CN113675889B - 一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，包括如下步骤：步骤一：通过构建***状态矩阵，利用特征值分析法得到***所能承受的最大传输容量；步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中包括，制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值；步骤三：制氢***管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC；步骤四：制氢***管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值；步骤五：制氢***管控单元将最大制氢功率作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整。

Description

一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其是一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法。
背景技术
在全球能源转型的大背景下，氢能作为二次能源，拥有清洁、来源多样、方便存储和运输、应用广泛和成本低廉等诸多优势，能够帮助可再生能源调节能量波动，促进能源结构多元化。目前，为了保证制氢过程的高效、无污染，制氢原料正在从化石燃料向可再生能源(风能、太阳能、水能等)方向逐渐发展，因此基于多端直流微电网，实现氢能与电能的相互结合利用将会成为未来能源发展的趋势。
图1描述了含制氢***的多端直流微电网的等效结构图，其中交流***1、交流***2……交流***n……交流***N等通过直流***互联，VSC1、VSC2……VSCn……VSCN的交流侧分别接入交流***1、交流***2……交流***n……交流***N，各自的直流侧经一定线路流入直流母线。风机通过AC/DC变流器接入直流母线，光伏通过DC/DC变换器接入直流母线，储能设备通过DC/DC变换器接入直流母线，制氢***通过DC/DC变换器接入直流母线。
多端直流微电网涉及光伏、风电等功率波动明显的能量来源，以及大量直流负荷与储能设备，在不同工况下如何最大限度地利用已有电能进行高效制氢，尤其是在整个***能够处于稳定运行状态这一重大基础上，已成为一大难题。
发明内容
本发明提出了一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，能够在保证***稳定运行的同时最大化利用***电能，为高效制氢提供了新的思路，完善可再生能源多能互补制氢技术，进一步推动可再生能源产业的健康发展，促进能源结构的不断优化。
本发明的技术方案为：一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，包括如下步骤：
步骤一：通过构建***状态矩阵，利用特征值分析法得到***所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，作为步骤四的输入；
步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中包括，制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，并作为步骤四的输入；
步骤三：制氢***管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，并作为步骤四的输入；
步骤四：制氢***管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，并作为步骤五的输入；
步骤五：制氢***管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整。
进一步的，所述步骤一：通过构建***状态矩阵，利用特征值分析法得到***所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，具体包括：
根据各换流站控制策略的控制结构、各线路信息列写***的小信号模型，并根据小信号模型得到***的状态空间模型。
式中，ALVDC、BLVDC、ΔxLVDC、ΔuLVDC分别为多端直流微电网的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量；
对多端直流微电网的状态矩阵ALVDC进行特征值分析，确定***所能承受的最大传输功率Pmax。
进一步的，所述步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中，制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，具体包括：
制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值下一时刻t+1的光伏产出功率预测值/>下一时刻t+1的直流负荷消耗功率预测值/>
进一步的，所述步骤三：制氢***管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，具体包括：
在多端直流微电网稳定运行过程中，制氢***管控单元实时监测当前时刻t的储能设备功率储能设备SOC。
进一步的，所述步骤四：制氢***管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，具体包括：
根据当前时刻t的储能设备SOC，确定下一时刻t+1的储能设备可输出功率并进一步计算得到下一时刻t+1的最大制氢功率值/>
4.1、当soc＜socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率满足：
则：
4.2、当socmax＞soc＞socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率满足：
则：
4.3、当soc＞socmax，下一时刻t+1的储能设备可输出功率满足：
则：
式中，kHP为制氢***功率调节参数，为储能设备功率调节参数1，/>为储能设备功率调节参数2，socmin为荷电状态下限值，socmax为荷电状态上限值。
进一步的，所述步骤五：制氢***管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整，具体包括：
制氢***管控单元将下一时刻t+1的最大制氢功率值作为跟踪点，进行实时优化调整。
有益效果：
本发明提出了一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，能够在保证***稳定运行的同时最大化利用***电能，通过将分布式可再生能源与储能设备等***实时信息融入制氢控制，自主确定并实时更新制氢功率值，便捷高效地提升制氢效率，为高效制氢提供了新的思路，完善可再生能源多能互补制氢技术，，进一步推动可再生能源产业的健康发展，促进能源结构的不断优化。
附图说明
图1为含制氢***的多端直流微电网示意图；
图2为本发明的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的实施例，提出了一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，能够在保证***稳定运行的同时最大化利用***电能，为高效制氢提供了新的思路，完善可再生能源多能互补制氢技术，进一步推动可再生能源产业的健康发展，促进能源结构的不断优化。具体包括如下步骤：
步骤一：通过构建***状态矩阵，利用特征值分析法得到***所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，作为步骤四的输入；
