一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法

本发明涉及能量管理，尤其是一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法。

背景技术：

1、随着经济的日益增长、社会进步及人口增加，全球能源需求量不断增加。煤炭、石油、天然气等不可再生能源储量大幅下降，能源开采与消费极不均衡。同时，化石能源的利用也导致了严重的环境污染，温室效应、雾霾等日益加剧，影响着人们的生活。目前，充分利用新能源成为解决未来能源问题的主要出路。风电、光伏等新能源现已大规模广泛应用，然而其具有波动性且难以存储的问题，氢气具有来源丰富、燃烧热值高、使用过程零碳清洁、用途广泛等诸多特点，可成为推动多个行业低碳发展的解决方案，将风电、光伏等新能源用以制氢既可以解决风电、光伏发电具有波动性且难以存储的问题，又可以实现全过程零污染，成为越来越多国家的选择。

2、依赖于氢能具有的优越性，近年来氢能产业得以迅速发展，加氢站作为氢能产业的核心基础设施之一，其数量及普及程度决定了氢燃料电池汽车的商业化进程。2015-2020年期间，全球加氢站保有量增加191％。在发达国家中，美国建有49座加氢站，德国建有100座，日本建有142座。根据制氢地点不同，加氢站可以分为站外制氢加氢站和站内制氢加氢一体站，相对于传统的站外制氢加氢，站内制氢加氢一体站可以实现氢气的现制现用、自给自足，最大限度减少氢气储运过程带来的高额费用和安全风险，能有效降低车用加氢站氢源成本，降低氢燃料电池汽车用氢价格。并且它省去了氢气运输成本，避免了高压卸气、加气、运输环节的安全隐患，同时可作为加氢母站向周边加氢站供氢，帮助“氢荒”地区解决气源供应问题，具有广阔发展前景。

3、然而目前新能源制氢加氢一体站尚处于发展阶段，我国于2022年首次拥有第一个新能源制氢加氢一体站，因此站内各项指标以及能量管理方法尚未成熟，需要一种能量管理优化方法，能够在保证制氢加氢一体站正常运行，为氢燃料汽车提供充足的氢气的前提下，充分利用新能源发出的电量，减少能源浪费，并提高制氢加氢一体站经济效益。

技术实现思路

1、本发明需要解决的技术问题是提供一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，能够为有新能源发电系统接入的制氢加氢一体站提供一种能量管理优化方法，在保证制氢加氢一体站正常运行，为前来加注的氢燃料汽车提供充足的氢气的前提下，充分利用新能源发出的电量，减少能源浪费，并提高制氢加氢一体站经济效益。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，包括如下步骤：

3、步骤s1、采集制储加一体化新能源氢站各模块数据，包括：新能源发电系统输出功率p新、站内负荷功率p负、制氢系统额定功率p氢、储氢罐a/b组氢气输入量及输出量、站内氢燃料电池容量状态，其中，储氢罐a组包含的储氢罐数量为a，储氢罐b组包含的储氢罐数量为b，设置a的初始值为站内全部储氢罐的数量s，b的初始值为0，将采集到的数据使用arima模型进行数据分析，使用分析结果更新a、b值；

4、步骤s2、判断新能源发电系统及电网是否出现故障离网，若是，则启动站内氢燃料电池为站内负荷供电，直至故障排除系统重新正常运行；若否，则进行步骤s3；

5、步骤s3、判断新能源发电系统输出功率p新是否大于等于站内负荷功率p负，若是，则进行步骤s4；若否，则进行能量分配方式1，能量分配完成后再次进行步骤s3；

6、步骤s4、判断剩余功率p余是否大于等于制氢系统额定功率p氢，其中：

7、p余＝p新-p负

8、若是，则进行能量分配方式3，本次能量管理结束；若否，则进行能量分配方式2，能量分配完成后再次进行步骤s3。

9、本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s1中数据分析的具体步骤为：

10、步骤a、将步骤s1中采集到的近一月内每天储氢罐a组氢气输出量数据，即近一月内每天氢燃料电池车氢气加注量数据使用arima模型进行分析，预测用以更新a值的氢气加注预测量vj′；

11、步骤b、计算a的更新值，表达式为：

12、

13、其中，v0为每个储氢罐的容量；

14、步骤c、计算b的更新值，表达式为：

15、b＝s-a。

16、本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s11中使用arima模型进行数据分析的具体步骤为：

