考虑碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度

为应对新型电力系统建设过程中带来的新能源消纳困难与系统调控能力不足的现象,该文提出一种考虑碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度策略。首先,对源荷储三侧运行机理展开分析,充分利用碳捕集机组、氢储能系统、需求响应提高电力系统调度灵活性。其次,构建源网荷协调运行结构框架,并针对旋转备用需求下碳捕集机组与氢储能系统运行中的不足之处,对二者协调运行特性进行研究。最后,以系统综合成本最优为目标,建立碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度模型,采用模糊隶属度函数对系统不确定性进行描述,确定系统旋转备用需求。经算例验证表明,该文所提模型在兼顾系统运行的经济性与低碳性的前提下,可显著提高系统新能源消纳水平。

城市电网耦合氢储能系统投资决策方法研究

针对城市电网负荷峰谷差大导致电力资源大量浪费的现状,提出城市电网耦合氢储能系统方案用于消纳电网负荷低谷时段富余电能。通过对氢储能系统运行周期内的投资成本和经济收益进行分析,构造投资决策评价模型,并根据投资者不同的投资需求建立三种优化模型:氢气最低销售价格模型、氢储能系统最优装机容量模型和特定投资回收期下氢气最低销售价格模型。以某城市电网用电负荷数据为基础,利用上述模型对在该城市实施城市电网耦合氢储能系统方案时不同投资需求下的最优方案进行了分析。

一种应用于SOC氢储能系统的电力电子变换器

可逆高温固体氧化物电池(SOC),既可作为固体氧化物电解电池(SOEC)运行于电解水制氢模式,亦可以作为固体氧化物燃料电池(SOFC)运行于氢发电模式,实现电转氢、氢转电的能量转换。针对目前高温SOC电堆输入、输出参数差异较大的现况,这里介绍了一种多支路高增益电力电子变换器,以满足不同功率等级SOC电堆并网的需求。结合SOC过程控制的需求,给出了变换器的控制方法。通过仿真验证了变换器拓扑、结构设计及控制方法的有效性和正确性。

浅谈基于优先级参数的海上氢储能系统风电机组功率平衡控制系统

针对传统方法存在的风电机组功率控制时间较长,控制结果准确性不高的问题,设计了一种基于优先级参数的海上氢储能系统风电机组功率平衡控制系统。通过设计信息采集模块、信息存储模块和信息分析模块实现对风电机组功率的层次性控制。建立一个发电机组功率响应模型,并对其进行拉普拉斯变化,最后采用优先级参数实现对风电机组功率的平衡控制。实验结果表明,该方法的控制用时较短,且抗干扰性较好。

考虑SOC优化设定的电-氢混合储能系统的运行优化

针对含电-氢混合储能的源网荷储系统,为提高新能源的消纳水平并降低系统运行成本,提出了考虑SOC优化设定的电-氢混合储能系统的运行优化方法,实现系统的日前-实时优化调度。首先提出了大容量储能系统SOC优化设定的方法,以确定储能系统日前的始末SOC优化设定值。随后,基于双延迟深度确定性策略梯度算法,提出了一种日前-实时优化调度模型训练方法。结合储能SOC的优化设定值和日前运行数据,建立了源-网-荷-储系统的实时优化调度模型,实现日前和实时综合优化调度。最后,通过算例分析验证了所提运行优化方法的有效性。结果表明,大容量储能系统的SOC优化设定方法可以有效提高系统收益,日前-实时优化调度模型则在日前优化调度的基础上减少了预测误差带来的影响。

