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申请/专利权人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院

摘要：本发明为一种基于滞环的电‑氢储能微电网功率分配方法，属于混合储能领域，针对现有技术存在电解槽和燃料电池频繁启停成本较高、可靠性低的问题，提供一种基于滞环的电‑氢储能微电网功率分配方法，包括：构建微电网；采集风力发电模块、光伏发电模块、负荷模块的功率以及锂电池、燃料电池、碱性电解槽、PEM电解槽的荷电状态；将当前时刻的风力发电模块和光伏发电模块的总功率与负荷模块的功率差值的正负作为判据，判断微电网处于储能模式或供电模式，分别处理不同模式下，PEM电解槽制氢功率和碱性电解槽制氢功率。通过选择合理的微电网结构以及功率分配模型，减少启停次数进而提高供电可靠性。

主权项：1.一种基于滞环的电-氢储能微电网功率分配方法，其特征在于，包括：步骤1，构建微电网，所述微电网包括与电网相连的风力发电模块、光伏发电模块、锂电池、负荷模块和氢气储能模块，所述氢气储能模块包括碱性电解槽、PEM电解槽、储氢罐和燃料电池；步骤2，采集构建的微电网中当前时刻的风力发电模块的功率、光伏发电模块的功率、负荷模块的功率以及上一时刻的锂电池荷电状态值SOCt-1；步骤3，分别获取锂电池允许的最大荷电状态SOCmax、最小荷电状态SOCmin，碱性电解槽、PEM电解槽启动的荷电状态SOCon,alk、SOCon,PEM，两电解槽均关闭的荷电状态SOCoff,elz，以及燃料电池启动荷电状态SOCon,fc、关闭荷电状态SOCoff,fc；步骤4，将当前时刻的风力发电模块和光伏发电模块的总功率与负荷模块的功率差值记为ΔP，ΔP≥0时判断微电网处于储能模式，并执行步骤5，ΔP＜0时判断微电网处于供电模式，并执行步骤6；步骤5，采用碱性电解槽启动的荷电状态SOCon,alk、PEM电解槽启动的荷电状态SOCon,PEM、两电解槽均关闭的荷电状态SOCoff,elz、燃料电池关闭荷电状态SOCoff,fc以及燃料电池启动荷电状态SOCon,fc，将锂电池允许的荷电状态的范围，即SOCmin~SOCmax从大到小分割成六个子范围，即SOCon,alk~SOCmax、SOCon,PEM~SOCon,alk、SOCoff,elz~SOCon,PEM、SOCoff,fc~SOCoff,elz、SOCon,fc~SOCoff,fc、SOCmin~SOCon,fc，具体过程为：步骤5.1，当采集到上一时刻锂电池的荷电状态值，处于碱性电解槽启动荷电状态与锂电池最大荷电状态之间时，即SOCon,alk＜SOCt-1≤SOCmax时，先判断上一时刻碱性电解槽是否启动；步骤5.1.1，若上一时刻碱性电解槽未启动，则先分配碱性电解槽的冷启动所需功率至碱性电解槽处，使碱性电解槽处于冷启动状态，随后执行第一功率分配模型；步骤5.1.2，若上一时刻碱性电解槽处于启动状态，再判断上一时刻PEM电解槽是否启动；步骤5.1.2.1，若上一时刻PEM电解槽处于关闭状态，则执行第二功率分配模型；步骤5.1.2.2，若上一时刻PEM电解槽处于启动状态，则执行第三功率分配模型；步骤5.2，当采集到上一时刻锂电池的荷电状态值，处于PEM电解槽启动荷电状态与碱性电解槽启动荷电状态之间时，即SOCon,PEM＜SOCt-1≤SOCon,alk时，先判断上一时刻碱性电解槽是否启动；步骤5.2.1，若上一时刻碱性电解槽处于启动状态，则执行第三功率分配模型；步骤5.2.2，若