[发明专利]风氢耦合发电系统各单元容量优化的方法

权利要求书

1.一种风氢耦合发电系统各单元容量优化的方法，其特征在于，包括：

步骤S1：获取风电场出力时间序列；

步骤S2：以风氢耦合发电系统的社会效益最大和风电外送功率平抑合格率为目标，建立风氢耦合发电系统各单元容量优化模型，所述最大效益目标包括输电工程输电收益、售氢收益、风电场建设成本及运行维护成本、外送输电工程建设成本及运行维护成本、电解槽功率配置成本及运行维护成本、燃料电池功率配置成本及运行维护成本、压缩机配置成本及运行维护成本和氢气存储设备成本及运行维护成本，所述风氢耦合发电系统各单元容量包括风电并网输电容量、氢系统配置容量和燃料电池容量；

步骤S3：求解风氢耦合发电系统各单元容量，得到最优风氢耦合发电系统外送输电容量、电解槽功率、压缩机功率、氢气存储设备容量及燃料电池功率；

步骤S2具体包括：

步骤S21：用费用等年值法计算风电场建设成本c_WF，数学函数表述如下：

其中，n_w表示风电场的风机数量；c_w，one表示风电场单台风机成本；r表示贴现率；y_w表示风机寿命；

用费用等年值法计算外送输电工程建设成本、电解槽功率配置成本、燃料电池功率配置成本、压缩机配置成本和氢气存储设备配置成本，数学函数表述如下：

其中，c_L1、c_L2、c_PEM、c_FC、c_COM和c_STO分别表示单位长度单位容量输电工程成本、风电场升压变电站单位容量成本、电解槽单位功率成本、燃料电池单位功率成本、压缩机单位功率成本和氢气存储设备单位容量成本；F_T表示风电场升压变电站固定成本；P_L、P_PEM和P_FC分别表示外送输电工程容量、电解槽功率和燃料电池功率；P_COM表示压缩机功率；V_STO表示氢气存储设备的存储容量，y₁，y₂，...，y₆分别表示输电工程、风电场升压变电站、电解槽、燃料电池、压缩机和氢气存储设备的寿命；

风氢耦合发电系统一年销售电能E_S和弃风电能E_C表述如下：

其中，Δt为采样周期，表示第k个采样点电网能接纳的风氢耦合发电系统外送功率，T表示一年的样本数量；

第k个采样点的弃风功率用数学函数表述如下：

其中，表示第k个采样点电网能接纳的风氢耦合系统外送功率；P_w(k)表示第k个采样点风电场的实际出力，

风氢耦合发电系统社会效益的目标为：

maxf＝ρ_wE_S+ρ_hm_h-[C_WF+C_L(P_L)+C_P(P_PEM)+C_F(P_FC)+C_C(P_COM)+C_S(V_STO)+δ₁C_WF+δ₂C_L(P_L)+δ₃C_P(P_PEM)+δ₄C_F(P_FC)+δ₅C_C(V_COM)+δ₆C_S(V_STO)]

其中，ρ_w为电能的价格，ρ_h为氢气的价格，m_h为制氢的质量，δ₁～δ₆是相关设备的运行维护成本；

步骤S22：利用制氢系统和燃料电池系统对风电场外送功率进行平抑，以减小风电波动对电力系统的冲击，以每10min外送功率变化量是否超过风电场总装机容量的ζ倍作为波动合格的指标，并以此波动合格率最大为目标函数，数学函数表述如下：

其中，p表示风氢耦合发电系统外送功率的波动合格率；S_k表示风氢耦合发电系统外送功率在第k个采样点的值相对前一个采样点的波动量是否合格，1表示合格，0表示不合格；表示燃料电池出力在第k个采样点的值；ζ表示风氢耦合发电系统外送功率前后采样点值允许波动率；

步骤S23：约束条件包括功率平衡约束、风电转化为氢气的能耗平衡约束、氢气转化为电能的能耗平衡约束和氢气储量平衡约束。

2.根据权利要求1所述的风氢耦合发电系统各单元容量优化的方法，其特征在于，所述步骤S23具体包括：

每个时段功率平衡约束，数学函数表述如下：

其中，P_h(k)表示第k个采样点用于制氢消耗的风电功率；

风电转化为氢气的能耗平衡约束，数学函数表述如下：

其中，η_etg表示电转气的效率；H_HHV表示氢气高位热值；η_COM表示压缩机的效率；η_PEM表示电解槽的制氢效率；V_h(k)表示储存氢气的体积；

氢气转化为电能的能耗平衡约束，数学函数表述如下：

其中，表示燃料电池消耗的氢气体积，η_gte表示气转电的效率；

氢气储量平衡约束，数学函数表述如下：

其中，表示出售氢气的体积；

风氢耦合发电系统外送风电功率不高于外送输电工程容量，数学函数表述如下：