一种光氢混合发电系统功率协调控制方法技术方案

本发明专利技术是一种光氢混合发电系统功率协调控制方法，其特点是，包括的步骤有：光伏发电单元数学模型建立、质子交换膜燃料电池单元数学模型建立、碱式电解槽单元数学模型建立、超级电容器单元数学模型建立、储氢罐单元数学模型建立、光氢混合发电系统功率协调控制步骤，利用本发明专利技术的方法对光氢混合发电系统功率协调控制进行分析，充分证明了对光氢混合发电系统功率协调控制的有效性；与以往的功率协调控制方法相比在分析太阳能光伏发电单元以及氢储能单元数学模型特性的基础上，考虑到氢储能装置的慢动态响应特性，采用暂态性能好的超级电容器及时补偿不平衡功率，从而提高电网对新能源吸纳能力，具有方法科学合理，实际应用价值高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种光氢混合发电系统功率协调控制方法，应用于光储联合发电建模仿真、并网运行特性分析、平滑氢储能装置动态响应过程中的不平衡功率。
技术介绍
近年来，随着化石燃料的大量燃烧，温室气体排放也随之不断增加，环境友好型的可再生能源成为解决这一问题的最可靠和最有潜力的途径。在现有的可再生能源发电系统中，光伏发电是其中最有前景的一种新能源发电方式。为了最大限度地利用可再生资源，需要对太阳能电池进行最大功率点追踪控制。但是，光伏发电输出功率受光照强度、环境温度等因素的影响，使得其出力具有很强的波动性和随机性，从而对电网的安全和稳定运行带来不利因素。传统的光氢混合发电系统功率协调控制方法，一方面虽实现了光氢储能系统能源最大化利用，但未考虑电池模型的实际动态响应特性；另一方面针对光氢混合系统虽然提出了不同的运行模式，但是并未将储氢罐约束纳入系统分析之中。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种在分析光伏发电单元、质子交换膜燃料电池单元、碱式电解槽单元、储氢罐单元以及超级电容器单元数学模型特性基础上，考虑到光照强度与氢储能设备具有时空互补性，提高电网对光伏等可再生能源吸纳能力，适应性强，具有较高的实际应用价值的光氢混合发电系统功率协调控制方法。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种光氢混合发电系统功率协调控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1.光伏发电单元数学模型建立太阳能电池伏安特性方程为 I p v = I p h - I 0 [ e q ( U p v + R s I p v ) kT p v - 1 ] - U p v + R s I p v R s h - - - ( 1 ) ]]>其中：Ipv为光伏输出电流，Upv为光伏输出电压，Iph为光生电流，I0为反向饱和电流，Rsh为分流电阻；Rs为串联电阻，q为单位电荷量，k为玻尔兹曼常数，Tpv为光伏热力学温度；2.质子交换膜燃料电池单元数学模型建立质子交换膜燃料电池U-I方程式为Ufc＝Enernst-Uconc-Uact-Uohm-RinIfc (2)其中：Enernst为热力学电动势，Uconc为浓度差过电压，Uact为活化过电压，Uohm欧姆过电压，Rin为质子交换膜燃料电池内电阻，Ifc为质子交换膜燃料电池输出电流，Ufc为质子交换膜燃料电池输出电压；3.碱式电解槽单元数学模型建立碱式电解槽数学模型为 U e l = U r e v + r 1 + r 2 T e l A e l I e l + ( s 1 + s 2 T e l + s 3 T e l 2 ) lg ( t 1 + t 2 T e l + t 3 T e l 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光氢混合发电系统功率协调控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1)光伏发电单元数学模型建立太阳能电池伏安特性方程为Ipv=Iph-I0[eq(Upv+RsIpv)kTpv-1]-Upv+RsIpvRsh---(1)]]>其中：Ipv为光伏输出电流，Upv为光伏输出电压，Iph为光生电流，I0为反向饱和电流，Rsh为分流电阻；Rs为串联电阻，q为单位电荷量，k为玻尔兹曼常数，Tpv为光伏热力学温度；2)质子交换膜燃料电池单元数学模型建立质子交换膜燃料电池U‑I方程式为Ufc＝Enernst‑Uconc‑Uact‑Uohm‑RinIfc     (2)其中：Enernst为热力学电动势，Uconc为浓度差过电压，Uact为活化过电压，Uohm欧姆过电压，Rin为质子交换膜燃料电池内电阻，Ifc为质子交换膜燃料电池输出电流，Ufc为质子交换膜燃料电池输出电压；3)碱式电解槽单元数学模型建立碱式电解槽数学模型为Uel=Urev+r1+r2TelAelIel+(s1+s2Tel+s3Tel2)lg(t1+t2Tel+t3Tel2AelIel+1)---(3)]]>其中：Uel为电解槽输出电压，Urev为单元可逆电压，r1和r2均为电解液欧姆电阻参数，Tel电解槽温度，Ael为电解模块面积，Iel为电解槽输出电流，t1、t2、t3、s1、s2、s3为电极过电压系数；4)超级电容器单元数学模型建立超级电容器等效数学模型为Esc=1/2×Ctotal×(Usc2-Uscf2)Ctotal=np×Csc/ns---(4)]]>其中：Csc为超级电容器电容，Ctotal为超级电容器总电容，ns为超级电容器单元串联个数，np为超级电容器单元并联个数，Usc为超级电容器的端电压，Uscf为超级电容器最低极限电压，Esc为超级电容器所储存的能量；5)储氢罐单元数学模型建立根据理想气体状态方程，储氢罐数学模型为pH2%=pH2pH2v×100%pH2=MRcTcVcM=M0±∫f(I)dtf(I)=ηNI2F---(5)]]>其中：pH2为储氢罐内部压力值，pH2％为储氢罐内部压力百分比，pH2v为储氢罐最高压力值，M为储氢罐中氢量，Vc为储氢罐的体积，Tc为储氢罐环境温度，Rc为气体常数，M0为储氢罐初始储氢量，η为电流效率，N为单元个数，I为电解槽或质子交换膜燃料电池电流，f(I)为电流函数表达，F为法拉第常数；6)光氢混合发电系统功率协调控制光氢混合发电系统中超级电容器的首要任务是补偿质子交换膜燃料电池和电解槽动态响应慢而引起的直流母线不平衡功率，同时，在储氢罐约束条件不满足时，作为辅助电源平滑系统并网功率，超级电容器端电压约束条件分两层，第一层为辅助电源系统供电约束，第二层为电解槽和质子交换膜燃料电池动态响应约束，模式1：当储氢罐氢气储备充足，质子交换膜燃料电池功率参考值大于其实际值，且超级电容器端电压大于下限阈值时，光氢混合发电系统运行程序为其中：pH2％为储氢罐内部压力百分比，pH2min％为储氢罐压力下限百分比，Pfcref为燃料电池功率参考值，Pfc为燃料电池功率实际值，Pelref为电解槽功率参考值，Pnet为直流母线不平衡功率，Usc为超级电容器的端电压，Uscmin2为超级电容器的端电压下限阈值，Pscref为超级电容器功率参考值；模式2：当储氢罐氢气储备充足，质子交换膜燃料电池功率参考值小于其实际值，且超级电容器端电压小于上限阈值时，光氢混合发电系统运行程序为其中：pH2％为储氢罐内部压力百分比，pH2min％为储氢罐压力下限百分比，Pfcref为燃料电池功率参考值，Pfc为燃料电池功率实际值，Pelref为电解槽功率参考值，Pnet为直流母线不平衡功率，Usc为超级电容器的端电压，Uscmax2为超级电容器的端电压上限阈值，Pscref为超级电容器功率参考值；模式3：当储氢罐氢气储备不足，质子交换膜燃料电池功率参考值将降至为零，且超级电容器端电压大于下限阈值时，光氢混合发电系统运行程序为其中：pH2％为储氢罐内部压力百分比，pH2min％为储氢罐压力下限百分比，Pfcref为燃料电池功率参考值，Pfc为燃料电池功率实际值，Pelref为电解槽功率参考值，Pnet为直流母线不平衡功率，Usc为超级电容器的端电压，Uscmin1为超级电容器的端电压下限阈值，Pscref为超级电容器功率参考值；模式4：当储氢罐剩余空间充足，电解槽功率参考值大于其实际值，且超级电容器端电压小于上限阈值时，光氢混合发电系统运行程序为其中：pH2％为储氢罐内部压力百分比，pH2max％为储氢罐压力上限百分比，Pfcref为燃料电池功率参考值，...

【技术特征摘要】
1.一种光氢混合发电系统功率协调控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1)光伏发电单元数学模型建立太阳能电池伏安特性方程为 I p v = I p h - I 0 [ e q ( U p v + R s I p v ) kT p v - 1 ] - U p v + R s I p v R s h - - - ( 1 ) ]]>其中：Ipv为光伏输出电流，Upv为光伏输出电压，Iph为光生电流，I0为反向饱和电流，Rsh为分流电阻；Rs为串联电阻，q为单位电荷量，k为玻尔兹曼常数，Tpv为光伏热力学温度；2)质子交换膜燃料电池单元数学模型建立质子交换膜燃料电池U-I方程式为Ufc＝Enernst-Uconc-Uact-Uohm-RinIfc (2)其中：Enernst为热力学电动势，Uconc为浓度差过电压，Uact为活化过电压，Uohm欧姆过电压，Rin为质子交换膜燃料电池内电阻，Ifc为质子交换膜燃料电池输出电流，Ufc为质子交换膜燃料电池输出电压；3)碱式电解槽单元数学模型建立碱式电解槽数学模型为 U e l = U r e v + r 1 + r 2 T e l A e l I e l + ( s 1 + s 2 T e l + s 3 T e l 2 ) lg ( t 1 + t 2 T e l + t 3 T e l 2 A e l I e l + 1 ) - - - ( 3 ) ]]>其中：Uel为电解槽输出电压，Urev为单元可逆电压，r1和r2均为电解液欧姆电阻参数，Tel电解槽温度，Ael为电解模块面积，Iel为电解槽输出电流，t1、t2、t3、s1、s2、s3为电极过电压系数；4)超级电容器单元数学模型建立超级电容器等效数学模型为 E s c = 1 / 2 × C t o t a l × ( U s c 2 - U s c f 2 ) C t o t a l = n p ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令国，蔡国伟，彭龙，陈冲，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22