一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法及系统

本发明涉及储能，尤其涉及一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法及系统。

背景技术：

1、传统化石能源的枯竭和环境污染的加剧一直是一个棘手的全球问题。为推进能源转型，构建超高比例的可再生能源发电的低碳能源体系。由于可再生能源的随机性和间歇性，维持电力系统的电力平衡，储能作为能源转型的主要支撑，如电池储能系统，许多省份已强制要求新能源场站侧安装电储能。尽管如此，由于地理和气候的限制，电储能系统利用率低，无法同时实现季节性和日内调峰，大规模的可再生能源消纳无法得到保证。因而，除了解决日内调峰的短期储能外，随着新能源发电比例不断增加，长时储能也变得不可或缺。鉴于高比例新能源场站在多个时间尺度上的供需不同步，设计一种新的运营模式以满足日内和季节性调峰的需要，并制定有效的能源运行策略以提高新能源场站的利用率和系统的经济性。

2、混合储能系统通过储能特性互补以满足多场景需求。目前，电储能通常适用于日内调峰，因为其充电和放电效率很高。氢储能应对季节性调峰，因为其储能容量大和自损耗效率低。氢能作为零碳高密度能源载体、灵活的能源转换和广泛的生产来源的能源形式之一，发挥着重要的作用。因此，电-氢混合储能系统是满足日内和季节性调峰的最佳选择。

3、由于储能的特性和工作场景的不同，混合储能运行策略比较复杂。目前的研究主要根据应对的场景，储能单独工作解决，各储能工作区间亦相对独立。这导致氢储能作为季节性储能工作次数较少，电储能调峰压力大，为提高储能利用率，考虑储能间的能量交互的能量管理策略。同时，为降低调度复杂度，根据系统的供需关系寻求一个合理的状态转换限制以及储能的工作区间划分。

技术实现思路

1、本发明提供一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法及系统，实现系统日内调峰和季节性调峰多场景需求，并考虑储能间的能量交互，以避免系统消纳水平低和储能利用率低的缺陷。

2、本发明提供一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，包括：

3、获取新能源场站电储能和氢储能数据；

4、根据所述电储能和氢储能数据特性，建立电氢耦合系统混合储能的多时间尺度运行模型进行日内调峰和季节性调峰；

5、对所述多时间尺度运行模型进行优化，建立考虑系统年运行成本以及惩罚成本最小的目标函数，生成最优调度策略，进行电氢耦合系统混合储能的优化运行管理。

6、根据本发明提供的一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，根据所述电储能和氢储能数据特性，建立电氢耦合系统混合储能的多时间尺度运行模型进行日内调峰和季节性调峰，具体包括：

7、根据各储能的物理特性，电储能应对日内调峰调峰，氢储能应对季节性调峰需求；

8、基于储能的应对场景，电储能通过充电和放电实现日内调峰，氢储能系统通过存储或释放氢气使电能跨季节转移实现季节性调峰；

9、其中，所述氢储能系统包括电解槽、燃料电池以及储氢罐，电解槽电解水制氢，储氢罐吸收氢气，燃料电池燃烧氢气发电，储氢罐释放氢气。

10、根据本发明提供的一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，对所述多时间尺度运行模型进行优化，生成最优调度策略，具体包括：

11、基于系统供需关系，对氢储能状态进行转换限制并工作区间的优化模型降低调度复杂度；

12、基于储能的工作区间，提出不同储能类型间的能量交互能量管理策略以提高储能利用率。

13、根据本发明提供的一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，建立电氢耦合系统混合储能的多时间尺度运行模型，还包括：

14、建立电储能模型、电解槽运行模型、燃料电池运行模型；

15、基于电解槽和燃料电池的模型，建立储氢罐的日内存储模型；

16、基于日内存储模型，建立储氢罐的日间存储模型、季节存储模型和季节存储模型。

17、根据本发明提供的一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，对所述多时间尺度运行模型进行优化，还包括：

18、对建立的多个模型进行储能工作状态的约束，包括：充放电功率约束、充放电状态约束、荷电状态约束以及储能调度周期始末状态约束。

19、根据本发明提供的一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，所述基于系统供需关系，对氢储能状态进行转换限制并工作区间的优化模型降低调度复杂度，具体包括：

20、根据氢储能年调度周期运行次数少，限制氢储能状态转换降低调度复杂度；

21、基于状态转换次数限制，设计氢储能的最佳状态转换区间模型，以区间缺额或冗余能量最大为目标，实现能量利用率最大的转换限制。

22、根据本发明提供的一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，所述基于储能的工作区间，提出不同储能类型间的能量交互能量管理策略以提高储能利用率，具体包括：

23、通过扩大氢储能的工作区间，实现电储能和氢储能工作区间的重叠；

24、基于工作区间的重叠，实现在当前区间储能间共同工作，加强储能之间的能量互动。

25、本发明还提供一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行系统，所述系统包括：

26、数据获取模块，用于获取新能源场站电储能和氢储能数据；

27、模型建立模块，用于根据所述电储能和氢储能数据特性，建立电氢耦合系统混合储能的多时间尺度运行模型进行日内调峰和季节性调峰；

28、优化模块，用于对所述多时间尺度运行模型进行优化，建立考虑系统年运行成本以及惩罚成本最小的目标函数，生成最优调度策略，进行电氢耦合系统混合储能的优化运行管理

29、本发明还提供一种电子设备，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任一种所述电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法。

30、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法。

31、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法。

32、本发明提供的一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法及系统，通过新能源场站通过电-氢混合储能系统将电能转为氢能再转为电能实现能量的日内和跨季节的多时间尺度能量转移；通过耦合系统，设计氢储能状态转换限制及其工作区间的优化模型以降低调度复杂度；提出不同储能类型间能量交互能量管理策略。本发明利用该储能系统将电能存储和氢能存储系统结合起来，实现系统日内调峰和季节性调峰多场景需求，并考虑储能间的能量交互，以避免系统消纳水平低和储能利用率低的缺陷。

技术特征：

1.一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，其特征在于，根据所述电储能和氢储能数据特性，建立电氢耦合系统混合储能的多时间尺度运行模型进行日内调峰和季节性调峰，具体包括：

3.根据权利要求1所述的电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，其特征在于，对所述多时间尺度运行模型进行优化，生成最优调度策略，具体包括：

4.根据权利要求1所述的电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，其特征在于，建立电氢耦合系统混合储能的多时间尺度运行模型，还包括：

5.根据权利要求1所述的电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，其特征在于，对所述多时间尺度运行模型进行优化，还包括：

6.根据权利要求3所述的电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，其特征在于，所述基于系统供需关系，对氢储能状态进行转换限制并工作区间的优化模型降低调度复杂度，具体包括：

7.根据权利要求3所述的电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法，其特征在于，所述基于储能的工作区间，提出不同储能类型间的能量交互能量管理策略以提高储能利用率，具体包括：

8.一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行系统，其特征在于，所述系统包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法。

技术总结
本发明提供一种电氢耦合系统多时间尺度优化运行方法及系统，包括：获取新能源场站电储能和氢储能数据；根据所述电储能和氢储能数据特性，建立电氢耦合系统混合储能的多时间尺度运行模型进行日内调峰和季节性调峰；对所述多时间尺度运行模型进行优化，建立考虑系统年运行成本以及惩罚成本最小的目标函数，生成最优调度策略，进行电氢耦合系统混合储能的优化运行管理。本发明实现系统日内调峰和季节性调峰多场景需求，并考虑储能间的能量交互，以避免系统消纳水平低和储能利用率低的缺陷。

技术研发人员：陈来军,梅生伟,李笑竹,司杨
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15