电-氢混合储能参与的多能系统低碳优化

针对可再生能源高渗透率的多能系统的未来发展,基于多能流交互拓扑,研究电-氢混合储能参与的IES灵活协同调控。考虑电-氢混合储能影响,构建以经济成本、风光使用率和碳排放量为多评价指标,研究多能流的多能调控策略。基于多能流的碳排信息,提出电-氢混合多能系统碳流倒推方法,利用多能流的碳流拓扑辅助多能调控决策。通过对实际电网的仿真,分析电-氢混合储能对系统综合效益的改善效果,研究源-荷-储互动特性,验证该文方法的有效性和合理性。

基于GRU算法的弃电量预测及电-氢混合储能系统的运行优化

风/光等可再生能源的高渗透接入将增强电源侧输出随机性与波动性,导致弃风、弃光现象时常存在,将弃风/光量制氢是解决可再生能源深度消纳的有效途径。本文提出基于Adam优化的门控循环单元神经网络算法(GRU)对风/光弃电量进行预测,利用拉丁超立方和同步回代削减算法生成典型风/光发电不确定性场景。以系统建设成本最小化和运营成本最小化为目标,构建双层目标函数,第1层优化碱性电解槽(AWE)和电池储能系统(BESS)的容量配置,第2层保证系统在生成场景中运行最佳,同时引入惩罚项,以最大限度利用风/光弃电。以西北某地区风/光弃电量数据为例,采用不同结构的神经网络算法对弃风/光量进行预测,通过比较不同算法的均方根误差,验证了所提算法的准确性。最后对3种不同储能方案进行优化运行分析,研究结果表明,仅采用BESS系统年利润为负数且年投资成本最高,采用BESS-AWE混合储能系统比仅采用AWE系统年投资成本增加15.66%,但年利润增加了255%,弃电利用率为92%,有效提高系统经济性。

计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估

电-氢混合储能为提高孤岛直流微电网可靠性提供了有效途径,然而不同电-氢混合储能策略也会影响系统的可靠性水平,文中针对不同电-氢混合储能运行顺序,对比分析了3种储能策略对孤岛直流微电网可靠性的影响。首先,建立氢气储能模型、蓄电池储能模型和微电网可靠性评估指标体系;然后,计及系统元件故障,基于序贯蒙特卡洛法,提出计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估方法;最后,采用改进的RBTS BUS6 F4馈线系统对孤岛直流微电网进行可靠性评估,对比分析储能策略和电-氢混合储能容量对系统可靠性的影响。结果表明:氢储能可以有效提高系统可靠性,不同的电-氢储能策略和容量对系统可靠性具有不同的影响。

计及最小使用成本及储能状态平衡的电-氢混合储能孤岛直流微电网能量管理

随着微电网技术的日渐发展,微电网中储能系统逐渐多元化,电储能及氢储能与微电网的运行控制产生紧密联系,如何经济地运行不同种类储能系统成为学者关注的焦点。提出一种基于最小使用成本及储能状态平衡的电–氢混合储能孤岛直流微电网能量管理方法,该方法在满足微电网基础指标即电压稳定、功率平衡的基础上,结合使用成本最小算法及等效氢耗最小算法,对使用电–氢混合储能消纳光伏产生的多余电能以及释放能量用于功率缺额等情景进行最小化储能系统使用成本及维持储能系统储能状态稳定的优化控制,通过对各系统的直–直变换器层控制以及顶层的协调控制确定各储能系统的工作状态,从而完成系统的能量管理。通过RT-LAB半实物系统开展实时仿真,在实际工况下进行72h运行,验证所提方法的有效性,保证系统在实际工作中的经济型及稳定性。

计及效率特性的电-氢混合储能直流微网经济下垂控制策略

为实现电-氢混合储能微电网在孤岛状态下的自治经济运行,并降低系统运行对通信网络的依赖,提出一种计及效率特性的直流微网经济下垂控制策略。该控制策略充分考虑电-氢混合储能系统各子系统的工作特性,研究了系统运行与效率的关系,并构建了计及效率特性的电-氢混合储能直流微电网系统成本函数。再结合电-氢混合储能系统的互补工作模式,驱动各系统基于成本分散地实施电-氢混合储能系统的运行方案,进而提高直流微电网的自治经济性能。最后,通过RT-LAB实验平台开展实时仿真。结果表明:所提控制策略相较于传统经济下垂控制,能够实现燃料电池和电解槽高效率区间的稳定运行,验证了效率特性对经济运行的必要性;在一天的运行实验下,其运行成本相较于传统经济下垂控制降低了10.38%,验证了所提出策略的经济性。

