一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法与流程

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法。

背景技术：

1、近年来，风电、光伏装机总量增长迅速，因其不确定特性，使得局部地区发电量无法完全消纳，存在弃风、弃光现象。风电、光伏作为新能源发电主力军。利用风能、光能制氢可实现一石二鸟，是发展氢能、新能源发电重要技术手段之一。

2、电解槽是风光制氢系统重要组成部分，能够将电能转换为氢能。电解槽有其自身特性，制氢功率与制氢量呈非线性关系，同时制氢量受运行槽温、槽压影响。电解槽作为负荷单元，其运行效率直接影响风光制氢系统经济收益，需格外关注。针对电解槽的能量管理研究存在以下共性问题：

3、1)制定电解槽功率分配计划时未考虑功率变化带来的影响。电解槽槽温、槽压变化较慢，当制氢功率发生变化时，槽温、槽压难以快速达到最优值，进而影响制氢效率，同时还会降低电解槽使用寿命。

4、2)能量管理现有研究成果中暂未有针对电解槽功率连续目标的优化方法。若利用spea2算法直接进行求解，面临计算小时数与电解槽数量之积的变量个数求解，计算结果难以收敛。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，用以合理分配制氢功率，优化电解槽制氢计划。

2、本发明采用的具体技术方案如下：

3、一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，所述风光制氢系统包括：

4、光伏发电模块，用于将光能转化为电能；

5、风力发电模块，用于将风能转化为电能；

6、储能模块，用于依据系统需求，存储、释放电能；

7、多组电解槽，用于依据系统分配功率制取氢气；

8、所述电解槽功率连续是指电解槽每小时制氢功率差值最小，所述风光制氢功率预分配方法为：设计包含电解槽制氢功率连续及电解槽启停次数的多目标函数，采用spea2算法对现有功率分配计划进行优化，生成多组功率分配计划，再利用基于多目标函数的目标适应度函数选取最优功率分配计划，实现风光制氢功率预分配。

9、进一步地，所述的风光制氢功率预分配方法具体为：

10、步骤1：获取风光制氢系统每小时风光出力、储能soc、现有功率分配计划；

11、步骤2：确定种群初始量并初始化种群参数，每一组种群代表一种可能的功率分配计划，将现有功率分配计划替换任一组种群；

12、步骤3：根据当前每小时风光出力和储能soc，判断是否符合简易程序，若是，则根据所符合的简易程序类型，对初始种群迭代优化后直接执行步骤6；否则执行步骤4；

13、步骤4：设计包含电解槽制氢功率连续及电解槽启停次数的多目标函数；

14、步骤5：采用spea2算法对现有功率分配计划进行优化，生成多组功率分配计划；

15、步骤6：利用基于多目标函数的目标适应度函数选取最优功率分配计划，实现风光制氢功率预分配。

16、进一步地，所述的功率分配计划包含未来一段时间内每小时储能装置充放电功率和电解槽功率分配情况。

17、进一步地，所述的符合简易程序的条件包括：

18、风光不出力；

19、风光有出力，且风光出力大于储能充电功率与制氢功率之和；

20、风光有出力，且储能处于放电状态。

21、进一步地，若风光不出力，且储能soc小于经济运行下限时，则电解槽采用备用运行状态，根据种群中的电解槽功率分配情况优化储能装置充放电功率，计算公式如下：

22、

23、式中，为储能装置第j小时的充放电功率；为某一种群中第i个电解槽第j小时制氢功率；n为电解槽个数；

24、若风光不出力，且储能soc等于或大于经济运行下限，则根据种群中的电解槽制氢功率是否超过上限的情况，优化储能装置充放电功率功率和/或各电解槽制氢功率，计算公式如下：

