[發(fā)明專利]一種考慮不確定性的電-熱-氫多能量系統(tǒng)的規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010103078.1
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111242806B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 侯慧;劉鵬;吳細秀;李顯強;薛夢雅;徐燾
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;G06N3/006;G06F30/20;H02J3/00;H02J3/46;H02J3/38;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅飛

1.一種考慮不確定性的電-熱-氫多能量系統(tǒng)的規(guī)劃方法，其特征在于，包括：

S1：建立多能量系統(tǒng)模型，其中，多能量系統(tǒng)模型包括可再生能源出力、燃料電池汽車每日的加氫量、熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行方式以及電解池和甲烷化運行功率以及儲氫罐儲氣狀態(tài)；

S2：基于場景法建立可再生能源出力不確定性場景；

S3：構建多能量系統(tǒng)模型的優(yōu)化目標和約束條件，其中，優(yōu)化目標包括經(jīng)濟成本最小、綜合可再生能源利用率最大以及功能不足最小，約束條件包括設備功率約束、容量約束以及系統(tǒng)平衡約束；

S4：基于構建的優(yōu)化目標和約束條件，采用多目標粒子群優(yōu)化算法，在可再生能源出力不確定性場景下，求解多能量系統(tǒng)模型中各裝置功率或容量的非劣解集，并利用模糊隸屬度函數(shù)從非劣解集中篩選出目標規(guī)劃方案；

其中，S1建立多能量系統(tǒng)模型具體包括：

S1.1：確定可再生能源出力，根據(jù)風速和光照強度確定t時刻的風機實際功率輸出P_WT,t，光伏輸出功率P_PV,t，以及可再生能源總出力P_sw,t；

P_sw,t＝P_WT,t+P_PV,t???(5)

其中：v為風速，P_r為風機的額定功率，v_ci為切入風速，v_r為額定風速，v_co為切除風速，a和b為參數(shù)，P_STC為光伏額定輸出功率，G_C為實際運行光照強度，G_STC為參考的太陽輻射量，標準狀態(tài)為1000W/m²，T_STC為參考的溫度，標準狀態(tài)為298K，k₁為光伏降額系數(shù)，k₂為功率溫度系數(shù)，T_c為電池實際運行溫度；

S1.2：確定燃料電池汽車每日的加氫量，當燃料電池汽車返程時儲氫狀態(tài)量小于設定儲氫狀態(tài)量時，燃料電池汽車到加氫站進行加氫服務；

SOC_FCV＝SOC_FCV0-xw/C_FCV????(6)

SOC_FCVSOC_FCVset????(7)

W_HS＝n(SOC_FCVmax-SOC_FCV)C_FCV????(8)

其中：SOC_FCV為燃料電池汽車返程時的儲氫狀態(tài)量；SOC_FCV0為燃料電池汽車初始儲氫狀態(tài)量；SOC_FCV?set為保證燃料電池汽車次日正常出行的設定儲氫狀態(tài)量；x為行駛里程；w為單位里程耗氫量SOC_FCVmax；為燃料電池汽車最大儲氫狀態(tài)；C_FCV為燃料電池汽車儲氫容量；n為某日需要加氫的燃料電池汽車數(shù)量；W_HS為加氫站每日的供氫量，單位為kg；

S1.3：采用基于模式切換的熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行方式，熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行方式包括電定熱方式和熱定電方式，

當風光出力小于電負荷時，熱電聯(lián)產(chǎn)機組以電定熱FEL方式運行：

當風光出力大于電負荷時，熱電聯(lián)產(chǎn)機組以熱定電FTL方式運行：

其中：為熱電聯(lián)產(chǎn)機組最大電出力；為熱電聯(lián)產(chǎn)機組最大熱出力；為熱電聯(lián)產(chǎn)機組電效率；為熱電聯(lián)產(chǎn)機組熱效率；P_sw,t為t時刻風光出力；P_Eload,t為t時刻電負荷；P_Hload,t為t時刻熱負荷；P_CHPe,t為t時刻熱電聯(lián)產(chǎn)機組電出力；P_CHPh,t為t時刻熱電聯(lián)產(chǎn)機組熱出力；

S1.4：確定電解池和甲烷化運行功率以及儲氫罐儲氣狀態(tài)：

1)當有多余電力供應時啟動電解池，并將多余電力轉化為氫氣儲存在儲氫罐中；

P_sw,t+P_CHPe,tP_Eload,t??(11)

其中：P_EC,t為t時刻電解池輸入功率，為電解池最大輸入功率，為t時刻電解池輸出的氫氣，W_EC為輸出氫氣的總量，kg，υ_EC為電解池轉化效率，c為換算系數(shù)；

2)更新儲氫罐儲氫量

W_HST＝W_HST0+W_ECυ_inδ-W_HS/υ_out??(14)