步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中，制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，并作为步骤四的输入；
步骤三：制氢***管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，并作为步骤四的输入。
步骤四：制氢***管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，并作为步骤五的输入；
步骤五：制氢***管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整。
具体的，所述步骤一：通过构建***状态矩阵，利用特征值分析法得到***所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，具体包括：
根据各换流站控制策略的控制结构、各线路信息列写***的小信号模型，并根据小信号模型得到***的状态空间模型。
式中，ALVDC、BLVDC、ΔxLVDC、ΔuLVDC分别为多端直流微电网的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量。
对多端直流微电网的状态矩阵ALVDC进行特征值分析，确定***所能承受的最大传输功率特征值会随着传输功率大小的改变而移动，当特征值移动至虚轴时所对应的传输功率即为Pmax。
所述步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中，制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，具体包括：
制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值下一时刻t+1的光伏产出功率预测值/>下一时刻t+1的直流负荷消耗功率预测值/>
所述步骤三：制氢***管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，具体包括：
在多端直流微电网稳定运行过程中，制氢***管控单元实时监测当前时刻t的储能设备功率储能设备SOC。
所述步骤四：制氢***管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，具体包括：
根据当前时刻t的储能设备SOC，确定下一时刻t+1的储能设备可输出功率并进一步计算得到下一时刻t+1的最大制氢功率值/>
1.当soc＜socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率满足：
则：
2.当socmax＞soc＞socmin，下一时刻t+1的储能设备可输出功率满足：
则：
3.当soc＞socmax，下一时刻t+1的储能设备可输出功率满足：
则：
式中，kHP为制氢***功率调节参数，为储能设备功率调节参数1，/>为储能设备功率调节参数2，这两个调节参数根据经验设置和调整，socmin为荷电状态下限值，socmax为荷电状态上限值。
所述步骤五：制氢***管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整，步骤五具体包括：
制氢***管控单元将下一时刻t+1的最大制氢功率值作为跟踪点，进行实时优化调整。
综上，本发明提出了一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，能够在保证***稳定运行的同时最大化利用***电能，为高效制氢提供了新的思路，完善可再生能源多能互补制氢技术，进一步推动可再生能源产业的健康发展，促进能源结构的不断优化。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过构建***状态矩阵，利用特征值分析法得到***所能承受的最大传输容量，即确定多端直流微电网的最大功率传输容量边界，作为步骤四的输入；
多端直流微电网包括：交流***1、交流***2……交流***n……交流***N通过直流***互联，VSC1、VSC2……VSCn……VSCN的交流侧分别接入交流***1、交流***2……交流***n……交流***N，各自的直流侧经一定线路流入直流母线；风机通过AC/DC 变流器接入直流母线，光伏通过DC/DC 变换器接入直流母线，储能设备通过DC/DC 变换器接入直流母线，制氢***通过DC/DC 变换器接入直流母线；
步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中包括，制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，并作为步骤四的输入；
步骤三：制氢***管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，并作为步骤四的输入；
步骤四：制氢***管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，并作为步骤五的输入；
步骤五：制氢***管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整；
其中，所述步骤一具体包括：
根据各换流站控制策略的控制结构、各线路信息列写***的小信号模型，并根据小信号模型得到***的状态空间模型；
（1）
式中，、/>、/>、/>分别为多端直流微电网的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量；
对多端直流微电网的状态矩阵进行特征值分析，确定***所能承受的最大传输功率/>；
所述步骤四：制氢***管控单元将步骤一、步骤二、步骤三所得到的数据进行自主运算，计算得到下一时刻最大制氢功率值，具体包括：
根据当前时刻t的储能设备SOC，确定下一时刻t+1的储能设备可输出功率，并进一步计算得到下一时刻t+1的最大制氢功率值/>；
4.1、当，下一时刻t+1的储能设备可输出功率/>满足：
(2)
则：
(3)
4.2、当，下一时刻t+1的储能设备可输出功率/>满足：
(4)
则：
(5)
4.3、 当，下一时刻t+1的储能设备可输出功率/>满足：
(4)
则：
(5)
式中，为制氢***功率调节参数，/>为储能设备功率调节参数1，/>为储能设备功率调节参数2，/>为荷电状态下限值，/>为荷电状态上限值。
2.根据权利要求1所述的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，所述步骤二：预测多端直流微电网下一时刻运行信息，其中，制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值、光伏产出功率预测值、直流负荷消耗功率预测值，具体包括：
制氢***管控单元预测下一时刻t+1的风电产出功率预测值，下一时刻t+1的光伏产出功率预测值/>，下一时刻t+1的直流负荷消耗功率预测值/>。
3.根据权利要求1所述的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，所述步骤三：制氢***管控单元监测多端直流微电网当前时刻运行信息，包括监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC，具体包括：
在多端直流微电网稳定运行过程中，制氢***管控单元实时监测当前时刻t的储能设备功率、储能设备SOC。
4.根据权利要求1所述的一种基于储能调节的多端直流微电网制氢管控方法，其特征在于，所述步骤五：制氢***管控单元将步骤四得到的数值作为制氢功率目标值，并进行跟踪调整，具体包括：
制氢***管控单元将下一时刻t+1的最大制氢功率值作为跟踪点，进行实时优化调整。
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