电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统调度

针对我国电氢供需时空分布不均导致新能源利用率低、系统运行成本过高等问题,提出一种电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统调度方法。首先,根据送、受端区域的能源供需特征、电/氢子系统运行特性及甲醇氢载体属性,设计电-氢耦合系统跨区协同运行机制和调度框架,提出电能-甲醇联合输运下的送、受端供需平衡模型,充分利用甲醇的灵活储运能力促进新能源跨时空消纳;然后,构建电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统双层优化调度模型,考虑长时间尺度下的电、氢能量平衡,以天为调度尺度建立上层模型,确定甲醇输运和机组起停方案;考虑短时间尺度下的电力平衡、氢供需平衡约束,以小时为调度尺度建立下层模型,确定送、受端系统各小时的运行计划,从而实现异质能源的跨时空协同互补,保障送、受端区域多时间尺度能量供需平衡;最后,基于改进的HRP 38系统进行仿真分析,结果表明电能-甲醇跨区协同输运能够显著提高系统经济运行水平,促进新能源规模化消纳。

基于多仿射决策规则的电-氢耦合系统多阶段鲁棒优化调度

在电-氢耦合系统优化研究中,现有工作未充分挖掘氢负荷灵活分配方式对提升系统运行经济性以及应对新能源发电不确定性的作用。文中分别刻画长管拖车运氢、管道运氢、就地售氢3种氢负荷的运行特性,构建了计及储氢特性的氢负荷在不同时段间优化分配策略。为应对新能源发电的不确定性,以氢负荷作为日前决策量,而储氢、制氢在日内随着随机变量的实现顺序决策,构建了电-氢耦合系统多阶段鲁棒优化问题。为解决传统单仿射决策规则保守性较强的问题,提出了基于多不确定性集的多仿射决策规则求解方法,对随机变量的不同实现采取不同的决策方式。仿真结果表明,氢负荷凭借储氢环节实现了灵活分配,提高了电-氢耦合系统运行的经济效益;多仿射决策规则所得结果的经济性优于单仿射决策规则,并为系统实时运行提供了调度方案。

基于深度强化学习算法的氢耦合电-热综合能源系统优化调度

为了促进氢能与综合能源系统中其他能源的耦合,提高能源利用灵活性,减少系统碳排放,提出了一种氢耦合电-热综合能源系统(HCEH-IES)的运行优化方法。对HCEH-IES的各设备进行数学建模,并深入阐述深度强化学习算法的基本原理及双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法的流程;将HCEH-IES的不确定性优化调度问题转化为马尔可夫决策过程,并采用TD3算法将优化目标以及约束条件转换为奖励函数进行连续状态空间和动作空间下的动态调度决策,形成合理的能源分配管理方案;采用历史数据对智能体进行训练,并对比深度Q学习网络和深度确定性策略梯度算法获得的调度策略。结果表明,相较于深度Q学习网络和深度确定性策略梯度算法,基于TD3算法的调度策略具有更好的经济性,其结果更接近于CPLEX日前优化调度方法的经济成本且更适用于解决综合能源系统动态优化调度问题,有效地实现了能源灵活利用,提高了综合能源系统的经济性和低碳性。

考虑多工况特性的电-氢耦合系统规划方法

氢能系统包含多元化的氢能设备且运行特性各异,会对配电网运行和规划产生交互影响。为此,本文提出了一种考虑多工况特性的电-氢耦合系统规划方法。从物理原理出发,研究电解槽、甲烷化设备的多工况转换耗时耗能特性和氢燃料电池的变效率特性。考虑电解槽和甲烷化设备冷备用、热备用、正常工作三种工况,氢燃料电池的低、高运行功率两种工况,系统性地建立考虑多工况运行特性的氢能设备运行模型。为了验证所提方法的有效性,对基于IEEE 33节点的电网和10节点的气网组成的区域综合能源测试系统进行仿真测试。仿真结果表明,若忽略氢能设备多工况运行特性,会高估氢能设备灵活性,导致其规划容量与实际情况产生较大偏差。

考虑电动汽车充电方式的热-电-氢耦合孤岛综合能源系统优化配置

为实现热-电-氢综合能源系统在满足多种负荷需求的同时,能有效地降低经济成本,提出了一种以经济性为目标的双层优化配置算法,研究了孤岛综合能源系统的优化配置。首先,搭建了热-电-氢混合耦合综合能源系统(the combined hydrogen,heat and power system,CHHP),然后考虑到设备购置、运维以及燃料电池、电解槽和蓄电池的老化建立了系统总目标函数。再采用上层算法为混合正余弦灰狼算法(gray wolf optimization with sine cosine algorithm,GWO-SCA),下层算法为混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)的双层优化配置算法对设备容量进行求解。最后运用算例,验证了该算法的优越性。并对系统中的电动汽车负荷考虑了多种充电方式,讨论了不同充电方式对配置结果和经济成本的影响。结果表明所提优化配置方法能够实现综合能源系统的经济、稳定运行。

考虑多约束条件下的电-氢-化耦合系统控制方法

在电-氢-化耦合系统中,电解水制氢装置在消纳风、光等可再生能源或参与电网平衡调控的同时,其变负载运行需满足多约束条件,以保证系统各环节安全稳定运行。针对电-氢-化耦合系统中各环节存在的耦合作用关系,详细介绍了系统核心环节——电解水制氢系统的模型,并提出一种考虑各环节多约束条件下的系统控制方法。对兆瓦级碱性电解槽的模型进行详细分析,包括电化学模型、热力学模型等,同时建立辅助设备压缩机、储氢罐的数学模型;综合考虑电解槽温度、电解槽压力、储氢罐压力、下游煤化工环节用氢等约束条件,提出电解水制氢系统的控制策略。基于MATLAB/Simulink搭建电-氢-化耦合系统的仿真模型,并通过RT-LAB半实物仿真平台,在不同的电网功率指令下,对电-氢-化耦合系统的运行特性进行深入研究,并对所提控制策略的控制效果进行验证。