其中，W_HST為儲氫罐儲氫量；W_HST0為儲氫罐初始儲氫量；δ為受儲氣罐容量約束的輸入系數(shù)，δ1；υ_in為充氣效率；υ_out為放氣效率；

3)當儲氫罐達到最大儲氣狀態(tài)時啟動甲烷化，甲烷化運行功率

其中：W_MET,t為甲烷化輸出天然氣量，kg/h，υ_MET為甲烷化效率，k為氫氣轉化甲烷的系數(shù)，k＝2，為甲烷化消耗的氫氣量，W_CH4為甲烷化所得的甲烷量，Ω為滿足甲烷化條件的時間集合；

S3具體包括：

S3.1：構建經(jīng)濟成本最小的第一目標函數(shù)，經(jīng)濟成本為日規(guī)劃經(jīng)濟成本，包括投資成本，運維成本、燃料成本、能量浪費懲罰成本以及供能不足懲罰成本，第一目標函數(shù)為：

min?C_A?＝C_ic+C_oc+C_fc+C_pw+C_pl???(19)

其中，C_A為日規(guī)劃經(jīng)濟成本，C_ic為投資成本，C_oc為運維成本，C_fc為燃料成本，C_pw為能量浪費懲罰成本，C_pl為供能不足懲罰成本；

投資成本C_ic的計算公式如下：

其中：i表示不同的投資設備，N為設備總數(shù)，C_ic表示設備的日化投資成本，C_rp,i表示設備的額定功率，對于儲氣設備為額定容量，k_ic,i表示單位功率/容量的初始投資成本系數(shù)，η為通貨膨脹率，L_sf,i表示設備的使用年限；

運行維護成本C_oc的計算公式如下：

其中：P_i,t為第i個設備t時刻的運行功率，為第i個設備的固定運維成本系數(shù)，為第i個設備的可變運維成本系數(shù)；

燃料成本C_fc的計算公式如下：

其中：P_i,t表示設備i在t時段的實際運行功率，k_fc,i為相應的燃料成本系數(shù)，σ_ch4為甲烷低熱值；

能量浪費懲罰成本C_pw

的計算公式如下：

C_pw＝k_wasteP_waste????(23)

其中：k_waste表示能量浪費懲罰系數(shù)，P_waste表示日供能浪費，kWh；

P_Ewaste,t＝P_sw,t+P_CHPe,t-P_EC,t-P_Eload,t?t∈{P_sw,t+P_CHPe,t-P_EC,tP_Eload,t}????(25)

P_Twaste,t＝P_CHPh,t+P_GB,t-P_Hload,t?t∈{P_CHPh,t+P_GB,tP_Hload,t}????(26)

其中：P_waste為能量浪費，P_Ewaste為供電能量浪費，P_Twaste為供熱能量浪費，P_Hwaste為供氫能量浪費，σ_h2為氫氣低熱值；

供能不足懲罰成本C_pl的計算公式如下：

C_pl＝k_lossP_loss????(28)

式中：k_loss表示供能不足懲罰系數(shù)，P_loss表示日供能不足，單位為kWh；

S3.2：構建綜合可再生能源利用率最大的第二目標函數(shù)：

其中，由于風光出力和負荷需求的不確定性，η_tswa包含η_tswa,ω、η_tswa,ξ和η_tswa,ψ三種情況：

(1)風光出力大于電負荷與電解池最大輸入功率之和時：

(2)風光出力小于或等于電負荷與電解池最大輸入功率之和，并且大于電負荷時

(3)風光出力小于或等于電負荷時

Ω_ψ＝{t|P_Eload,t≥P_sw,t}????(35)

其中：為電解池最大輸入功率；α、β為權重因子；

S3.3：構建供能不足最小的第三目標函數(shù)：

其中：P_loss為供能不足，P_Eloss為供電不足，P_Tloss為供熱不足，P_Hloss為供氫不足；

P_Eloss,t＝P_Eload,t-P_sw,t-P_CHPe,t?t∈{P_sw,t+P_CHPe,tP_Eload,t}????(37)

P_Tloss,t＝P_Hload,t-P_CHPh,t-P_GB,t?t∈{P_Hload,tP_CHPh,t+P_GB,t}????(38)

S3.4：構建元件出力約束，設備功率預設和容量約束為不等式約束：

系統(tǒng)能量平衡約束為等式約束，包括：

P_Eload,t＝P_sw,t+P_CHPe,t-P_EC,t+P_Eloss,t-P_Ewaste,t???(46)

P_Hload,t＝P_CHPh,t+P_GB,t+P_Tloss,t-P_Twaste,t????(47)

其中：為熱電聯(lián)產(chǎn)機組最大電出力，為燃氣鍋爐最大功率，為電解池最大允許功率，為甲烷化最大允許功率，為儲氫罐最大儲氫量。