[发明专利]孤岛多能互补电-气耦合系统能量优化调度方法

说明书

本发明是一种孤岛多能互补电‑气耦合系统能量优化调度方法，其特点是，包括搭建风‑光‑柴‑气‑储孤岛多能互补电‑气耦合系统；建立以经济性为优化目标的目标函数，通过粒子群算法求解模型；构建以最大化调度系统收益为优化目标的目标函数，考虑售电、售气收益，各发电机组、电转气系统和储能系统的运行维护成本，分布式能源抛弃惩罚成本及柴油发电机污染治理成本；最终实现消纳分布式能源出力冗余，降低弃风率和弃光率的目标，同时燃料电池和燃气轮机的协调出力，还能有效提高分布式能源渗透率，降低柴油发电机渗透率，稳定的CH₄供应解决了居民生活用气问题。具有方法科学、安全稳定、合理高效、经济环保等优点。

技术领域

本发明涉及通过电转气技术消纳分布式能源出力冗余领域，尤其涉及一种孤岛多能互补电-气耦合系统能量优化调度方法。

背景技术

山区、海岛、边境和极地地区存在大量的居民聚居区和科研场所，由于这些中小型生活区远离城市，因此形成了众多的供电孤岛。现有技术多采用离网的模式来解决这些地区的供配电问题。离网模式下的孤岛微电网供配电系统通常包括以柴油发电机为代表的传统能源发电机组，和以风机、光伏为代表的新型清洁能源。柴油发电机组不易受外界干扰，供能稳定，但其运行成本过高，且会造成严重的大气和噪声污染，不符合当下节能减排、倡导绿色能源的发展背景，因此其渗透率正在逐渐被降低。以风能、光能为代表的分布式电源具有优良的安全性、环保性、灵活性，且对环境污染较小，但其受风速、光照因素影响较大，具有很强的随机性和时变性，这就导致了分布式能源出力具有很强的不可预测性，直接造成了大量的弃风和弃光，因此分布式能源渗透率难以提高。

目前，在针对消纳分布式能源出力冗余，降低弃风率、弃光率的研究中，较为常用的方法就是引入电转气技术，即P2G技术，将风机和光伏的出力冗余转化为H₂和CH₄，并将气体供给发电机组发电、存储到储气罐或直接混合注入到天然气网络。这在降低弃风、弃光率的同时，还提高了分布式能源的渗透率，提高了供能系统的多样性、灵活性和响应速度。

在实现系统内部以经济性、环保性为目标的协调优化调度研究中，大多数研究采用集中调度的方法，即综合考虑系统内各模块的约束条件，将环保性转化为经济性指标，统一建立以经济性为优化目标的调度模型，并采用求解器或优化算法求解该模型，最终求得系统优化调度策略。

采用上述电转气技术和建模方法的优化调度研究比较成熟，但是依然存在下述问题：

(1)在关于电转气技术和电力网络协调优化的研究中，大多是在调度的层面对各发电模块出力进行了展开讨论，而充分考虑到电转气产物H₂和CH₄的热值、安全性、稳定性，并详细阐述电转气产物在促进电-气耦合网络研究中的具体参与过程的讨论则较少；

(2)在大多数引入电转气技术的研究中，仅仅对电转气产物之一的作用路线进行了详细阐述，而未同时对H₂和CH₄二者在同一系统内同台协调出力展开详细研究；

(3)在引入电转气技术的关于多能互补的电-气耦合网络优化调度研究中，电转气的第二个过程，即氢气甲烷化过程中，大多未对CO₂的来源详细交代，未对碳捕集和直接空气捕捉技术进行建模分析。

发明内容

本发明的目的是，为克服现有技术的不足，对H2和CH4同台协调出力过程路线进行科学分析，对引入电转气技术的孤岛多能互补的电-气耦合系统能量实施优化，对建模方式进行实质性改进和创新，为孤岛地区提供一种安全稳定、合理高效、经济环保的孤岛多能互补电- 气耦合系统能量优化调度方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种孤岛多能互补电-气耦合系统能量优化调度方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)搭建风-光-柴-气-储孤岛多能互补的电-气耦合系统，包括：