[发明专利]一种基于模型预测控制的电氢耦合系统功率调控方法

说明书

本发明的一种基于模型预测控制的电氢耦合系统功率调控方法,其特点是，包括构建电氢耦合系统状态空间模型和对基于模型预测控制的电氢耦合系统功率调控求解，具有较强的鲁棒性、稳定性和适应性，能够通过对电氢耦合系统功率调控使电氢耦合系统功率在线实时滚动优化，提高电氢耦合系统的稳定性和利用率；且能够对可再生氢耦合多能系统的优化运行深入研究与商业化应用具有一定的指导意义。

技术领域

本发明涉及综合能源利用技术领域，是一种基于模型预测控制的电氢耦合系统功率调控方法。

背景技术

现有技术对电氢耦合系统的功率调控通常采用状态控制方法，为了尽可能多的利用新能源以及满足负荷用电需求，确保各储能装置安全运行，根据不同工况下的运行模式及系统功率平衡，提出相应的功率调控策略。现有的状态控制方法未对系统功率平衡进行优化处理。

发明内容

本发明的构思基础是，模型预测控制是处理约束系统控制问题的最有效方法之一，具有较好在线优化动态控制性能，能够预测未来一段时间内的系统动态，从而进行相应的调整与控制，具有较强的鲁棒性。

本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种稳定性好，适应性强，具有较高的实际应用价值，能够提高系统鲁棒性和氢系统利用率的基于模型预测控制的电氢耦合系统功率调控方法。此方法适用于风光氢综合能源离/并网运行、能量管理分析、系统功率调度和运行分配的研究。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于模型预测控制的电氢耦合系统功率调控方法,其特征是，它包括以下内容：

1)构建电氢耦合系统状态空间模型

①电氢耦合系统功率平衡方程为：

P_wind+P_pv-P_fc+P_bat＝P_el+P_load (1)

其中：P_wind为风机功率，P_pv为光伏功率，P_fc为燃料电池功率，P_bat为蓄电池功率，P_el为电解槽功率，P_load为负荷功率；

②电氢耦合系统净功率和可控能源产生的功率方程为：

其中：P_net为净功率，P_gen为可控能源产生的功率，P_wind为风机功率，P_pv为光伏功率，P_fc为燃料电池功率，P_bat为蓄电池功率，P_el为电解槽功率，P_load为负荷功率；

③氢压力变化率方程为：

其中：p_sto为储氢罐压力，t为时间，为氢压力对时间t的导数，R为气体常数，T_sto为储氢罐温度，V_sto为储氢罐体积，P_fc为燃料电池功率，η_F为法拉第效率，P_el为电解槽功率，N_el为电解槽串联模块个数，z为每次反应电子转移数，F为法拉第常数，N_fc为燃料电池模块个数，u_el为电解槽电压，u_fc为燃料电池电压；

④蓄电池荷电状态变化率方程为：