[发明专利]风电-氢储能与煤化工多能耦合系统气体分配控制方法

说明书

一种风电‑氢储能与煤化工多能耦合系统气体分配控制方法，基于风电、氢储能、煤化工和电网构成的多能耦合系统，以气体产、耗过程动态平衡为原则，以灵活调整优先级顺序为主导思想，以风电消纳最大化为目标，以煤化工系统额定不间断运行、氢储能系统储能状态处于正常区间为约束，控制实现多能耦合系统内部气体合理分配。即在依据氢储能系统储能状态ESOC_S制定的优先级不同的三类情况下，分别就多能耦合系统内部气体可能出现的流动链路进行分析，以制得满足煤化工系统以额定功率运行时所需氢气的功率P_mhg和煤化工系统以额定功率运行时消耗氢气的流率N_mhg为基准，给出多能耦合系统气体分配控制方法。

技术领域

本发明涉及一种风电-氢储能与煤化工多能耦合系统的气体分配控制方法。

背景技术

在当今中国国民日益增强的健康观念和现实环境“霾影重重”的严峻背景下，国家发改委和能源局在“十三五”规划中将煤炭的清洁高效利用与储能技术、可再生能源研究等一同定为能源发展八大重点工程，以此致力于实现“北煤南运、西煤东调”的总体战略性布局。借此，提出利用氢清洁储能，重组并发挥我国新疆等北部地区兼备风、煤资源的优势，消除风电大规模并网消纳瓶颈，提升煤基化工产业的环境友好度，在切实实现煤炭优化目标的同时，利用煤、电辅助氢储能系统打破传统氢气存储与输送限局。在此过程中，如何依据风、氢、煤各子系统实际运行工况和需求，对多能耦合系统内部能量进行协调控制，是发挥各子系统优势，切实提升大规模风电并网消纳能力，优化储能工艺，改善煤化工工艺清洁度的重要环节。

现有的国内外研究主要致力于利用氢储能技术平滑电源功率波动，实现电力削峰填谷，提高系统备用容量。或避开风电上网的瓶颈问题，将煤化工产业作为非并网风电的一条消纳路径，间接提高风电利用率，减少弃风。在风、氢、煤集成系统控制研究方面，文献[袁铁江,段青熙,秦艳辉,等.风电–氢储能与煤化工多能耦合系统能量广域协调控制架构[J].高电压技术,2016,42(9):2748-2755.]基于分层递阶控制原理，对风电-氢储能与煤化工多能耦合系统广域协调控制方案进行了探讨。专利2015102890549提出了一种分散式接入电场的风-氢储能耦合系统控制方法，基于风电场实际出力与本地负荷差值，协同上级电网调度计划，以氢储能等效SOC状态为判断依据，给出了可弃风情况下，风-氢储能耦合系统的风电功率分配方法。专利2015105419016整合了氢、氧储气罐状态给出氢储能系统等效SOC状态，并以此为前提，详细讨论了风电-氢储能与煤化工多能耦合系统内电能需求情况，并以提高分散式风电消纳能力为目标，煤化工系统不间断稳定运行为约束，对系统内部电能分配进行控制研究。鉴于风电–氢储能与煤化工多能耦合系统内部存在化学能链路，因此，为保证多能耦合系统内部各子系统协调运行，还需基于上述电能分配控制方案，结合其内部电能与化学能的转换关系，对多能耦合系统内气体分配进行控制研究。

发明内容

为克服现有技术的缺点，完善上述多能耦合系统控制方法，本发明提出一种风电-氢储能与煤化工多能耦合系统的气体分配控制方法。

本发明基于由风力发电系统、氢储能系统、煤化工系统和电网构成的风电-氢储能与煤化工多能耦合系统，所述的氢储能系统由制氢、储氢的等效充电环节和氢氧燃料电池等效放电环节两部分组成。本发明基于该多能耦合系统的实际运行情况，以气体产、耗过程动态平衡为原则，以灵活调整优先级顺序为主导思想，以风电消纳最大化为目标，以煤化工系统额定不间断运行、氢储能系统储能状态处于正常区间为约束，协调控制多能耦合系统内部气体的流向和流量，实现多能耦合系统内部气体合理分配。

本发明的具体步骤为：

1、以制得满足煤化工系统以额定功率运行时所需氢气的功率P_mhg和煤化工系统以额定功率运行时消耗氢气的流率N_mhg为基准，依据氢储能系统储能状态ESOC_S划分氢储能系统控制区间，制定各区间内控制的优先级顺序，并据此给出风电出力用于电解水的功率公式