[发明专利]风电-制氢系统在市场机制下收益最大化的运行方法

说明书

本发明提供一种风电‑制氢系统在市场机制下收益最大化的运行方法,基于风电‑制氢系统出力数学模型构建了风电‑制氢系统在市场中随风电、氢气价格动态波动情况下的实时收益数学模型，并引入风电转换系数定量地耦合了风力发电系统与制氢系统；进一步，综合地考虑了风电出力数据和价格数据之间的不确定性关联关系，通过深度确定性梯度策略算法体现了风电历史出力数据和价格数据概率的特性，从而实现了风电‑制氢系统实时优化运行。本发明从风电和氢气市场价格角度出发，以总体收益最大化为优化目标，利用深度确定性梯度策略算法动态实时优化运行，具有总收益更高、风电外输稳定性好、运行智能化程度高的有益效果。

技术领域

本发明涉及新能源开发与利用技术领域，具体公开了一种风电-制氢系统在市场机制下收益最大化的运行方法。

背景技术

风能的开发利用是全球能源结构调整与转型的重大措施。据国家能源局统计，截至2019年底，全国风电累计装机2.1亿千瓦，其中陆上风电累计装机2.04亿千瓦、海上风电累计装机593万千瓦，风电装机占全部发电装机的10.4％。由于风力发电输出曲线与负荷需求曲线在时间和空间上存在差异，严重制约了风电规模化消纳，导致弃风量高居不下，仅2019年，弃风电量高达169亿千瓦，平均弃风率4％。目前技术中，采用风电-制氢技术有助于对风电的规模化消纳，可实现100％清洁能源综合利用，采用质子交换膜的电解质制氢技术，其转化效率大于85％，制氢纯度可达99.99％。然而，在新一轮电力市场改革背景下，如何使得风电-制氢系统在电力市场与氢气市场中收益最大化，还亟待解决。

现有技术中，为了克服大量风电难以有效消纳的弃风问题，人们采用风电制氢技术充分利用多余的风电获取氢气，并将氢气在市场售卖，以得到更多的收益。然而，由于电价和氢气价格会随着外界因素影响呈现实时动态交替升降，致使现有技术采用的手段无法满足风电-制氢系统获取总收益最大化的目标，也就是说风电是直接卖掉获取利益多还是辅助制氢获取利益多实际上是动态实时变化的(不需要弃风的时候也有可能会让风电辅助制氢售卖)。而且，即使风电价格低于氢气价格，但由于氢气转化量有最大限制，所以部分风电也不得不直接售卖。因此需要提供一种技术手段可以实时自动优化风电-制氢系统总收益目标，使得风电-制氢系统获得的市场价值最大化。

发明内容

由于风力发电中心离负荷中心太远，风电无法得到有效消纳，现有技术中，人们采取利用风电制氢的技术有效利用多余的风能，从而大大提高了风电系统的收益。然而，在现有技术中人们并没有考虑风电上网价格和氢气市场价格存在动态交替上下波动的因素，从而存在风电价格低于氢气价格时并未能获得最高效益的不足。为了解决以上问题，本发明风电-制氢系统在市场机制下收益最大化的运行方法提供的技术方案如下：

风电-制氢系统由风电场、电力市场、电解槽、储气罐以及氢气市场组成，其特点在于，使得该系统收益最大化的方法包括以下步骤。

S1，构造风电-制氢系统出力数学模型：

1)构造风电系统在不同风速下的等效出力数学模型如下，

其中，t表示当前时刻，p_WT,t为风电场等效出力，v_WT,t为t时刻的风速，v_ci为风电场最小允许投入风速，p_e为风电场额定出力，v_e为额定运行风速，v_co为风电场最大允许运行风速。

2)构造制氢系统的数学模型：

其中，p_WT2HG,t表示t时刻电解制氢消耗的风电，β_t表示t时刻风电-制氢转换率，N_EL,t表示t时刻电解槽产生的氢气，η^c为压缩系数，ΔT为时间常数，U_EL为电解槽工作电压，F_c为法拉第常量。