分布式电氢耦合能源站接入配电网选址定容方法和系统

本发明属于新能源，更为具体地，涉及一种分布式电氢耦合能源站接入配电网选址定容方法和系统。

背景技术：

1、随着不断发展的氢能设备及其应用，如氢能汽车等，导致城市氢能需求不断增加。分布式电氢耦合能源站作为一种新型的电氢耦合模式正受到越来越多的关注。电氢耦合能源站作为调控两种能源的重要枢纽，既能积极响应配电网运行也能满足区域供氢需求。但是现有的电氢耦合能源站接入配电网的选址定容(参见“分布式电源接入配网选址定容方法研究”，《中国矿业大学》2017年硕士论文)，并未考虑到对配电网进行区域划分，在选址定容过程中使用静态潮流，但静态潮流难以满足多时段优化的需要，在容量配置方面，现有技术中仅将电氢耦合能源站看作负荷使用，未考虑将电氢耦合能源站中配有燃料电池及储能电池；同时现有电氢耦合能源站接入配电网存在接入位置不合理，对含高比例新能源的配电网接入电氢耦合能源站，其不同接入位置及配置容量对配电网电压及网损影响巨大；因此分布式电氢耦合能源站接入配电网的优化配置是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是为了解决现有配电网中接入分布式电氢耦合能源站存在的接入位置不合理，配置容量不经济等问题，而提出了分布式电氢能源耦合站接入配电网选址定容方法和系统。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、按照本发明的第一方面，提出了一种分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法，包括：

4、步骤s1、输入配电网潮流数据，基于改进边权重的配电网加权分区模块度指标以及通过引入邻接表对配电网节点间边的断开，对配电网进行分区，从而形成独立区域，并运用基于变异策略的离散粒子群算法进行求解，得到分区的节点集合；

5、所述改进边权重的配电网加权分区模块度指标为：

6、

7、其中，aij为节点i和节点j改进的配电网边权重，max l为所有节点电气距离中的最大值，lij,t为t时刻节点i和节点j之间的电气距离，为动态修正后的节点i和节点j之间的电气距离，t为总时长，节点i与节点j不连接时aij＝0，δ(i,j)为分区系数，节点i与节点j在同一分区内δ(i,j)＝1，否则δ(i,j)＝0；

8、所述运用基于变异策略的离散粒子群算法进行求解过程中：

9、在离散粒子群算法中引入一个决策变量用以确定分区数量，且以邻接表的行作为所述决策变量，并对决策变量进行变异操作，变异操作如下：

10、xl+1＝xl+c×rand

11、式中：xl代表第l次迭代；c代表变异因子，取值范围为本次迭代种群中最小定义域，由于决策变量为整数因此在变异操作完成之后对其进行取整操作，rand为随机函数，用来产生随机数；

12、变异率计算公式如下：

13、

14、式中pm为变异率，pm,min为最小变异率；pm,max为最大变异率；l代表当前迭代次数；n为最大迭代次数；

15、步骤s2、对分区的节点进行编码，建立分布式电氢耦合能源站的选址模型与定容配置模型，选址模型基于动态最优潮流，并在动态最优潮流通用约束的基础上，引入节点选址约束，以全时段配电网网损最小为选址目标函数，选址目标函数通过调用gurobi求解器进行动态最优潮流计算，求解出分布式电氢耦合能源站安装位置及节点交互功率，得到各分区选址位置及节点交互功率；定容配置模型，以选址规划为基础，考虑电氢耦合能源站内光伏功率约束、电解槽启停及爬坡约束、燃料电池启停及爬坡约束、储能电池充放电约束及荷电状态约束、储氢容量约束及进出气约束和电氢耦合能源站站内功率平衡约束，以经济成本最低为容量配置目标函数，容量配置目标函数通过调用gurobi求解器对分布式电氢耦合能源站中各设备最优容量进行求解，从而对分布式电氢耦合能源站进行定容配置；

