本發(fā)明涉及一種電-氫混合儲能優(yōu)化配置方法，屬于儲能規(guī)劃。

背景技術(shù)：

1、隨著清潔能源建設(shè)工作的高速進(jìn)行，新型電力系統(tǒng)的源荷側(cè)不確定性給系統(tǒng)快速平衡帶來了較大挑戰(zhàn)，新能源就地就近消納需得到充分保障。儲能技術(shù)由于具有時空平移特性，可以配合調(diào)度指令實(shí)現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻、電能質(zhì)量治理等，因此是可促進(jìn)分布式電源就地消納的典型靈活性可調(diào)節(jié)資源。按充放電性能特征，儲能技術(shù)通?？煞譃楣β市秃湍芰啃蛢δ埽Ｒ姷碾娀瘜W(xué)儲能，其功率密度高、響應(yīng)速度快，因此可執(zhí)行短時間尺度的調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，但是卻存在明顯的儲能容量、充放周期受限的問題。

2、氫能作為一種清潔、高熱值的二次能源，它的發(fā)展可加速推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通領(lǐng)域的低碳化。氫儲能對比電化學(xué)儲能，具備能量密度、充放周期及儲能容量上的優(yōu)勢?？紤]電解水制氫應(yīng)用，由電解槽和燃料電池共同組成的氫儲能系統(tǒng)，將與電化學(xué)儲能形成良好的功率密度互補(bǔ)關(guān)系，可共同形成更長時間尺度范圍的充放策略。

3、目前，混合儲能系統(tǒng)領(lǐng)域已展開的研究，通常在固定的目標(biāo)功率下基于分頻補(bǔ)償算法進(jìn)行混合儲能功率分配，但是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(emd)算法所求得的原始數(shù)據(jù)包絡(luò)線無法將所有數(shù)據(jù)點(diǎn)嚴(yán)密包裹，以此包絡(luò)線求取的均值曲線存在較大偏差，從而易導(dǎo)致過度篩選以及模態(tài)混疊效應(yīng)。此外，仍鮮見混合儲能與電解槽進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化決策的研究，且現(xiàn)有研究對氫儲能和電化學(xué)儲能的運(yùn)行的互補(bǔ)特性仍考慮不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種電-氫混合儲能優(yōu)化配置方法，能夠精確分解和重構(gòu)風(fēng)電功率信號的高、低頻分量，并且結(jié)合電解槽的運(yùn)行特性的互補(bǔ)機(jī)制，得到具有風(fēng)電波動平抑優(yōu)勢的電-氫混合儲能優(yōu)化配置結(jié)果，提高電儲能和氫儲能的利用率和耦合程度，為地區(qū)儲能規(guī)劃提供參考。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種電-氫混合儲能優(yōu)化配置方法，包括：

4、獲取風(fēng)電功率信號，對所述風(fēng)電功率信號進(jìn)行分解，得到風(fēng)電功率信號的分解結(jié)果；

5、對所述分解結(jié)果進(jìn)行重構(gòu)得到風(fēng)電功率的直接并網(wǎng)分量和儲能平抑分量；

6、基于風(fēng)電功率的直接并網(wǎng)分量和儲能平抑分量，以風(fēng)電功率儲能平抑和混合儲能系統(tǒng)綜合成本最低為目標(biāo)，建立電-氫混合儲能容量配置模型，并確定所述電-氫混合儲能容量配置模型的運(yùn)行優(yōu)化約束集，得到電-氫混合儲能優(yōu)化配置策略；

7、根據(jù)電解槽運(yùn)行特性，設(shè)置電-氫混合儲能的互補(bǔ)機(jī)制；

8、基于電-氫混合儲能優(yōu)化配置策略和所述互補(bǔ)機(jī)制，對風(fēng)電場系統(tǒng)進(jìn)行時序模擬仿真得到模擬仿真結(jié)果，并根據(jù)模擬仿真結(jié)果和互補(bǔ)機(jī)制計(jì)算電儲能利用率和氫儲能利用率；

9、結(jié)合模擬仿真結(jié)果和電儲能利用率和氫儲能利用率，得到電-氫混合儲能優(yōu)化配置結(jié)果。

10、可選的，獲取風(fēng)電功率信號，對所述風(fēng)電功率信號進(jìn)行分解，得到風(fēng)電功率信號的分解結(jié)果，包括：

11、s11：獲取風(fēng)電功率數(shù)據(jù)；

12、s12：基于風(fēng)電功率數(shù)據(jù)得到風(fēng)電功率曲線；

13、s13：基于風(fēng)電功率曲線，得到零極值點(diǎn)序列和風(fēng)電功率包絡(luò)線；其中，零極值點(diǎn)序列包括風(fēng)電功率曲線上的按時間順序排列的所有功率極值點(diǎn)和零點(diǎn)；