上一时刻碱性电解槽处于关闭状态，则执行第四功率分配模型；步骤5.3，当采集到上一时刻锂电池的荷电状态值，处于两电解槽均关闭的荷电状态与PEM电解槽启动荷电状态之间时，即SOCoff,elz＜SOCt-1≤SOCon,PEM时，先判断上一时刻碱性电解槽是否启动；步骤5.3.1，若上一时刻碱性电解槽处于启动状态，则执行第三功率分配模型；步骤5.3.2，若上一时刻碱性电解槽处于关闭状态，再判断上一时刻PEM电解槽是否处于启动状态；步骤5.3.2.1，若上一时刻PEM电解槽处于启动状态，则执行第四功率分配模型；步骤5.3.2.2，若上一时刻PEM电解槽处于关闭状态，则执行第五功率分配模型；步骤5.4，当采集到上一时刻锂电池的荷电状态值，处于燃料电池关闭荷电状态与两电解槽均关闭的荷电状态之间时，即SOCoff,fc＜SOCt-1≤SOCoff,elz时，则执行第五功率分配模型；步骤5.5，当采集到上一时刻锂电池的荷电状态值，处于燃料电池开启荷电状态与燃料电池燃料关闭荷电状态之间时，即SOCon,fc＜SOCt-1≤SOCoff,fc时，先判断上一时刻燃料电池是否启动；步骤5.5.1，若上一时刻燃料电池处于运行状态，则执行第六功率分配模型；步骤5.5.2，若上一时刻燃料电池未运行，则执行第五功率分配模型；步骤5.6，当采集到上一时刻锂电池的荷电状态值，处于锂电池最小荷电状态与燃料电池开启荷电状态之间时，即SOCmin＜SOCt-1≤SOCon,fc时，则执行第五功率分配模型；第一功率分配模型表述过程为：1当ΔP≤Pon,alk+Pmin,PEM，碱性电解槽以最小功率冷启动，但其制氢功率为0，PEM电解槽以最小运行功率制氢，即PPEM_1t=Pmin,PEM，此时锂电池充电，其充电功率Pbat,ch_1t=ΔP-Pon,alk+Pmin,PEM；PPEM_1t为第一功率分配模型下PEM电解槽的制氢功率，Palk_1为第一功率分配模型下碱性电解槽的制氢功率；Pon,alk为碱性电解槽启动的功率，Pmin,PEM为PEM电解槽最小工作功率；2当Pon,alk+Pmin,PEM＜ΔP≤Pon,alk+Pmax,PEM时，碱性电解槽以最小功率冷启动，但其制氢功率为0，此时PPEM_1t=ΔP-Pon,alk；Pmax,PEM为PEM电解槽最大工作功率3当Pon,alk+Pmax,PEM＜ΔP时，碱性电解槽以最小功率冷启动，但其制氢功率为0，此时PPEM_1t=Pmax,PEM，锂电池充电，其充电功率Pbat,ch_1t为minSOCmax-SOCt-1*Prated_bat，ΔP-Pon,alk+Pmax,PEM，锂电池充满后的多余功率记为弃风弃光功率；Prated_bat为锂电池额定容量；第二功率分配模型表述过程为：1当ΔP≤Pon,alk时，Palk_2t=Pon,alk，此时锂电池充电功率Pbat,ch_2t=ΔP-Pon,alk；2当Pon,alk＜ΔP≤Pmax,alk时，Palk_2t=ΔP；3当Pmax,alk＜ΔP≤Pmax,alk+Pmin,PEM时，Palk_2t=Pmax,alk，PPEM_2t=0，剩余功率给锂电池充电，即此模型下锂电池充电功率Pbat,ch_2t=ΔP-Pmax,alk；4当Pmax,alk+Pmin,PEM＜ΔP≤Pmax,alk+Pmax,PEM时，Palk_2t=Pmax,alk，PEM电解槽以剩余功率制氢，即PPEM_2t=ΔP-Pmax,alk；5当Pmax,alk+Pmax,PEM＜ΔP时，碱性电解槽和PEM电解槽都以各自最大运行功率制氢，即Palk_2t=Pmax,alk，PPEM_2t=Pmax,PEM，此时锂电池充电功率Pbat,ch_2t=minSOCmax-SOCt-1*Prated_bat，ΔP-Pmax,alk+Pmax,PEM，记锂电池充满后的多余功率记为弃风弃光功率；PPEM_2t为第二功率分配模型下PEM电解槽的制氢功率，Palk_2t为第二功率分配模型下碱性电解槽的制氢功率，Pmax,alk为碱性电解槽最大工作功率；第三功率分配模型表述过程为：1当ΔP≤Pon,alk+Pmin,PEM时，Palk_3t=Pon,alk，PPEM_3t=Pmin,PEM，此时锂电池充电功率Pbat,ch_3t=ΔP-Pon,alk+Pmin,PEM；2当Pon,alk+Pmin,PEM＜ΔP≤Pon,alk+Pmax,PEM时，碱性电解槽以最小功率冷制氢Palk_3t=Pon,alk，PEM电解槽以剩余的功率制氢，即此时PPEM_3t=ΔP-Pon,alk；3当Pon,alk+Pmax,PEM＜ΔP≤Pmax,alk+Pmax,PEM时，PEM电解槽以最大功率冷制氢PPEM_3t=Pmax,PEM，碱性电解槽以剩余的功率制氢Palk_3t=ΔP-Pmax,PEM；4当Pmax,alk+Pmax,PEM＜ΔP时，碱性电解槽和PEM电解槽以各自最大运行功率制氢，PPEM_3t=Pmax,PEM，Palk_3t=Pmax,alk，此时锂电池充电功率为Pbat,ch_3t=minSOCmax-SOCt-1*Prated_bat，ΔP-Pmax,alk+Pmax,PEM充电，锂电池充满后的多余功率记为弃风弃光功率；PPEM_3t为第三功率分配模型下PEM电解槽的制氢功率，Palk_3t为第三功率分配模型下碱性电解槽的制氢功率，Pon,PEM为PEM电解槽启动的功率，Pmin,PEM为PEM电解槽最小工作功率，Pon,PEM数值与Pmin,PEM相等；第四功率分配模型表述过程为：1当ΔP≤Pmin.PEM时，PPEM_4t=Pon.PEM，此时锂电池充电功率Pbat,ch_4t=ΔP-Pon.PEM；2当Pmin.PEM＜ΔP≤Pmax.PEM时，PPEM_4t=ΔP；3当Pmax.PEM＜ΔP时，PPEM_4t=Pmax.PEM，锂电池充电，此时锂电池充电功率Pbat,ch_4t=minSOCmax-SOCt-1*Prated_bat，ΔP-Pmax,PEM，锂电池充满后的多余功率记为弃风弃光功率；PPEM_4t为第四功率分配模型下PEM电解槽的制氢功率，Palk_4t为第四功率分配模型下碱性电解槽的制氢功率；第五功率分配模型表述过程为：碱性和PEM电解槽都不运行，多余功率全给锂电池充电，锂电池充满后的多余功率记为弃风弃光功率；所述第六功率分配模型表达式为： （6）；式中：PPEM_6为第六功率分配模型下PEM电解槽的制氢功率，Palk_6为第六功率分配模型下碱性电解槽的制氢功率，Pfc_6为第六功率分配模型下燃料电池的工作功率，Pmin,fc为燃料电池的最小工作功率；步骤6，先判断锂电池剩余电能与-ΔP的大小，若锂电池剩余电能≥-ΔP，则采用两电解槽均处于关闭的荷电状态SOCoff,elz以及燃料电池关闭的荷电状态SOCoff,fc、开启的荷电状态SOCon,fc，将锂电池允许的荷电状态的范围从大到小分割成四个子范围，即SOCoff,elz~SOCmax、SOCoff,fc~SOCoff,elz、SOCon,fc~SOCoff,fc、SOCmin~SOCon,fc四个范围，根据上一时刻锂电池的荷电状态值落入四个子范围的位置、锂电池剩余电能以及上一时刻燃料电池的运行状态，设定锂电池和燃料电