[发明专利]风氢耦合发电系统各单元容量优化的方法

说明书

本发明公开了一种风氢耦合发电系统各单元容量优化的方法，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最大为目标，建立风氢耦合发电系统各单元容量优化模型，求解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。本发明能有效平抑风电场出力的波动，促进风电友好并网，同时联合优化，有利于整个工程社会效益的提升，能全局优化各单元的容量配置。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种风氢耦合发电系统各单元容量优化的方法。

背景技术

风电的间歇性导致风电场输出功率大幅度波动，将影响电网的电能质量(如电压波动、闪变、频率不稳定等)、调峰和备用容量，降低调度计划的可执行性，使得电网无法接纳风电场的输出功率，导致大量弃风。为了平稳风电波动，降低弃风概率，一些风电场采用“风火打捆”、“风储联合外送”、“风氢耦合发电”等方法。目前，对“风氢耦合发电”运行研究主要集中在经济可行性及技术方面，如氢系统和燃料电池的成本、效率，风资源不确定性等对耦合发电系统经济性的影响；技术方面主要是整个系统的构成、各类设备工作原理以及合适的设备类型。另外，一些研究成果也从经济性角度涉及对氢系统和燃料电池容量的配置。众所周知，风电场一般远离负荷中心，需要建设配套的远距离输电工程，将电能输送到负荷中心消纳，如果单考虑氢系统和燃料系统的容量配置，则有效的外送输电容量规划难以实现，或者太大而降低耦合系统经济性，或者太小造成严重的弃风。因为无论从经济性角度还是风电平稳化角度来看，风氢耦合发电系统外送输电容量、制氢系统以及燃料电池容量规划是一个有机的整体，单独规划不利于风氢系统各单元的协调，难以充分发挥系统中各“成员”的优势，不利于资源的优化配置。

现有的风氢耦合系统没有对其外送输电容量、氢系统及燃料电池功率配置联合优化，致使一个有机整体的可再生能源利用工程难以达到社会效益的最优化，也不利于风电的友好并网。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种综合考虑社会效益和平抑性的风氢耦合发电系统外送输电容量、氢系统容量(电解槽功率、压缩机功率、氢气存储设备容量)及燃料电池功率配置联合优化的方法，兼顾风氢耦合系统社会效益的同时，也对风电功率进行平抑，减少风电并网对电网运行的负面影响，为风电的有效利用提供一种新思路，有利于能源互联网的实施。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种风氢耦合发电系统各单元容量优化的方法，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。

进一步地，所述步骤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：