17、步骤a1、以24小时为时间间隔，对采集到的近一月内每天氢燃料电池车氢气加注量数据分别作时序数据排列，获得时序数据序列；

18、步骤a2、构建arima模型，模型由自回归、差分、移动平均模型组成，模型表达式如下：

19、

20、其中，xt为预测值，p为自回归模型的阶数，d为差分度，q为移动平均模型的阶数，li为第i个滞后算子，l为固定滞后算子，为自回归模型的第i个参数，θi为移动平均模型的第i个参数，εt为误差项，δ为常数项；

21、步骤a3、将时序数据序列输入至arima模型中进行参数拟合，得到移动平均模型的阶数q、差分度d、自回归模型的阶数p，将模型参数代入更新arima模型；

22、步骤a4、将需要预测的值的序号t输入至arima模型中，即可得到预测的值，即氢气加注预测量vj′。

23、本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s3中能量分配方式1的方法为：令新能源发电系统及电网为站内负荷供电，判断储氢罐a组是否已满，若是，则制氢系统停止运行，本次能量分配结束；若否，则令电网为制氢系统供电，充装储氢罐a组，返回判断储氢罐a组是否已满。

24、本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s4中能量分配方式2的方法为：令新能源发电系统为站内负荷供电，判断储氢罐a组是否已满，若是，则令剩余功率p余接入电网，制氢系统停止运行，本次能量分配结束；若否，则令新能源发电系统及电网为制氢系统供电，充装储氢罐a组，返回判断储氢罐a组是否已满。

25、本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s4中能量分配方式3的方法为：令新能源发电系统为站内负荷及制氢系统供电，判断储氢罐a/b组是否已满，若否，则依次充装储氢罐a/b组，返回判断储氢罐a/b组是否已满；若是，则判断站内燃料电池是否已满，若否，则充装站内燃料电池，返回判断站内燃料电池是否已满；若是则令剩余功率p余接入电网，制氢系统停止运行，本次能量分配结束。

26、由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

27、本发明设计了一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，能够为有新能源发电系统接入的制氢加氢一体站提供一种能量管理优化方法，在保证制氢加氢一体站正常运行，为前来加注的氢燃料汽车提供充足的氢气的前提下，充分利用新能源发出的电量，减少能源浪费，并提高制氢加氢一体站经济效益；在新能源发电系统及电网供电发生故障时，暂时启用站内氢燃料电池为站内负荷供电，直至故障排除，利用站内氢气资源为制氢加氢一体站的正常运行提供了保障。

技术特征：

1.一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤s1中数据分析的具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤a中使用arima模型进行数据分析的具体步骤为：

4.根据权利要求1所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤s3中能量分配方式1的方法为：令新能源发电系统及电网为站内负荷供电，判断储氢罐a组是否已满，若是，则制氢系统停止运行，本次能量分配结束；若否，则令电网为制氢系统供电，充装储氢罐a组，返回判断储氢罐a组是否已满。

5.根据权利要求1所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤s4中能量分配方式2的方法为：令新能源发电系统为站内负荷供电，判断储氢罐a组是否已满，若是，则令剩余功率p余接入电网，制氢系统停止运行，本次能量分配结束；若否，则令新能源发电系统及电网为制氢系统供电，充装储氢罐a组，返回判断储氢罐a组是否已满。

6.根据权利要求1所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤s4中能量分配方式3的方法为：令新能源发电系统为站内负荷及制氢系统供电，判断储氢罐a/b组是否已满，若否，则依次充装储氢罐a/b组，返回判断储氢罐a/b组是否已满；若是，则判断站内燃料电池是否已满，若否，则充装站内燃料电池，返回判断站内燃料电池是否已满；若是则令剩余功率p余接入电网，制氢系统停止运行，本次能量分配结束。

技术总结
本发明公开了一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，属于能量管理技术领域，包括如下步骤：S1、采集制储加一体化新能源氢站的数据进行数据分析并更新a、b值；S2、判断新能源发电系统及电网是否出现故障离网，根据判断结果启动站内氢燃料电池或进行步骤S3；S3、判断新能源发电系统输出功率是否大于等于站内负荷功率，根据判断结果进行步骤S4或进行能量分配方式1；S4、判断剩余功率是否大于等于制氢系统额定功率，根据判断结果进行能量分配方式2或能量分配方式3。本发明能够在保证制氢加氢一体站正常运行，为氢燃料汽车提供充足氢气的前提下，对能量充分利用，减少能源浪费，并提高制氢加氢一体站经济效益。

技术研发人员：郭小强,张维涛,滕易伊娜,周波,孔寒冰,华长春,李争
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11