一种城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法及系统与流程

本发明涉及能源利用领域，具体为一种城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法及系统。

背景技术：

1、目前，城市电网规划问题大多集中在变电站规划、网架规划、电源规划三方面。随着高比例新能源接入，城市电网中源网荷储各类设备增加、规模不断扩大，现有技术从源源互补、源网协调、网荷储互动等角度对配电网进行源网荷储协调优化规划。然而，传统城市电网规划忽略了氢能的巨大利用价值。随着电制氢技术的不断成熟，氢能在提升系统新能源消纳能力、优化电网运行架构、减少系统碳排放量等方面的作用不断增强。

2、此外，在考虑氢能利用的规划问题中，现有技术多对电解槽以及储氢系统的选址优化或容量配置问题。对于由电解槽、储氢单元、氢燃料电池、甲烷化反应器等设施的整体投建问题，目前尚未有相关技术进行研究，城市电网规划有待考虑对氢能综合单元的投建规划进行考虑。且在现有规划模型中，多以经济性为目标，建立以最小化系统综合成本为目标函数的单目标静态规划模型，缺乏对经济性、碳减排量与弃风弃光量的综合考虑，无法兼顾不同规划阶段下城市电网对提高新能源消纳水平、减少系统碳排放量的需求。如何协调氢能利用装置与分布式电源、电网、需求响应装置、储能等特性各异的资源，实现源、网、荷、储、氢一体化协调规划是目前亟需关注的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：本发明是解决高比例能源接入带来的强波动性和间歇性，针对传统城市电网规划氢能利用能力不足以及针对现有规划模型低碳性与清洁性考虑不足的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法，包括：

5、获取电网基本参数，根据城市电网运行方式建立源网荷储氢一体化规划基本框架；

6、根据电网基本参数确定目标函数，结合所述目标函数和约束条件，建立源网荷储氢多目标动态协调规划模型，约束条件包括，火电机组退役约束；

7、对所述多目标动态协调规划模型求解，得到多目标动态规划模型的pareto前沿，利用排序法对所述pareto前沿取折中解得到优化的调整策略。

8、作为本发明所述的城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法的一种优选方案，其中：所述获取电网基本参数，根据城市电网运行方式建立源网荷储氢一体化规划基本框架，其中，基本框架中氢是利用电解槽、储氢装置和氢燃料电池组成的氢能单元的整体投建，包括，

9、电解槽运行约束，表示为：

10、

11、

12、其中，为氢能单元h中电解槽的效率，为氢能单元h中电解槽的制氢效率，为氢能单元h中电解槽的输入电功率上限。

13、作为本发明所述的城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法的一种优选方案，其中：所述储氢装置的运行约束，包括，

14、储氢装置氢气平衡约束、储氢容量上下限约束、储氢装置氢气储存和释放氢气量约束以及储氢装置的氢气储存和释放状态约束，具体表示为：

15、

16、

17、

18、

19、

20、其中，为第t年典型日a下氢能单元h中储氢装置的储氢量，为氢能单元h中储氢装置储存和释放氢能效率，为氢能单元h中氢能运输效率；分别为氢能单元中储氢装置储氢量的上、下限；均为0-1变量，表示第t年典型日a下氢能单元h中储氢装置的氢气储存和释放状态；分别为氢能单元中储氢装置氢气储存量与释放量上限。

21、作为本发明所述的城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法的一种优选方案，其中：根据电网基本参数确定目标函数，结合所述目标函数和约束条件，建立源网荷储氢多目标动态协调规划模型，约束条件包括，火电机组退役约束，其中，目标函数包括最小化弃风弃光量和最小化碳排放量，包括，

22、以规划周期内系统新能源机组弃风弃光量最小为目标，表示为：

23、

24、其中，ew、ev分别为已有风电场、光伏电站的集合，分别为第t年典型日a下风电场w、光伏电站v的预测出力值，tdαt为典型日持续时间，pwαt为第t年典型日a下风电场w的实际出力；pvαt为第t年典型日a下光伏电站的实际出力。

25、作为本发明所述的城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法的一种优选方案，其中：所述最小化碳排放量，包括，

26、碳排放量主要考虑已有火电机组的碳排放量，表示为：

27、

28、其中，εi为火电机组i的碳排放系数，piat为第t年典型日a下火电机组i的出力,tdαt为典型日持续时间。

29、作为本发明所述的城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法的一种优选方案，其中：所述约束条件，包括，

30、火电机组退役约束，表示为：

31、

32、其中，eg为已有火电机组的集合；为二进制变量，代表第t年已有火电机组i的运行状态；为已有火电机组i的退役时间。

33、作为本发明所述的城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法的一种优选方案，其中：对所述多目标动态协调规划模型求解，得到多目标动态规划模型的pareto前沿，利用排序法对所述pareto前沿取折中解得到优化的调整策略，包括，

34、将多目标优化问题转换为m个单目标优化问题，表示如下：

35、

36、其中，dt为乌托邦平面点zt到前沿点μ的垂直截距。

37、对乌托邦平面的m个点采用多目标转化单目标优化，寻优到一系列最优点，从而形成pareto前沿。

38、第二方面，本发明提供了一种城市电网源网荷储氢多目标动态规划的系统，包括：

39、框架建立模块，用于获取电网基本参数，根据城市电网运行方式建立源网荷储氢一体化规划基本框架；

40、模型建立模块，用于根据电网基本参数确定目标函数，结合所述目标函数和约束条件，建立源网荷储氢多目标动态协调规划模型，约束条件包括，火电机组退役约束、协调扩建约束、新能源渗透约束等；

41、求解模块，对所述多目标动态协调规划模型求解，得到多目标动态规划模型的pareto前沿，利用排序法对所述pareto前沿取折中解得到优化的调整策略。

42、第三方面，本发明提供了一种计算设备，包括：

43、存储器和处理器；

44、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法的步骤。

45、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述城市电网源网荷储氢多目标动态规划方法的步骤。

46、本发明的有益效果：考虑高比例新能源接入带来的强波动性和间歇性，提出城市电网源网荷储氢一体化规划基本框架，实现城市电网对分布式电源、电网、需求响应装置、储能以及氢能单元等特性各异资源的统筹协调规划，有效优化城市电网运行架构，为实际城市电网规划提供参考，建立以最小化系统综合成本、最小化碳排放量、最小化弃风弃光量为目标函数的城市电网源网荷储氢多目标动态协调规划模型，所得规划方案具备经济性、低碳性和清洁性，能够满足不同规划阶段下城市电网的运行要求。