基于信息间隙决策理论-分布鲁棒优化的含电-氢-热混合储能综合能源系统需求响应策略

混合储能系统具有储能容量大、调节能力强等优点,有助于提高综合能源系统(integrated energy system,IES)的需求响应能力。首先,构建了一种电-氢-热混合储能系统(electric-hydrogen-thermal hybrid energy storage system,EHT-HESS),其中采用电解槽(electrolytic cell,EC)、蒸气重整反应(steam methane reforming,SMR)装置、储氢、热电联产氢燃料电池(hydrogen fuel cell,HFC)设备,实现电、气向氢能的转换,以及以氢能作为中间模态的“制氢-储氢-放氢/电/热”功能。其次,建立考虑EHT-HESS的IES需求响应策略优化模型,其中考虑IES响应电价和气价,同时根据富余风电量,进行购电、购气、用电、用热、用氢等策略决策的综合需求响应(integrated demand response,IDR)行为;并采用信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)计入概率分布未知的风电严重不确定性,采用基于综合范数的分布鲁棒优化(distributionally robust optimization,DRO)方法计入概率分布不完备的电价严重不确定性。最后,算例验证了模型和方法的合理性及有效性,并表明IES装设热电联产HFC构建EHT-HESS可实现氢能向电能与热能的转换,有助于增加风电消纳量,增加IDR决策的鲁棒性。

基于多目标人工蜂鸟算法的电-氢混合储能系统最优配置

将氢气储能系统与电池储能系统相互结合,可实现长期且快速的能量吞吐并减小分布式电源渗透率提高对配电网稳定性的影响。综合考虑电-氢混和储能系统接入配电网的经济性和技术性要求,以最小化系统全生命周期成本、配电网的电压波动和净负荷波动为目标,建立了电-氢混和储能系统多目标优化配置模型。采用基于Pareto的多目标人工蜂鸟算法求解其规划方案,并与多目标粒子群算法以及多目标原子轨道搜索进行了对比。最后,基于扩展的IEEE-69节点标准测试系统进行求解。仿真结果表明:多目标人工蜂鸟算法能够获得解集质量更加优异的Pareto前沿。所得混合储能系统配置方案在兼顾经济效益的同时,改善了配电网的电压质量和负荷水平。与仅配置电池储能系统相比,电-氢混合储能系统对配电网净负荷波动与电压波动的改善分别提高了21.02%与16.66%,证明了本文所提优化配置方法的有效性和卓越性。

考虑需求侧响应的电-氢混合储能系统选址定容

随着分布式电源(distributed generation,DG)在配网接入比例的提高,配网的稳定性受到了剧烈的影响。传统的配电网管理模式很难对多种资源进行协调,因此主动配电网模式逐渐成为电网运营主流。为减小DG接入对主动配电网稳定性的影响,该文建立考虑需求侧响应的电–氢混合(electricity hydrogen hybrid,EHH)储能系统(energy storage system,ESS)双层模型。上层模型以考虑需求侧响应后的最小净负荷波动、最大用户购电成本满意度与用电舒适度为目标,基于电量电价弹性矩阵模型得出最佳分时电价制定策略。下层模型基于上层模型求解出的分时电价策略,以最小EHH-ESS的全生命周期成本(life cycle cost,LCC)、主动配电网电压波动与考虑需求侧响应且接入EHH-ESS后的净负荷波动为目标,通过对EHH-ESS进行最优规划实现其投资经济性、主动配电网负荷稳定性与电压质量的最佳权衡。最后通过扩展的IEEE-33节点验证了该文所提模型的有效性及所采用方法的优越性。同时,通过不同的运营场景对主动配电网的稳定性与EHH-ESS的经济性进行分析,基于NSGA-III算法得到的仿真结果表明:与仅配置EHH-ESS相比,考虑需求侧响应并配置EHH-ESS后,虽然LCC提高了5.16%,但净负荷波动与电压波动分别降低了6.56%与13.33%,验证了在考虑需求侧响应的情况下配置EHH-ESS可最大幅度改善主动配电网的稳定性。

面向煤基低碳能源战略的大规模风/光-氢储能-煤多能耦合系统

煤基低碳是煤炭富集省区低成本、可持续实现能源供给侧结构战略调整的必然要求。阐述能源系统演进规律,面向山西省、新疆省等新能源和煤碳富集省区的煤基低碳能源战略,提出以大规模风/光互补电解水制氢储能为桥梁,构建清洁高效风/光-煤能源系统创新策略。以山西省为例,探讨基于大规模氢储能技术的煤基低碳能源系统的资源需求,高比例/100%新能源电力系统中大规模氢储能系统所需要解决的关键支撑技术,为包括山西省在内的煤炭富集省区的煤基低碳能源战略的实现提供借鉴。

