Page 55 - 电力与能源2022年第一期

沈主浮, 等: 风光氢综合能源系统设计及运行集成优化 4
9
[, ]
[
ì 0 , v ∈ 0v ci ∪ v co ,+ ∞ ] 定容量 W H 。
ï
ï ï 3 3 2.2.3 功率特性约束
[ , ] ( 3 )
PWT v = í v -v ci W WT v ∈ v ci v R
()
,
3
3
ï v R -v ci 电解槽和燃料电池在运行过程中, 应满足最
ï
î W WT v ∈ v R v co 大 / 最小功率约束, 其表达式:
,
[ , ]
, , ———风机的切入风速、 切出风速 min max
γ ELE y ELE , t W ELE ≤P ELE , t ≤γ ELE y ELE , t W ELE 9
式中 v ci v R v co ()
和额定风速。 min max ( 10 )
γ FCy FC , t W FC ≤P FC , t ≤γ FCy FC , t W FC
光伏发电系统的功率输出功率特性 P PV 受到 ——— 0 , 1 变量, 分别代表第t 时
,
式中 y ELE , t y FC , t
y t=0 时代
光照辐射 G 、 组件温度 T C 以及组件特性的影响, 刻下电解槽和燃料电池的启动状态,
其表达式 [ 14 ] : 表设备处于停止状态,
y t=1 代表设备处于运行
G 状态; γ ELE γ ELE ———为保证电解槽正常运行, 其实
max
min
,
(
P PV = W PV [ 1+ β T C -T STC )] ( 4 )
G STC
际 功 率 相 对 于 其 额 定 功 率 的 最 小 和 最 大 比 例;
———光伏的额定容量, 是标准测试工
式中 W PV
min , max ———燃料电池实际功率相对于其额定功
γ FC γ FC
况下 光 伏 最 大 输 出 功 率, 其 对 应 的 测 试 条 件 为
, ———电解槽和燃
率的最小和最大比例; W ELE W FC
G STC=1kW / m 和 T STC=25 ℃ ;———温度影响
2
β
料电池的额定容量。
系数, 取 -0.0047K 。
-1
这两式涉及到整数二元变量和优化变量的乘
值得注意的是, 本文直接采用环境温度作为
积, 是一个非线性约束。为简化模型, 需对其进行
光伏的组件温度, 忽略了两者间的差异。
线性化转换。以式( 9 ) 为例:
2.2.2 能量平衡方程
ì P ELE , t ≥0
风光氢综合能源系统在运行过程中需要满足 ï
ï min ( ) min max
ï
电能、 热能和氢气质量平衡。其中, 电功率平衡方 í P ELE , t ≥γ ELEW ELE - 1-y ELE , t γ ELEW ELE ( 11 )
ï max max
程描述了任何t时刻下系统母线上的输入与输出 P ELE , t ≤γ ELE y ELE , t W ELE
ï ï
î max
功率相等, 其表达式: P ELE , t ≤γ ELEW ELE
max ———电解槽配置的最大可能容量。
式中 W ELE
P bu y , t+PWT , t+P PV , t+ η FC , E P FC , t =
2.2.4 弃电率约束
/ ( 5 )
P ELE , t η ELE +P heat , t+P load , t+P loss , t
弃风弃光是我国可再生能源开发的一个突出
, , , ———第t时刻下燃
式中 P FC , t P heat , t P load , t P loss , t
问题。在本系统中, 为了增加系统中可再生能源
料电池的实际输出功率、 电热锅炉的用电功率、 系
和燃料电池的利用率, 对系统加入弃电率的限制,
统总电功率需求和弃电功率; , ———燃料
η FC , E η ELE
对规划调度提出了更高的要求。具体地, 年度弃
电池和电解槽的电转化效率。
电量应小于风光发电总电量的一定比例。
热功率平衡方程描述了任何t时刻下燃料电
)
池和电热锅炉所产生 的热功率与热负荷需求相 ∑ P loss , t Δt≤ε ∑ ( P PV , t+PWT , t Δt ( 12 )
t t
等, 其表达式: 式中 ε ———代表最大允许弃电率。
( 6 ) 2.2.5 设计约束
η p f P heat , t+ η FC , HP FC , t =Q load , t
———第t 时 刻 下 的 系 统 总 热 功 率 需 在设计过程中, 若设备的容量过小, 可能没有
式中 Q load , t
求; ———燃 料 电 池 的 热 转 化 效 率; ———电 相应的规格或达 不到承包方接受的最小建设规
η FC , H η p f
热锅炉的转换效率。 模; 若设备的容量过大, 难以满足安全建设规范或
氢气质量平衡方程描述了储氢罐的入口与出 成本过高, 因此需要对各设备的容量设计上下界
口流量相等, 其表达式: 合理约束。其表达式:
,(
)/
(
min
{ S t - 1 + P ELE , t-P FC , t η E , H t≥2 ) W q ≤ W q ≤ W q max ( 13 )
S t =
min
,(
( P ELE , t-P FC , t η E , H t=1 )
)/
式中 W q , W q max ———各设备额定容量的设计下
( 7 ) 界和上界。
( 8 )
0≤S t ≤ W H 3 案例描述
———第t 时刻下的储氢罐的储氢量, 应
式中 S t
不大于储氢罐的最大允许储氢量, 即储氢罐的额 基于风光氢综合能源系统设计及集成优化模