14、s14：基于所述零極值點(diǎn)序列構(gòu)建多個領(lǐng)域，并利用積分中值定理得到各領(lǐng)域均值，構(gòu)成領(lǐng)域均值序列；

15、s15：對領(lǐng)域均值序列中的相鄰領(lǐng)域均值進(jìn)行加權(quán)平均處理，得到多個局部均值，構(gòu)成局部均值序列；

16、s16：對局部均值序列進(jìn)行三次樣條插值擬合成局部均值曲線；

17、s17：基于局部均值曲線和風(fēng)電功率數(shù)據(jù)的上下包絡(luò)線，計(jì)算風(fēng)電功率的時序值與局部均值的功率差值，得到差值序列；

18、s18：若滿足預(yù)設(shè)條件，則將功率差值作為風(fēng)電功率信號的一階高頻分量，并基于一階高頻分量得到風(fēng)電功率信號的分解結(jié)果，所述分解結(jié)果包括n階imf分量和殘余分量；

19、若不滿足預(yù)設(shè)條件，則令風(fēng)電功率數(shù)據(jù)更新為差值序列，重復(fù)步驟s12至s17，直到滿足預(yù)設(shè)條件；所述預(yù)設(shè)條件為風(fēng)電功率包絡(luò)線的上下時序均值為0，且風(fēng)電功率曲線的極值點(diǎn)與零點(diǎn)之間數(shù)量差小于1。

20、可選的，對所述分解結(jié)果進(jìn)行重構(gòu)得到風(fēng)電功率直接并網(wǎng)的低頻分量和儲能平抑的高頻分量，包括：

21、將各階imf分量從高頻到低頻按序相加，得到n+1階風(fēng)電功率高頻重構(gòu)分量，公式如下：

22、

23、其中：fh(n)表示第n階高頻重構(gòu)分量；res為殘余分量；imfi至imfn表示從高頻到低頻的n階imf分量；

24、將各階imf分量從低頻到高頻按序相加，得到n+1階風(fēng)電功率低頻重構(gòu)分量，公式如下：

25、

26、其中：fl(n)表示第n階低頻重構(gòu)分量；imfn至imf1表示從低頻到高頻的n階imf分量；

27、判斷fl(k)的最大波動量是否滿足風(fēng)電并網(wǎng)波動量限值，其中，fl(k)表示第k階低頻重構(gòu)分量，k∈n+1；

28、若滿足限值，則判斷fl(k)是否為最低階低頻重構(gòu)分量；

29、若fl(k)為最低階低頻重構(gòu)分量，則n+1階風(fēng)電功率低頻重構(gòu)分量中無直接并網(wǎng)分量，全部作為儲能平抑分量；

30、若fl(k)不為最低階低頻重構(gòu)分量，則將fl(k-1)作為直接并網(wǎng)分量，fh(k-1)作為儲能平抑分量，其中，fh(k-1)表示第k-1階高頻重構(gòu)分量；

31、其中，最低階低頻重構(gòu)分量的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：分量包絡(luò)線上下時序均值為0，且分量功率曲線的極值點(diǎn)和零點(diǎn)數(shù)之差小于1；若不滿足判斷標(biāo)準(zhǔn)，fl(k)為最低階低頻重構(gòu)分量，若滿足判斷標(biāo)準(zhǔn)則不為最低階低頻重構(gòu)分量。

32、可選的，所述以風(fēng)電功率儲能平抑和混合儲能系統(tǒng)綜合成本最低為目標(biāo)，建立電-氫混合儲能容量配置模型，其中，模型的目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式如下：

33、min?c＝cb+ches+cw

34、其中，c表示年綜合成本；cb表示電儲能成本；ches表示氫儲能成本；cw表示風(fēng)電功率波動機(jī)會補(bǔ)償成本；

35、風(fēng)電功率波動機(jī)會補(bǔ)償成本，用于因補(bǔ)償不足而額外增加的系統(tǒng)運(yùn)行成本，表達(dá)式如下：

36、

37、其中，cw為補(bǔ)償成本系數(shù)，pp-unc,n和pn-unc,n為分別表示n時刻正向欠補(bǔ)償量和負(fù)向欠補(bǔ)償量；ns表示從開始0時刻到n＝1時刻的采樣的點(diǎn)數(shù)；

38、電儲能成本和氫儲能成本的表達(dá)式如下：

39、

40、其中，和分別表示電儲能的規(guī)劃成本和運(yùn)維成本；和分別表示氫儲能的規(guī)劃成本和運(yùn)維成本；

41、電儲能的規(guī)劃成本和運(yùn)維成本的表達(dá)式分別如下：

42、

43、氫儲能的規(guī)劃成本和運(yùn)維成本的表達(dá)式分別如下：

44、

45、其中，分別電化學(xué)儲能功率成本系數(shù)、電化學(xué)儲能容量成本系數(shù)、電解槽成本系數(shù)、燃料電池成本系數(shù)、儲氫罐成本系數(shù)成本系數(shù)；和分別表示電儲能額定功率和額定容量；a、b為運(yùn)維成本占比率；r為貼現(xiàn)率，y為混合儲能系統(tǒng)運(yùn)行周期。

