汐发电机组，所述潮汐水库底部设置有储水库，潮汐水库与储水库之间设置有储水库涡轮机、储水库发电机和储水库抽水泵，储水库涡轮机装有阀门，潮汐发电系统在涨潮期关闭潮汐水库的水闸后，打开潮汐水库的抽水泵，将涨潮的海水抽入潮汐水库；

4、所述储能单元包括氢储和蓄电池组，氢储产生的氢作为燃料电池的原料进行发电；储能单元的功率通过上下两层模型进行优化，上层模型是在发电单元满足负荷单元的基础上，利用离散傅里叶变换，对发电单元的剩余功率进行分解，得到清洁能源利用率最高的可储存功率；下层模型是通过氢储和蓄电池组不同的功率分配模式得到储能单元的成本，并选取合适的氢储和蓄电池组的功率；所述剩余功率是发电单元满足负荷单元后剩余的功率；

5、所述负荷单元包括系统负载和氢储的制氢负载；

6、所述能量管理系统连接所述发电单元、负荷单元和储能单元，并将所述剩余功率分配出给氢储和蓄电池组。

7、光伏发电系统的输出功率主要取决于当地的太阳辐射量和温度，太阳能电池板的输出功率表示为:；

8、式中，ppv为太阳能电池板的功率；pstc为标准测试条件下的最大测试功率；gt为光伏面板入射辐射量；gstc为标准测试条件下的光照强度；为温度系数；tc为实际温度；tstc为标准温度。

9、风力发电系统的输出功率与风速之间的关系用如下的分段函数表示：；

10、其中，为风力发电系统的输出功率；为风力发电系统的额定功率；、和分别为实际风速、切入风速和切出风速；为额定风速。

11、潮汐发电系统的输出功率与潮汐流速之间的关系用以下函数表示：；

12、其中，pt表示潮汐发电系统的输出功率，vt为潮汐流速，vci和vr分别表示潮汐发电系统的切入速度和额定速度，pr表示潮汐发电系统的额定功率；

13、其中，；

14、上式中，表示海水密度，a表示潮汐发电机组的涡轮叶片扫过的区域面积；c表示潮汐发电机组的能量捕获因数。

15、潮汐发电系统的发电过程包括五个阶段：

16、第一阶段：涨潮时，当水头为零时，打开潮汐水库的水闸，涨潮的海水通过水闸进入潮汐水库，潮汐水库的水面高度逐渐上升，当潮汐水库与涨潮的海水的水位相同时，关闭潮汐水库的水闸；

17、第二阶段：涨潮期，关闭潮汐水库的水闸后，打开潮汐水库的抽水泵，将涨潮的海水抽入潮汐水库；

18、第三阶段：潮汐水库的水闸和涡轮机保持关闭状态，等待下一阶段动作；

19、第四阶段：落潮期，当海水位和潮汐水库的水位落差达到最优水头值时，打开潮汐水库的水闸和潮汐水库涡轮机，潮汐水库的水向外排出，带动潮汐水库涡轮机发电，水库内水面高度降低，潮汐发电机组出力逐渐增大，直到海水位和潮汐水库的水位落差达到最小工作水头时关闭潮汐水库的水闸和潮汐水库涡轮机；

20、第五阶段：潮汐水库的水闸和潮汐水库涡轮机保持关闭状态，等待涨潮，并在水头为零时进入下一周期。

21、在所述第二阶段涨潮的抽水时间段，利用发电单元发出的电能满足负荷单元消耗的电能和储能单元存储的电能之后的剩余电能，驱使储水库抽水泵将储水库的水抽至潮汐水库。

22、氢储采用固体聚合物电解水制氢。

23、上层模型得到可储存功率与蓄电池的第一频率偏置点，所述下层模型得到蓄电池组和氢储的第二频率偏置点。

24、第一频率偏置点和第二频率偏置点的确定步骤如下：

25、s1.对发电单元的剩余功率进行离散傅里叶变换，确定清洁能源利用率最高的可储存功率；

26、s2.确定满足可储存功率波动要求的第一频率偏置点范围，选取清洁能源利用率最高的第一频率偏置点；

27、s3.根据选取的第一频率偏置点，确定第二频率偏置点范围；

28、s4.利用遗传算法对储能单元的上下两层模型进行求解；

29、s5.选取储能单元成本最低的第二频率偏置点，确定氢储和蓄电池组的功率分配。

30、第一频率偏置点n1小于第二频率偏置点n2，并且，蓄电池组适宜补偿的最大频率fmax与氢储适宜补偿的最小频率fmin之间的关系还应满足：；

31、其中，fs为发电单元的剩余功率的采样频率，t为发电单元的剩余功率的采样点数。

32、本发明提供的技术方案可包括以下有益效果：

33、1.本技术在潮汐发电系统所在的潮汐水库底部设置储水库，相当于潮汐发电与抽水蓄能的结合，在第一阶段，当潮汐水库与涨潮的海水的水位相同时，位于潮汐水库底部的储水库自然处于满水状态，可在第二阶段涨潮的抽水时间段，或在电网电价较低或出力高峰阶段，使用综合供电系统发出的电能大于负荷单元消耗和储能单元存储之后的剩余电力驱使储水库的抽水泵将储水库的水抽出，潮汐水库水面上升，可增加发电时段的净增电能，实现随时放能来满足负荷需求或改善某些时刻出力不确定性，调节系统输出，可以做到连续性不间断发电。因此，本技术的潮汐能发电系统在充分利用潮汐能的同时，克服潮汐能发电的间断性，有效缓解清洁能源对海上供电的不利影响，提高供电的灵活性以及保障运行的安全稳定；

34、2. 本技术的潮汐发电系统相对现有技术，最大的区别在与在第二阶段，通过潮汐水库的抽水泵将涨潮的海水抽入潮汐水库，其是基于潮汐水库与涨潮的海水的水位相同时的抽水，可用较小扬程抽水，在落潮后，将取得较大水位差的发电量，发电量大于抽水的耗电量，从而可以增加电能，并且在未增加较大成本的基础上，有效提高了潮汐能的利用效率；

35、3.本技术储能单元的功率通过上下两层模型进行优化，上层模型是在发电单元满足负荷单元的基础上，利用离散傅里叶变换，对剩余功率进行分解，得到清洁能源利用率最高的可储存功率；下层模型是通过氢储和蓄电池组不同的功率分配模式下得到储能单元的成本，并选取合适的氢储和蓄电池组的功率，全年系统功率缺额或功率过剩均满足要求，有效提高了清洁能源的利用率，极大地提高了供电系统的可靠性，本技术的清洁能源与蓄电池和氢储综合配置的功率和容量能够兼顾经济性的同时，满足系统安全稳定运行；

36、4.本技术的储能单元中的蓄电池和氢储通过第一频率偏置点和第二频率偏置点得到的合理配置方式，能够避免蓄电池的过度充放电，减少了其寿命损失，提高了使用寿命，同时，充分利用氢储的特点，在储存剩余功率的同时，促进能量储存形式的转化，提高储能的效益；

37、5.本技术提出将潮汐发电系统与储能单元配合使用，丰富了清洁能源的利用方式，大幅提高了清洁能源的利用效率，有效提升了综合供电系统的稳定性和经济性。