Page 19 - 电力与能源2022年第二期

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