46、可選的，所述運(yùn)行優(yōu)化約束集，包括：

47、1)電儲能充放電約束

48、表達(dá)式如下：

49、

50、eb(1)＝eb(ts)

51、σb,c,t＝1-σb,d,t

52、σb,c,t∈{0,1},σb,d,t∈{0,1}

53、其中，eb,t表示t時刻電儲能的容量；σb,c,t和σb,d,t分別表示t時刻電儲能充電狀態(tài)和放電狀態(tài)，均為0-1的變量；ts表示一個充/放電周期總時段數(shù)；和分別表示δt時間內(nèi)電儲能的充/放電總能量；表示電儲能極限容量；

54、2)功率平衡約束

55、考慮混合儲能功率任務(wù)分為正向波動和負(fù)向波動兩個部分，當(dāng)正向波動時，需要電儲能充電或電解槽啟動以吸收波動，當(dāng)負(fù)向波動時，需要電儲能放電或燃料電池啟動以補(bǔ)償，表達(dá)式如下：

56、

57、其中，phess,t表示t時刻混合儲能功率任務(wù)；和分別表示t時刻電解槽和燃料電池的運(yùn)行功率；和分別表示t時刻電儲能充電功率和放電功功率；pel,min和pfc,min分別表示電解槽和燃料電池的最低運(yùn)行功率；和別表示電解槽和燃料電池的額定功率；

58、3)儲能狀態(tài)約束

59、表達(dá)式如下：

60、

61、其中，表示t時刻儲氫狀態(tài)；和分別表示t時刻儲氫罐進(jìn)氣量和出氣量；表示儲氫罐最大儲氫量；和分別表示儲氫狀態(tài)上下限；aht,t表示t時刻氫罐內(nèi)儲氫量；aht,max表示氫罐最大儲氫量；

62、4)儲氫罐壓強(qiáng)約束

63、表達(dá)式如下：

64、

65、其中，pht,t表示儲氫罐t時刻的壓強(qiáng)；mht,t表示儲氫罐t時刻儲氫量；r表示氣體常量；tht表示儲氫罐溫度；vht表示儲氫罐容量；和分別表示儲氫罐最小壓強(qiáng)和額定壓強(qiáng)。

66、可選的，所述根據(jù)電解槽運(yùn)行特性，設(shè)置電-氫混合儲能的互補(bǔ)機(jī)制，包括：

67、所述電解槽運(yùn)行特性包括可長時間低功率運(yùn)行的電解槽和不可長時間低功率運(yùn)行的電解槽；

68、對可長時間低功率運(yùn)行的電解槽，設(shè)置氫儲能和電儲能執(zhí)行的第一互補(bǔ)機(jī)制；

69、對不可長時間低功率運(yùn)行的電解槽，設(shè)置氫儲能和電儲能執(zhí)行的第二互補(bǔ)機(jī)制。

70、可選的，所述第一互補(bǔ)機(jī)制包括：充電階段，當(dāng)soc∈[socmax,1]時，啟動電解槽將電能轉(zhuǎn)化為氫能進(jìn)行存儲，當(dāng)soc∈[0,socmax]時，啟動電儲能進(jìn)行充電；放電階段，當(dāng)soc∈[0,socmin]時，啟動燃料電池為電儲能充電，當(dāng)soc∈[socmax,1]時，啟動電儲能為電解槽供電；

71、其中，soc表示電儲能設(shè)備當(dāng)前電荷狀態(tài)；socmax表示電儲能設(shè)備最大電荷狀態(tài)；socmin表示電儲能設(shè)備最小電荷狀態(tài)；socel表示電儲能是否根據(jù)電解槽狀態(tài)而動作的臨界荷電狀態(tài)；socfc為燃料電池是否根據(jù)電儲能狀態(tài)而動作的臨界荷電狀態(tài)；σel與σb分別表示電解槽和電儲能運(yùn)行狀態(tài)。

72、可選的，所述第二互補(bǔ)機(jī)制包括：充電階段，當(dāng)soc∈[socel,1]且σel＝0時，啟動電解槽將電能轉(zhuǎn)化為氫能進(jìn)行存儲，當(dāng)soc∈[0,socel]時，啟動電儲能進(jìn)行充電；放電階段，當(dāng)soc∈[0,socfc]時，啟動燃料電池為電儲能充電，當(dāng)soc∈[socmin,socel]且σb＝0時，啟動電儲能為電解槽供電；