计及功率交互约束的含电-氢混合储能的多微电网系统容量优化配置

在混合交直流多微网系统中,其经济性和运行可靠性受到容量优化配置的影响。考虑到基于电储能以及氢储能系统(电解槽/燃料电池/储氢罐)的混合储能系统所具有的优势,建立了电-氢混合储能型多微网系统框架。其次,针对电-氢混合储能型多微网系统,提出了考虑系统的实时能量供需状态和储能状态的多微网运行控制策略。在容量优化配置模型中引入功率交互约束模型,并在配置过程中嵌入所提出的运行控制策略。最后,以算例分析证明功率交互约束的必要性,并采用灰狼-正弦余弦优化算法求解配置模型。所得配置结果优于改进灰狼算法和改进粒子群算法。通过模拟全年运行情况,验证了所提优化配置方法的有效性和电-氢混合储能系统在季节性储能上的优势。

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。

氢-电混合动力机车动力蓄电池系统设计

为响应国家能源发展规划,研制700 kW氢-电混合动力机车。氢-电混合动力机车动力蓄电池系统选用钛酸锂电池。介绍动力蓄电池系统的造型和参数的确定。设计时,从监测控制及通信、短路防护、热蔓延防护、消防安全等方面遏制蓄电池热失控的发生。从电池单体、电池包和电池系统3个层级开展动力蓄电池系统试验。

考虑脱网风险的区域电-氢能源系统两阶段规划方法

区域电-氢能源系统(REHS)在新型电力系统的占比逐渐提高,但受诸多不确定因素的影响其可能发生脱网事故。为提升REHS供能可靠性,提出一种考虑脱网风险的REHS规划方法。首先,提出考虑运营阶段、季节类型和运行时段3种因素的脱网概率统计方法,基于风险量化方法计算脱网事故所造成的风险成本;然后,以系统全寿命周期总成本最小为优化目标,建立考虑脱网风险的REHS规划-运行两阶段模型,上层合理配置各设备容量,下层实现REHS在正常运行场景与发生脱网事故场景下的最优调度,从而从投资与运行两方面提升系统的经济性。通过算例仿真验证了所提规划方法能够降低REHS全寿命周期总成本,具有良好的经济效益。

绿证-碳交易机制下新型电力系统电-氢-气混合储能容量优化配置方法

在“双碳”目标的背景下,为进一步提升新型电力系统的经济效益和环境效益,提出了一种绿证-碳交易机制下新型电力系统电-氢-气混合储能容量优化配置方法。首先,以两阶段电转气作为能源桥梁,提出了考虑电化学储能系统、氢储能系统和气储能系统的新型混合储能系统;其次,为了提升可再生能源消纳、降低碳排放量,引入了绿证-碳联合交易机制,并采用了能源断供/弃能机制,同时提升了系统的可靠性;最后,以新型混合储能系统的全生命周期成本、购能成本、可靠性成本、绿证-碳交易成本之和为目标函数,并采用CPLEX求解器求解。算例分析结果表明,所提方法能在提升可再生能源消纳的同时实现系统的经济性、低碳性、可靠性最优。

含高比例风光接入的输电网氢-电混合储能系统配置方法

目前高比例风光接入的输电网存在弃风弃光率普遍较高的问题,配置储能设备作为一种具有潜在效用的手段在当前的研究中备受青睐。针对输电网储能配置问题,为达到综合成本减小和弃风弃光率降低的目的,提出了一种基于双层规划模型的输电网氢-电混合储能系统配置方法。首先,对氢-电混合储能系统的特性进行建模,在此基础上建立输电网氢-电混合储能系统功率与容量配置双层规划模型。上层模型以配置储能后年综合成本最小为目标;下层模型以弃风弃光率最小为目标。其后基于蓄电池和氢储能的不同特性,提出一种氢-电混合储能系统配合策略。最后,针对该模型非线性多目标的特点,采用双层迭代粒子群算法与潮流计算相结合进行模型求解。在算例仿真部分,以某含有高比例风光接入地区输电网为例,进行氢-电混合储能系统容量和选址的优化配置,验证了所建模型和所提求解算法的可行性和有效性。提高了风电光伏出力在时序上的转移能力,减少了高碳化石能源的消耗量,降低了弃风弃光率。