一种新能源制氢系统的功率平衡调节方法及系统与流程

本发明涉及制氢工艺优化，尤其涉及一种新能源制氢系统的功率平衡调节方法及系统。

背景技术：

1、随着风力发电和光伏发电等新能源发电装置装机容量的逐年增加，弃风弃光量也越来越大。氢能作为一种极具发展前景且应用广泛的绿色能源，在清洁能源利用领域得到广泛的关注，利用风光发电实现绿色制氢可以有效提高新能源消纳率，成为缓解新能源大规模替代化石能源时带来风光消纳困难等问题的有效缓解途径，而新能源新能源制氢系统合理优化调度则是实现氢能对新能源发电系统高效支撑的关键技术之一。

2、面向秒级的电网调频辅助服务应用，由高温固体氧化物燃料电池(soec)支撑的高温电新能源制氢系统需要快速响应并准确跟踪变化的功率指令。为此，需要对高温电新能源制氢系统的动态特性有定量的认知，深化动态响应时间尺度实现平衡调节应用。但是，目前的新能源制氢系统适应波动负载的实时响应速率较低，同时，新能源发电功率和实时负荷功率难以维持功率平衡，容易导致电力供应不稳定。

技术实现思路

1、本发明提供了一种新能源制氢系统的功率平衡调节方法及系统，解决了目前的新能源制氢系统适应波动负载的实时响应速率较低，同时，新能源发电功率和实时负荷功率难以维持功率平衡，容易导致电力供应不稳定的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种新能源制氢系统的功率平衡调节方法，包括：

3、通过确定新能源制氢系统结构，以所述新能源制氢系统的制氢负载调度变化量与当前制氢负载调度计划量的偏差最小为优化目标，构建目标优化函数；

4、确定所述新能源制氢系统的功率运行平衡为所述目标优化函数的约束条件；

5、在所述约束条件的约束下，对所述目标优化函数进行寻优求解，根据最优解确定所述新能源制氢系统的制氢负载调度最优方案；

6、将所述新能源制氢系统的制氢负载调度最优方案下发至所述新能源制氢系统进行执行。

7、优选地，所述新能源制氢系统结构包括新能源电源、储能电源、电负荷、电解槽、储氢罐、燃料电池、氢负荷和脉冲宽度调制器；

8、所述新能源电源、所述储能电源、所述电负荷均通过变频器连接于直流母线，所述直流母线均通过所述变频器分别与所述电解槽和所述燃料电池连接，所述电解槽通过所述储氢罐和所述燃料电池连接，所述电解槽和所述储氢罐均与所述氢负荷连接；

9、所述脉冲宽度调制器与所述变频器电连接。

10、优选地，所述以所述新能源制氢系统的制氢负载调度变化量与当前制氢负载调度计划量的偏差最小为优化目标，构建目标优化函数的步骤，包括：

11、建立所述电解槽、所述储氢罐和所述燃料电池分别对应的状态变化方程；其中，所述电解槽的状态变化方程为：

12、

13、式中，m′h2,d为电解槽的制氢质量，m′h2,v为电解槽的单位制氢速率，m′h2,g为电解槽的单位制氢质量，ηel为电解效率，pin为电解槽的工作功率，eh2为单位制氢所需的能量；

14、其中，pin＝pre+pbat-pbat/ηbat

15、式中，pre为新能源电源出力功率，pbat为储能电池的充电或放电功率，ηbat为储能电池的充放电效率；

16、所述储氢罐的状态变化方程为：

17、

18、式中，mh2为储氢罐中氢气的质量，t为时刻，mh2,out为从储氢罐中输出的氢气质量；

19、所述燃料电池的状态变化方程为：

20、

21、式中，pout为燃料电池的输出电功率，ηfc为燃料电池的效率；

22、利用所述状态变化方程确定调度周期内的制氢负载调度变化量；

23、以所述制氢负载调度变化量与当前制氢负载调度计划量的平方误差最小为优化目标，构建目标优化函数，所述目标优化函数为：

24、

25、式中，δp为平方误差值，pin(t)为制氢负载调度变化量，pin(t)＝pout，pplan(t)为当前制氢负载调度计划量，t为调度周期。

26、优选地，所述约束条件包括系统功率平衡约束、新能源电池出力约束、储能电池的荷电状态约束、电解槽运行约束、储氢罐储氢质量约束和燃料电池功率约束。

27、优选地，本方法还包括：

28、基于遗传算法对所述目标优化函数进行寻优求解。

29、优选地，所述将所述新能源制氢系统的制氢负载调度最优方案下发至所述新能源制氢系统进行执行的步骤之后，还包括：

30、判断所述新能源制氢系统的调度周期是否结束；

31、若判断所述新能源制氢系统的调度周期未结束，则根据所述制氢负载调度最优方案更新所述新能源制氢系统的运行参数，并返回至所述通过确定新能源制氢系统结构，以所述新能源制氢系统的制氢负载调度变化量与当前制氢负载调度计划量的偏差最小为优化目标，构建目标优化函数的步骤进行滚动优化，直至判断所述新能源制氢系统的调度周期结束为止。

32、第二方面，本发明还提供了一种新能源制氢系统的功率平衡调节系统，包括：

33、目标优化模块，用于通过确定新能源制氢系统结构，以所述新能源制氢系统的制氢负载调度变化量与当前制氢负载调度计划量的偏差最小为优化目标，构建目标优化函数；

34、约束模块，用于确定所述新能源制氢系统的功率运行平衡为所述目标优化函数的约束条件；

35、寻优求解模块，用于在所述约束条件的约束下，对所述目标优化函数进行寻优求解，根据最优解确定所述新能源制氢系统的制氢负载调度最优方案；

36、执行调度模块，用于将所述新能源制氢系统的制氢负载调度最优方案下发至所述新能源制氢系统进行执行。

37、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面所述的新能源制氢系统的功率平衡调节方法的步骤。

38、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如第一方面所述的新能源制氢系统的功率平衡调节方法的步骤。

39、第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，其中，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如第一方面所述的新能源制氢系统的功率平衡调节方法的步骤。

40、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

41、本发明通过以新能源制氢系统的制氢负载调度变化量与当前制氢负载调度计划量的偏差最小进行优化，从而降低调度偏差，适应于负载波动，实现对日前调度优化的稳定跟踪，并通过确定新能源制氢系统的功率运行平衡为约束条件，并对目标优化函数进行寻优求解，来确定新能源制氢系统的制氢负载调度最优方案进行执行，提高了新能源制氢系统适应波动负载的实时响应速率，并实现新能源发电功率和实时负荷功率持续维持功率平衡。