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申请/专利权人：国网新疆电力有限公司经济技术研究院

摘要：本发明公开了一种基于全面辅助服务和风功率长时波动的氢储能配置方法，涉及区域电网储能配置技术领域。本发明首先建立氢储能数学模型，然后结合全面辅助服务和风功率长时波动特性建立氢储能配置模型，再通过氢储能优化算法，全面计算出氢储能辅助服务后的综合收益，通过该优化配置方法有效提高了风电消纳率，减少了弃风弃光，获得更准确、更高的经济效益，提高了电网运行的经济性，适应当前可再生能源充分利用的大环境，对于风机接入电网实现更有效、更安全、更经济的利用提供了新的思路，适合在区域电网领域内大规模推广应用。

主权项：1.一种基于全面辅助服务和风功率长时波动的氢储能配置方法，其特征在于，通过如下步骤实现：S1：输入网络参数，输入典型周期的负荷PL,it、风电机组预测功率PW,it，t＝1,2,...,T，i＝1,2,....,N，T是风功率波动周期，N是网络节点数；S2：建立氢储能数学模型，包括电解槽、储氢罐和燃料电池模型；电解槽电解水制氢量计算公式如下：QE,it＝ηEPE,itξ1式中，QE,it是第t小时的制氢量，单位：kgNm3；ηE是电解槽效率；PE,it是电解槽第t小时的输入功率，单位：MW；ξ是消耗1kW·h的电能的制氢量，单位：kgkW·h；PE,it满足如下容量约束：PE,it≤PE,i2式中，PE,i是节点i电解槽容量；储氢罐储氢量的计算公式如下： 式中，QTank,it是第t小时储氢罐的储氢量，单位：kgNm3；PFC,it是燃料电池第t小时输出的功率，单位：kW；μ是燃料电池生产1kW·h电能所消耗的氢气量；ηFC是燃料电池的工作效率；ηTank是储氢罐的效率；QS,it是节点i的第t小时的售氢量；QTank,it和PFC,it同时满足容量约束：QTank,it≤QTank,i4PFC,it≤PFC,i5式中，QTank,i是第i个节点储氢罐容量；PFC,i是第i个节点燃料电池容量；燃料电池输出功率的计算公式如下：PFC,it＝ηFCQH,itμ6式中，QH,it是第t小时氢气的消耗量，单位：kgNm3；S3：建立全面辅助服务和风功率长时波动特性氢储能配置模型；氢储能配置综合收益目标函数如下：F＝maxFtf+Ftp+FH+FL-FEHP-FG7式中，Ftf是调峰辅助服务补偿收益；Ftp是调频辅助服务收益；FH是售氢收益；FL是输电线路缓建收益；FEHP是氢储能系统投资成本；FG为常规火电机组增发费用；①调峰辅助服务补偿收益Ftf：风电大发负荷低谷时，若要求火电机组降低最小技术出力调峰，此时火电机组以最小功率出力，消纳风电进行电解水，即为调峰功率： 式中，Ωtf是调峰时段集合；ctf为氢储能参与调峰单位功率补偿价格，单位：万元MWh；②调频辅助服务收益Ftp：氢储能参与调频辅助服务市场获得的补偿收益包括调频容量收益和调频里程补偿， 式中，ccap为调频容量补偿价格，单位：元MWh；cmil为调频里程出清价格，单位：元MWh；③售氢收益FH： 式中，cH为市场上的售氢价格，单位：元kg或元Nm3；④输电线路缓建收益FL：输电线路缓建收益是配置氢储能前的线路扩建等年值投资成本FLB减去配置氢储能后的线路扩建等年值投资成本FLA，计算公式如下： 式中，cjk为线路单位长度单位功率成本，单位：万元MW·km；ΔPB,jk为氢储能配置前线路ij输送的有功功率越限量，单位：MW；ΔPA,jk为氢储能配置后线路jk输送的有功功率越限量，单位：MW；Ljk为线路jk长度，单位：km；ΩLine为线路集合；λ是年利率；y是运行年限；在忽略线损的条件下，氢储能配置前电网满足功率平衡方程如下： 式中，PGB,it是氢储能配置前常规火电机组输出功率；PWB,it为氢储能配置前电网实际消纳风功率；常规火电机组运行满足的约束条件如下： 式中，和为节点i上常规火电机组出力的最小和最大值； 式中，和为节点i上常规火电机组的向上和向下爬坡速率；氢储能配置前线路ij输送的有功功率越限量ΔPB,jk计算方法如下：根据式14-15优化获得的风电功率为PWB,it、常规火电机组功率PGB,it和负荷功率PL,it，采用直流潮流计算各支路传输功率，在中，选取线路jk越限功率最大值为ΔPB,jk；氢储能配置后节点i的功率平衡方程如下： 式中，PGA,it是氢储能配置后常规火电机组输出功率；PWA,it为氢储能配置后电网实际消纳风功率；Bj,·表示以节点j为始端节点的支路集合；B·,j以节点j为末端节点的支路集合；基于直流潮流，相应的功率和相角约束分别为：Pjkt＝Bjkθjt-θkt18-π≤θjt≤π19θreft＝020式中，Bjk为输电线路jk的电抗；θjt,θkt为节点j和节点k的相角；θreft是平衡节点相角；常规火电机组同样满足式15和16；氢储能配置后线路jk输送的有功功率越限量ΔPA,jk计算方法如下： 式中，Pjkt是根据式15-20计算的结果；为支路jk最大传输有功功率；⑤氢储能系统投资成本FEHP：氢储能系统投资成本主要包括电解槽、储氢罐以及燃料电池的成本，设PE,i是第i个节点电解槽规划功率，PFC,i是第i个节点燃料电池规划的输出功率，氢储能投资成本计算表达式为： 式中，cE、cFC为电解槽、燃料电池单位投资成本，单位：元kW；ctank为储氢罐单位投资成本，单位：元kgNm3；⑥常规火电机组增发费用FG：相对于氢储能配置前，常规火电机组增发功率费用计算公式如下： 式中，cGt为火电机组购电成本，单位：元kWh；S4：基于粒子群算法的氢储能优化；S41：初始化粒子群算法参数，粒子xp＝{PE,i,PFC,i,QTank,i,PE,it,PFC,it,QS,it,PG,it,PWA,it}，p＝1,2,...,Np，Np是种群数量，速度向量vp＝{vPE,i,vPFC,i,vQTank,i,vPFC,it,vQS,it,vPG,it,vPWA,it}，初始值为0，局部最优解和全局最优解Fgb，局部最优解粒子为向量全局最优解粒子为向量xgb；迭代次数Nit，全局和局部学习因子c1,c2，惯性权重系数w，迭代次数it＝1；S42：获取每个粒子的局部最优解进而获取全局最优解Fgb，即对于p＝1,2,...,Np，若令在每个粒子的局部最优解中选择最大值，若大于Fgb，赋值给Fgb，同时将对应的赋值给xgb；S43：更新粒子位置，即根据式24更新粒子的位置，即对p＝1,2,...,Np有： S44：令it＝it+1，若it≤Nit或前后两次迭代全局最优解之差小于给定的允许误差ε，ε＝10-5，转向步骤S4；否则，转向步骤S43；S5：输出综合收益、氢储能配置结果，即输出电解槽配置功率PE,i、燃料电池配置功率PFC,i、储氢罐配置容量QTank,i和综合收益F。

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