基于改进猫群算法的氢储能容量优化配置

以氢储能系统为基础,构建了风力发电和氢储能系统为主的混合微电网系统。本文对氢储能系统中的电解槽、燃料电池和储氢罐的容量进行了优化配置。综合考虑微电网的经济成本、供电可靠性和弃风率3个指标,构建了氢储能系统的容量优化配置模型;分别采用典型日和场景集的风电出力和负荷,建立氢储能系统的容量优化模型,以反映风电出力和负荷的随机性对优化结果的影响;采用动态权重的改进猫群算法对所提氢储能系统的容量优化配置模型进行求解。通过算例验证了改进猫群算法的可行性,同时也证明了所提氢储能系统容量优化配置模型的合理性。

基于按需比例分配机制的风光火氢多时间尺度协同规划

随着高比例新能源新型电力系统的灵活性需求增加,制定灵活性资源市场运营机制实时平衡大规模新能源出力波动性和不确定性十分重要。为此,文中提出一种基于按需比例分配机制的风光火氢协同规划方法。首先,制定风/光场站和氢储能系统的三阶段协调运行策略,根据按需比例分配机制进行风/光场站间功率交易,协调风电场和光伏电站的收益和支出,由火电和氢储能系统提供运行灵活性,采用固定利润比例模型保证氢储能系统的收益稳定性;然后,综合考虑投资决策和运行模拟,将功率交易成本和灵活性资源调节成本纳入优化目标,建立以风光为主体电源,以火电和氢储能为辅助电源的多时间尺度协调规划模型;最后,以中国东北某省级电网为算例进行分析。结果表明,采用文中所提方法进行电源规划可以兼顾经济性和环保性,降低灵活性资源需求和投资成本,提高风/光场站的功率利用率。

探讨氢储能系统关键技术及发展前景展望

本文首先简要阐述氢能源的研究发展情况,进而分别从制氢、氢能源储存和燃料电池三个方面分析氢储能系统关键技术,并以光伏发电系统为基础,完成氢储能系统的建模分析,探索氢储能系统技术在电能领域中的具体应用,旨在充分发挥技术优势,利用氢能,以氢能可利用燃料电池的方式,达到发电回馈电网的效用.

基于双向电价补偿的含氢储能风电和梯级水电联合优化调度

激发水电参与风电消纳的积极性,提高风电博弈能力是风水联合优化调度的瓶颈问题。为此,提出向上向下调峰均补偿的"双向电价补偿"政策激励水电参与风电消纳,在风电侧捆绑氢储能以提高风电的博弈竞价能力。建立了含氢储能风电和梯级水电联合调度的主从博弈优化模型。风电根据系统余负荷曲线,制定双向电价补偿政策,并通过氢储能调节调整上网电量,使风电效益最大;梯级水电响应"双向电价"政策,采用"以水定电"模式参与博弈,使梯级水电站发电效益最大,并在梯级水电站内部采用"以电定水"模式进行出力的梯级分配优化,使耗水量最小。采用粒子群算法求解,仿真结果表明该策略能有效促进大规模风电消纳和增加联合系统的总体收益。

一种基于混合储能改善跟踪光伏发电出力特性方法的研究

光伏输出受天气影响具有较大波动性,若直接接入电网则会对电网的电能质量造成严重影响。为减轻光伏电站并网功率对电网的影响,提出了一种基于氢与电池混合储能改善跟踪光伏发电出力特性的方法。首先,利用高斯函数逼近光伏预测功率,形成光伏次日出力计划,并根据次日凌晨电池SOC大小和氢储能调节灵活性对出力计划进行修正。考虑氢储能和电池储能运行状态,设计了包含有主调度和协调调度的实时调度方案。最后,通过算例验证了所提方法的有效性。

基于固体氧化物电解池的风电综合储能系统

为解决“弃风”和风电的跨季节调用问题,需要建设与风电配套的储能系统。其中氢储能系统由于能量密度高、储存周期长等优势,适合与风电系统耦合,进行大规模、长周期的能量转移。传统观点认为,由于不适应风电的波动性,固体氧化物电解池(SOEC)不适合与风电系统耦合。但最新研究表明,SOEC在快速波动的电力输入下仍可以保持运行稳定。同时.SOEC还具有可以进行共电解和可逆运行的独特优势。基于此,这里提出了一种与风电耦合的电-氢-产-热联供的综合储能系统,根据需求可以实现多种能量输出形式,既可以实现“弃风”的有效利用,也可以作为能源清洁高效利用的微网体系。