池的工作功率及PEM电解槽和碱性电解槽制氢功率；其中，锂电池剩余电能表达式为（SOCt-1-SOCmin*Prated,bat，Prated,bat表示锂电池的额定容量，SOCt-1为上一时刻锂电池的荷电状态值，SOCmin为锂电池允许的最小荷电状态；具体过程为：步骤6.1，当锂电池剩余电能≥-ΔP时，继续判断上一时刻锂电池荷电状态所处范围；当锂电池剩余电能＜-ΔP时，锂电池剩余电能全部用于供电，执行第七功率分配模型；步骤6.2，当上一时刻锂电池荷电状态处于两电解槽均关闭的荷电状态与锂电池最大荷电状态之间时，即SOCoff,elz＜SOCt-1≤SOCmax时，锂电池放电，燃料电池不运行；两电解槽工作状态与上一时刻相同，并以各自最小的制氢功率制氢；步骤6.3，当上一时刻锂电池荷电状态处于燃料电池关闭荷电状态与两电解槽均关闭的荷电状态之间时，即SOCoff,fc＜SOCt-1≤SOCoff,elz时，锂电池放电，其放电功率为-ΔP，燃料电池不运行；步骤6.4，当上一时刻锂电池荷电状态处于燃料电池开启荷电状态与燃料关闭荷电状态之间时，即SOCon,fc＜SOCt-1≤SOCoff,fc时，先判断上一时刻燃料电池运行状态；步骤6.4.1，若上一时刻燃料电池未运行，则锂电池放电，其放电功率为-ΔP，燃料电池不运行；步骤6.4.2，若上一时刻燃料电池运行，将当前时刻的剩余储氢与燃料电池最大功率两者的较小值记为P0，判断P0与-ΔP的大小；其中，当前时刻的剩余储氢为Phyt，Phyt=Phyt-1*ηeff,fc，Phyt-1表示上一时刻剩余储氢可以转换的功率，ηeff,fc表示燃料电池的效率；步骤6.4.2.1，当P0≤-ΔP时，燃料电池以P0大小运行，锂电池补上剩下的功率，以-P0+ΔP大小放电运行；步骤6.4.2.2，当P0＞-ΔP时，燃料电池以-ΔP大小运行，锂电池不运行；步骤6.5，当上一时刻锂电池荷电状态处于锂电池最小荷电状态与燃料电池开启荷电状态之间时，即SOCmin＜SOCt-1≤SOCon,fc时，判断P0与-ΔP的大小，当P0＞-ΔP时，执行过程同步骤6.4.2.2；当P0≤-ΔP时，执行过程同步骤6.4.2.1；第七功率分配模型表述过程为：先将-ΔP与锂电池所能提供的所有功率作差得到Preq,fc，即Preq,fc=-ΔP-（SOCt-1-SOCmin*Prated,bat；如果Preq,fc≥Phyt-1*ηeff,fc，此时燃料电池以Pfc_7t=minPmax,fc，Phyt-1*ηeff,fc的功率运行，LPS=1，Phyt=Phyt-1-Pfctηeff,fc，其中Phyt为当前时刻剩余储氢可以转换的功率，Phyt-1表示上一时刻剩余储氢可以转换的功率，ηeff,fc表示燃料电池的效率；如果Preq,fc＜Phyt-1*ηeff,fc，若Phyt-1*ηeff,fc≤Pmax,fc，则Pfc_7t=Preq,fc，该时刻LPS=0；若Phyt-1*ηeff,fc＞Pmax,fc，判断Preq,fc＜Pmax,fc时，Pfc_7t=Preq,fc，该时刻LPS=0，Phyt=Phyt-1-Pfctηeff,fc，判断Preq,fc≥Pmax,fc时，则Pfc_7t=Pmax,fc，该时刻LPS=1，Phyt=Phyt-1-Pfctηeff,fc其中Pfc_7t为第七功率分配模型下燃料电池的工作功率，Pmax,fc为燃料电池的最大工作功率；Preq,fc表示燃料电池需要提供的剩余功率。

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