73、可選的，所述基于電-氫混合儲能優(yōu)化配置策略和所述互補(bǔ)機(jī)制，對風(fēng)電場系統(tǒng)進(jìn)行時序模擬仿真得到模擬仿真結(jié)果，并根據(jù)模擬仿真結(jié)果和互補(bǔ)機(jī)制計(jì)算電儲能利用率和氫儲能利用率，包括：

74、利用電-氫混合儲能優(yōu)化配置策略，對風(fēng)電場系統(tǒng)進(jìn)行時序模擬仿真，得到風(fēng)電場系統(tǒng)的模擬仿真結(jié)果；所述模擬仿真結(jié)果包括：電儲能和氫儲能的充/放策略；

75、基于模擬仿真結(jié)果分別獲取電/氫儲能充能的起始時刻和充能的持續(xù)時間；

76、獲取預(yù)先設(shè)定的電/氫儲能最大儲存能量；

77、結(jié)合電/氫儲能的最大儲存能量、電/氫儲能充能的起始時刻和充能的持續(xù)時間，以及互補(bǔ)機(jī)制，分別計(jì)算電儲能利用率和氫儲能利用率，利用率的計(jì)算公式如下：

78、

79、θ∈ωθ

80、其中，γθ表示采取互補(bǔ)機(jī)制θ的電/氫儲能利用率；θ∈ωθ表示θ屬于互補(bǔ)機(jī)制策略集ωθ，ωθ包括第一互補(bǔ)機(jī)制和第二互補(bǔ)機(jī)制；t′表示電/氫儲能充能的起始時刻；yt表示電/氫儲能充能持續(xù)時間；表示設(shè)定的電/氫儲能最大儲存能量。

81、可選的，根據(jù)電儲能利用率和氫儲能利用率，得到電-氫混合儲能優(yōu)化配置結(jié)果，包括：

82、獲取設(shè)定的電儲能合理利用率閾值和氫儲能合理利用率閾值；

83、根據(jù)電儲能利用率和氫儲能利用率，判斷電儲能和氫儲能的充/放策略是否符合利用率條件，得到符合利用率條件的電儲能和氫儲能的充/放策略；其中，符合利用率條件包括：電儲能利用率超過電儲能合理利用率閾值，氫儲能利用率超過氫儲能合理利用率閾值；

84、基于符合利用率條件的電儲能和氫儲能的充/放策略，得到風(fēng)電場系統(tǒng)電-氫混合儲能優(yōu)化配置結(jié)果。

85、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

86、本發(fā)明提出的電-氫混合儲能優(yōu)化配置方法，基于風(fēng)電功率信號的分解結(jié)果，對分解結(jié)果進(jìn)行重構(gòu)、區(qū)分為直接并網(wǎng)量及儲能平抑分量；以風(fēng)電功率儲能平抑和混合儲能系統(tǒng)綜合成本最低為目標(biāo)，得到電-氫混合儲能優(yōu)化配置策略，并結(jié)合電解槽運(yùn)行特性設(shè)置的電-氫混合儲能互補(bǔ)機(jī)制，得到電-氫混合儲能利用率；根據(jù)利用率篩選得出電-氫混合儲能優(yōu)化配置結(jié)果。本發(fā)明能夠精確分解和重構(gòu)風(fēng)電功率信號的高、低頻分量，并且結(jié)合電解槽的運(yùn)行特性的互補(bǔ)機(jī)制，得到具有風(fēng)電波動平抑優(yōu)勢的電-氫混合儲能優(yōu)化配置結(jié)果，提高電儲能和氫儲能的利用率和耦合程度，為地區(qū)儲能規(guī)劃提供參考，提高了儲能配置經(jīng)濟(jì)性。

87、本發(fā)明相較于傳統(tǒng)emd分解策略，提出almemd分解算法(自適應(yīng)局部均值的emd分解算法)運(yùn)用到全部極值點(diǎn)和零點(diǎn)間的數(shù)據(jù)作為局部特征尺度，因此求得的局部均值更接近理想均值，提高風(fēng)電功率信號的分解結(jié)果的可靠性；

88、本發(fā)明考慮電解槽的長時間運(yùn)行特性，以電儲能soc狀態(tài)為參考值，提出了兩種電-氫混合儲能互補(bǔ)機(jī)制，提高了電儲能和氫儲能的利用率和耦合程度；

89、本發(fā)明以風(fēng)電功率儲能平抑和混合儲能系統(tǒng)綜合成本最低為目標(biāo)，建立電-氫混合儲能容量配置模型，通過計(jì)算風(fēng)電功率波動機(jī)會補(bǔ)償成本，將儲能對風(fēng)電的平抑效果以經(jīng)濟(jì)系數(shù)形式量化體現(xiàn)，更便于反映電-氫混合儲能相較于單一電儲能的風(fēng)電波動平抑優(yōu)勢。