基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法及系统

    技术2024-12-10  17


    本公开涉及电氢耦合系统优化调度,具体涉及基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法及系统。


    背景技术:

    1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。

    2、电氢耦合系统是将氢能和电能相互转化、高效协同的能源网络技术,可以实现新能源的充分消纳利用。

    3、目前,一方面,电氢耦合系统中源荷双侧的波动性会导致电氢耦合系统中蓄电池、电解槽和燃料电池的寿命损耗增加,现有研究大多以经济性最优为优化目标进行优化调度,对蓄电池、电解槽和燃料电池寿命损耗的考虑较少,也有部分研究分别对蓄电池、电解槽和燃料电池的寿命衰减特性进行了研究,但是没有建立起适合用于优化调度的线性化寿命衰减模型。另一方面,氢气具有易燃易爆、点火能量低等性质,存在较大的爆炸的危险,其安全性具有不确定性,现有研究较少在电氢耦合系统优化配置问题中考虑系统的安全性风险,对其安全性进行约束以及风险量化,但是部分研究也对储氢罐的安全性风险进行了定性分析,指出储氢罐的爆炸概率与储氢罐压强呈正相关,爆炸威力与储氢质量呈正相关,但风险量化模型考虑不够全面,系统整体的安全性风险仍然较高。


    技术实现思路

    1、本公开为了解决上述问题,提出了基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法及系统,建立线性化的蓄电池、电解槽和燃料电池寿命衰减量化模型以及线性化储氢罐安全性风险寿命衰减量化模型,基于条件风险价值方法处理源荷不确定性,建立以运行成本、寿命衰减成本以及安全性风险成本为优化目标的电氢耦合系统优化调度模型,得到电氢耦合系统最优调度方案。

    2、根据一些实施例,本公开采用如下技术方案:

    3、基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,包括:

    4、构建电氢耦合系统设备运行模型;

    5、分别构建线性化的蓄电池、电解槽以及燃料电池的寿命衰减量化模型,以及线性化的储氢罐安全性风险量化模型;

    6、基于条件风险价值方法处理电氢耦合系统设备运行模型源荷的不确定性,基于寿命衰减量化模型以及线性化的储氢罐安全性风险量化模型建立计及条件风险价值的电氢耦合系统调度模型,以运行成本、寿命衰减成本以及安全性风险成本最低为目标构建目标函数,确定约束条件并求解目标函数,实现对电氢耦合系统的最优调度。

    7、根据一些实施例,本公开采用如下技术方案:

    8、基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度系统,包括:

    9、模型构建模块,用于构建电氢耦合系统设备运行模型;分别构建线性化的蓄电池、电解槽以及燃料电池的寿命衰减量化模型,以及线性化的储氢罐安全性风险量化模型;

    10、求解与优化调度模块,用于基于条件风险价值方法处理电氢耦合系统设备运行模型源荷的不确定性,基于寿命衰减量化模型以及线性化的储氢罐安全性风险量化模型建立计及条件风险价值的电氢耦合系统调度模型,以运行成本、寿命衰减成本以及安全性风险成本最低为目标构建目标函数,确定约束条件并求解目标函数,实现对电氢耦合系统的最优调度。

    11、与现有技术相比,本公开的有益效果为:

    12、本公开提供的一种基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,建立电氢耦合系统设备运行模型,建立可用于优化调度问题的线性化的蓄电池、电解槽和燃料电池寿命衰减量化模型以及建立可用于优化调度问题的线性化储氢罐安全性风险寿命衰减量化模型,在电氢耦合系统优化运行问题中加入了线性化的寿命衰减和安全性风险量化模型,在减小系统运行成本的同时减缓了蓄电池、电解槽和燃料电池寿命衰减,并降低了系统安全性风险。

    13、本公开的一种基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,提出一种综合考虑寿命衰减和安全性风险的电氢耦合系统优化调度方案,建立以运行成本、寿命衰减成本以及安全性风险成本为优化目标的电氢耦合系统优化调度模型,进一步推动电氢耦合系统在能源领域的应用,为可再生能源技术的进一步发展提供有力支持。



    技术特征:

    1.基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,包括:构建电氢耦合系统设备运行模型;

    2.如权利要求1所述的基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,所述电氢耦合系统包括风机、光伏、负荷、蓄电池、电解槽、储氢罐以及燃料电池,所述电氢耦合系统设备运行模型包括蓄电池功率模型、蓄电池能量约束模型、电解槽启停模型、电解槽功率模型、电解槽产出模型、燃料电池启停模型、燃料电池功率模型、燃料电池产出模型、储氢罐功率模型以及储氢罐能量约束模型。

    3.如权利要求1所述的基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,线性化的蓄电池寿命衰减量化模型包括蓄电池工作状态识别模型以及蓄电池寿命衰减量化模型;其中,蓄电池工作状态包括过充、高充、适中、低放以及过放五种状态,分别为0-1变量。

    4.如权利要求1所述的基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,蓄电池寿命损耗与电池soc以及充放电功率因素有关,蓄电池的寿命表示为蓄电池可供使用的有效吞吐量之和,当累计的有效吞吐量达到蓄电池额定使用吞吐量,则表示需要更换电池,蓄电池的额定使用吞吐量为:

    5.如权利要求3所述的基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,对不同的蓄电池工作状态设置不同的寿命损耗权重为:

    6.如权利要求1所述的基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,线性化的电解槽寿命衰减量化模型包括电解槽工作状态识别模型和电解槽寿命衰减量化模型,将电解槽工作状态分为低功率运行、中功率运行、高功率运行、功率波动和启停五个工作状态,并对不同的工作状态分别设置不同的寿命损耗权重。

    7.如权利要求1所述的基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,线性化的燃料电池寿命衰减量化模型包括燃料电池工作状态识别模型和燃料电池寿命衰减量化模型,将燃料电池工作状态分为低功率运行、中功率运行、高功率运行、功率波动和启停五个工作状态,并对不同工作状态分别设置不同的寿命损耗权重。

    8.如权利要求1所述的基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,线性化的储氢罐安全性风险量化模型包括爆炸概率风险量化模型和爆炸威力风险量化模型,其中,爆炸概率与储氢罐压强呈正相关,爆炸威力与储氢质量呈正相关,基于修正气体压强公式量化爆炸概率,将爆炸概率分为低风险、中风险和高风险三个状态,并基于tnt当量法量化储氢罐爆炸威力。

    9.如权利要求1所述的基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法,其特征在于,约束调节条件包括:各种设备的运行约束、购售电功率约束、风机光伏出力和负荷约束以及能量平衡约束。

    10.基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度系统,其特征在于,包括:


    技术总结
    本公开提供了基于寿命衰减和风险的电氢耦合系统优化调度方法及系统,涉及电氢耦合系统优化调度技术领域,包括:构建电氢耦合系统设备运行模型;分别构建线性化的蓄电池、电解槽以及燃料电池的寿命衰减量化模型,以及线性化的储氢罐安全性风险量化模型;基于条件风险价值方法处理电氢耦合系统设备运行模型源荷的不确定性,建立计及条件风险价值的电氢耦合系统调度模型,以运行成本、寿命衰减成本以及安全性风险成本最低为目标构建目标函数,确定约束条件,实现对电氢耦合系统的最优调度。

    技术研发人员:陈健,李晓林,陈杨,孙子涵,王一然,赵一赫,韦美佳,张柯雨,张文
    受保护的技术使用者:山东大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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