16、至此，完成分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容。

17、根据本发明实施例，步骤s1中，q值越大代表区内节点耦合强度越高，q取值在0.3-0.7之间。

18、根据本发明实施例，骤s2中，分布式电氢耦合能源站选址过程中：

19、分布式电氢耦合能源站选址以全时段配电网网损最小为选址目标函数，表达式为：

20、

21、式中：t为总时长，t为时刻；n为配电网总节点数；为t时刻节点i与节点j之间支路电流平方的大小；rij为节点i与节点j之间的电阻的大小；δt为两时刻的时间间隔；

22、在动态最优潮流通用约束的基础上，引入节点选址约束，其公式为：

23、

24、式中：pin,i,t为t时刻节点i与电氢耦合能源站交互功率；pin,max为交互功率功率上限值；cf为分区后的分区节点集合；m表示共有多少个集合，pin,j,t为t时刻节点j与电氢耦合能源站交互功率。

25、根据本发明实施例，所述步骤s2中，配电网分区确定后，将各区节点集合作为参数输入到分布式电氢耦合能源站的选址模型中，由于各个区域节点编号不统一，因此对各个区域节点编号进行编码，编码方式为通过输入的各分区的节点数量，根据数量将原来不一致的节点编号，转变为节点数量，所在位置即此节点编号。

26、根据本发明实施例，所述步骤s2中，定容配置模型中光伏为分布式电氢耦合能源站提供能源供应，提供的能源用于电解槽制氢，同时电解槽承担配电网下发的功率任务；燃料电池作为发电设备向配电网供电，供电任务由配电网下发；储能电池则作为电解槽及燃料电池的爬坡能力不足的补充；储氢设备用于缓存电解槽产生的氢气。

27、根据本发明实施例，所述步骤s2中，分布式电氢耦合能源站的容量配置模型求解过程为：

28、以分布式电氢耦合能源站成本最小建立目标函数为：

29、

30、式中：cic,i为分布式电氢耦合能源站中第i台设备投资成本；er,i为分布式电氢耦合能源站中第i台设备配置容量；com,i为分布式电氢耦合能源站中第i台设备单位容量运行维护成本；pi,t为t时刻分布式电氢耦合能源站第i台设备运行功率；σi为分布式电氢耦合能源站第i台设备的等额分付资本回收系数，σi的计算公式为：

31、

32、式中：r代表年利率，y代表设备使用年限；

33、电氢耦合能源站内光伏功率约束如下：

34、ppv,t＝ppvr,t+ppvl,t

35、0≤ppvl,z≤βppv,z

36、式中：ppv,t为t时刻光伏实际发电功率；ppvr,t为t时刻光伏用于电解槽制氢和选址节点并网功率；ppvl,t为t时刻的弃电功率；ppvl,z为光伏总弃电量；ppv,z为光伏总发电量；β为光伏弃电系数；

37、电解槽启停及爬坡约束为：

38、

39、δpopel,min≤popel,t-popel,t-1≤δpopel,max

40、式中popel,t为电解槽t时刻的运行功率，popel,t-1为电解槽t-1时刻的运行功率，popel,min与popel,max分别为电解槽运行最小和最大功率；δpopel,min与δpopel,max分别为电解槽爬坡和下坡功率；γel为0～1变量；

41、燃料电池启停及爬坡约束为：

42、

43、δpopfc,min≤popfc,t-popfc,t-1≤δpopfc,max

44、γel+γfc≤1

45、式中：popfc,t为燃料电池t时刻的运行功率，popfc,t-1为燃料电池t-1时刻的运行功率，popfc,min与popfc,max分别为燃料电池运行最小和最大功率；δpopfc,min和δpopfc,max分别为燃料电池爬坡和下坡功率；γfc为0～1变量；

46、储能电池作为电解槽及燃料电池功率爬坡不足的补充，其荷电状态与充放电功率表达式为：

47、

48、式中：soct为t时刻储能电池的荷电状态，soct+1为t+1时刻储能电池的荷电状态；ηc为储能电池的充电效率；ηf为储能电池的放电效率；pessc,t和pessf,t分别为储能电池充电功率和放电功率；qess为储能电池的额定容量；