25、

26、式中，为电解槽额定制氢功率；

27、遍历全部种群，对优化后的种群进行交叉、变异，生成新的种群，迭代执行上述公式优化储能装置充放电功率和/或电解槽制氢功率，直至迭代次数达到上限。

28、进一步地，若风光有出力，且风光出力大于储能充电功率与制氢功率之和，则优化储能装置充放电功率等于额定充电功率，优化各电解槽制氢功率为额定制氢功率。

29、进一步地，若风光有出力，且储能处于放电状态，则优化种群中的电解槽功率分配之和等于风光出力和储能放电功率之和：

30、

31、式中，为第j小时风电出力，为第j小时光伏出力；

32、遍历全部种群，对优化后的种群进行交叉、变异，生成新的种群，迭代执行上述公式优化储能装置充放电功率，直至迭代次数达到上限。

33、进一步地，所述的多目标函数包括新能源发电消纳率、系统经济收益、电解槽启停次数和电解槽功率连续；所述的电解槽启停次数是电解槽从工作状态切换至备用状态和从备用状态切换至工作状态的次数累加。

34、进一步地，所述的电解槽功率连续，计算公式如下：

35、

36、式中，pdi为电解槽每小时制氢功率差值，为第i个电解槽第j小时制氢功率；m为系统计算小时数。

37、进一步地，所述的目标适应度函数计算公式如下：

38、

39、式中，nf为目标适应度，p％为新能源发电消纳率，e为系统经济收益，f为电解槽启停次数，pdi为电解槽每小时制氢功率差值，a为新能源发电消纳率适应度系数，b为系统经济收益适应度系数，emax为已知系统最大收益，emin为已知系统最小收益，c为电解槽启停次数适应度系数，d为电解槽功率连续适应度系数，为电解槽额定制氢功率。

40、本发明的有益效果：本发明的风光制氢系统功率预分配方法以电解槽功率连续为主要优化目标，可实现制氢计划曲线更平缓，提高制氢效率，延长设备使用寿命。本发明为同时求解多变量问题提供一种方法，解决计算结果难以收敛问题。

技术特征：

1.一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，所述风光制氢系统包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，所述的风光制氢功率预分配方法具体为：

3.根据权利要求2所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，所述的功率分配计划包含未来一段时间内每小时储能装置充放电功率和电解槽功率分配情况。

4.根据权利要求2所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，所述的符合简易程序的条件包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，若风光不出力，且储能soc小于经济运行下限时，则电解槽采用备用运行状态，根据种群中的电解槽功率分配情况优化储能装置充放电功率，计算公式如下：

6.根据权利要求4所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，若风光有出力，且风光出力大于储能充电功率与制氢功率之和，则优化储能装置充放电功率等于额定充电功率，优化各电解槽制氢功率为额定制氢功率。

7.根据权利要求4所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，若风光有出力，且储能处于放电状态，则优化种群中的电解槽功率分配之和等于风光出力和储能放电功率之和：

8.根据权利要求1或2所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，所述的多目标函数包括新能源发电消纳率、系统经济收益、电解槽启停次数和电解槽功率连续；所述的电解槽启停次数是电解槽从工作状态切换至备用状态和从备用状态切换至工作状态的次数累加。

9.根据权利要求8所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，所述的电解槽功率连续，计算公式如下：

10.根据权利要求8所述的一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法，其特征在于，所述的目标适应度函数计算公式如下：

技术总结
本发明属于电力领域，公开了一种基于电解槽功率连续的风光制氢功率预分配方法。风光制氢系统由光伏发电模块、风力发电模块、储能模块、多组电解槽组成。功率预分配方法是针对制定功率分配计划时未考虑电解槽功率变化带来的影响问题所提出的一种优化方法。在现有功率分配计划基础上，新增电解槽制氢功率连续及电解槽启停次数最小目标，以计算小时数与电解槽数量加一乘积的个数未知变量为求解对象，采用SPEA2算法对现有计划优化，实现电解槽制氢效率提升，延长设备使用寿命。

技术研发人员：赵文强,陈磊磊,马润生,赵建勇,范彩兄,彭洁,年珩,海景雯,徐嘉伟,王克荣,王正伟,金安顺,祁富志,石生超,邱昱昆,张森,占领
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15