考虑电氢耦合的混合储能微电网容量配置优化

在当前电氢联系日益紧密以及微电网技术发展日益成熟的条件下,以单位电量成本、负载失电率和能量过剩率为目标函数,提出考虑电氢耦合的混合储能微电网容量优化配置方法。其中,氢储能系统主要包括电解槽、燃料电池及储氢罐等元件。该储能系统清洁无污染,能够提高光伏发电利用率,平抑直流母线电压波动。采用粒子群优化算法求解具体算例,得到综合经济性与供电可靠性最优的容量配置结果。通过对比分析不同优化算法与权重系数对配置结果的影响,验证了所提方法的有效性。采用RT-LAB半实物仿真平台将配置结果运用在实际情况下,保证了系统在实际工作中的经济性与稳定性。

考虑风电消纳多向量流系统的遗传优化方法

随着全球能源短缺问题的加剧,风电的大规模消纳显得十分重要。为了克服风电大规模消纳困难的问题,提出一种多矢量储氢发电系统的遗传优化方法。分别研究分析风力风电、氢储能系统、储气罐中的等效荷电状态的数学模型,建立以风电本地消纳最大化为目标的联合优化模型,结合多种约束条件,通过遗传算法实现能量流最优解的求取。以东北某地区的实际测量数据为基础,进行了案例分析。通过对系统在运行过程中的风电消纳效果进行比较,验证了所提方法能够有效减少交互电量,实现了风电本地消纳最大化。

考虑电热柔性负荷和氢储能的综合能源系统优化运行研究

综合能源系统可结合电能、热能和氢储能等多种不同的能源,面对相同的负荷需求时,可提供多种不同的经济环保的供能方案和优化运行策略。在分析了综合能源优化系统中各种设备的基本概念后,对常见的能源生产、转换和储存设备进行数学建模。其次,将需求侧电柔性负荷、热柔性负荷等引入综合能源系统的经济优化模型中,并将氢储能系统作为热电氢耦合设备参与到能源系统的运行优化中。仿真结果表明,氢储能系统与电、热柔性负荷的参与,不仅能减少因传统化石能源所引起的环境污染问题,还能有效地减少系统的运行成本。

考虑频率稳定约束的电-氢互补多楼宇协调优化调度

为实现“碳达峰、碳中和”的双碳目标,电-氢互补综合能源系统的推进意义重大,但随着可再生能源的渗透率逐渐提高,系统的惯量水平下降,频率安全受到威胁.针对传统的优化调度方法无法保证系统的频率稳定性这一问题,提出了一种考虑频率稳定约束的电-氢互补多楼宇协调优化调度方法.首先,建立了以楼宇为底层单元的电-氢综合能源系统架构,系统内的可再生能源发电机组采用虚拟同步发电机技术进行控制,以提高系统的惯量水平;其次,以调度周期内系统总运行成本最小为目标,并考虑了并网和孤岛不同运行模式下系统的惯量需求,建立了考虑系统频率稳定约束的优化调度模型;最后,通过算例仿真验证了所提方法对系统频率稳定的有效性、经济性和环保性.

考虑电−氢市场的虚拟电厂两阶段优化策略研究

虚拟电厂(virtual power plant,VPP)作为资源聚合的主体,不仅需要参与外部能源市场,还需要对内部资源进行优化管理。区别于其他储能系统,氢储能系统除了能够承担电能的备用补充功能外,还可以参与氢市场。对于虚拟电厂运营商(virtual power plant operator,VPPO)而言,其既需要对内部资源进行优化调度,又需要根据运行情况和外部市场信息制定电−氢两级市场的竞标策略。考虑到内外双侧互动机制,研究构建了两阶段模型,第一阶段模型在考虑可再生能源、柔性负荷、抽蓄储能以及氢储能系统的内部资源互补特性的基础上进行运行优化;第二阶段模型以电能量市场、辅助服务市场和氢市场总收益最大为目标优化竞标策略。最后,构建典型场景并通过算例分析验证策略的合理性与有效性。