49、储能电池充放电约束及荷电状态约束为：

50、

51、socmin≤soct≤socmax

52、式中：pessmax为储能电池充放电功率限值；socmin与socmax分别为储能电池荷电状态上下限；

53、储氢设备储氢量为：

54、

55、式中：loht为t时刻储氢设备储氢量；loht+1为t+1时刻储氢设备储氢量；和分别为电解槽产氢量和燃料电池耗氢量；qload,t为t时刻燃料电池车消耗的氢气量；

56、储氢容量约束及进出气约束如下：

57、lohmin≤loht≤lohmax

58、式中：lohmin与lohmax分别为储氢设备储氢量的最大和最小值；

59、电氢耦合能源站站内功率平衡约束表达式为：

60、pin,t+ppv,t+popfc,t+pessf,t＝popel,t+pessc,t

61、式中：pin,t为t时刻分布式电氢耦合能源站接入节点交互功率；

62、分布式电氢耦合能源站选址完成后，将电氢耦合能源站安装位置及交互功率作为参数输入定容配置模型中，容量配置目标函数通过调用gurobi求解器进行求解，最终求解出分布式电氢耦合能源站中各设备配置最佳容量。

63、按照本发明的第二方面，提出了一种分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；

64、所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

65、所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行所述的分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法的步骤。

66、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法和系统，给接入配电网中待规划的电氢耦合能源站提供一种配置方案，为配电网减轻负担，降低配电网网损。该方法在配电网电压稳定、降低网损及电氢耦合能源站成本降低上都有不同程度的提升。

技术特征：

1.一种分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法，其特征在于，步骤s1中，q值越大代表区内节点耦合强度越高，q取值在0.3-0.7之间。

3.根据权利要求1所述的分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法，其特征在于，步骤s2中，分布式电氢耦合能源站选址过程中：

4.根据权利要求1所述的分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法，其特征在于，所述步骤s2中，配电网分区确定后，将各区节点集合作为参数输入到分布式电氢耦合能源站的选址模型中，由于各个区域节点编号不统一，因此对各个区域节点编号进行编码，编码方式为通过输入的各分区的节点数量，根据数量将原来不一致的节点编号，转变为节点数量，所在位置即此节点编号。

5.根据权利要求1所述的分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法，其特征在于，所述步骤s2中，定容配置模型中光伏为分布式电氢耦合能源站提供能源供应，提供的能源用于电解槽制氢，同时电解槽承担配电网下发的功率任务；燃料电池作为发电设备向配电网供电，供电任务由配电网下发；储能电池则作为电解槽及燃料电池的爬坡能力不足的补充；储氢设备用于缓存电解槽产生的氢气。

6.根据权利要求1所述的分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容方法，其特征在于，所述步骤s2中，分布式电氢耦合能源站的容量配置模型求解过程为：

7.分布式电氢耦合能源站接入配电网的选址定容系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；

技术总结
分布式电氢耦合能源站接入配电网选址定容方法和系统，属于新能源技术领域，本发明提出分区—选址—定容的规划策略。分区层面上建立改进边权重的配电网加权分区模块度指标以及通过引入邻接表对配电网节点间边的断开，对配电网进行分区，运用基于变异策略的离散粒子群算法进行求解，在此基础下建立分布式电氢耦合能源站选址与定容配置模型。选址模型基于动态最优潮流，以配电网的网损最小为目标，运用gurobi求解器对电氢耦合能源站接入位置进行规划。在定容层面上以选址规划为基础，考虑电解槽及燃料电池的爬坡约束等的约束，以经济成本最低为目标，对各设备最优容量进行求解。本发明给接入配电网中待规划的电氢耦合能源站提供一种方法。

技术研发人员：孔令国,田杨进,石振宇,王士博,刘闯,蔡国伟
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23