一种分布式双层供氢网与配电网的电-氢协调规划方法技术

本发明专利技术公开一种分布式双层供氢网与配电网的电

【技术实现步骤摘要】
一种分布式双层供氢网与配电网的电
‑
氢协调规划方法


[0001]本专利技术涉及供氢系统规划研究领域，具体是一种分布式双层供氢网与配电网的电
‑
氢协调规划方法。

技术介绍

[0002]交通环节作为碳排放和能源消耗的主要环节，氢燃料电池及氢能汽车技术的成熟为其脱碳提供了可能。氢基础设施的建设关乎氢能产业链发展的全局，关乎氢燃料电池汽车的普及。子母站建设模式的提出和DG电解分布式制氢可以缩短运输距离，降低氢气的储、运环节的成本，同时利用分布式电源制氢能够实现氢能系统的“无碳化”。氢能汽车的普及受基础设施建设进度的限制，目前加氢站数目和类型的规划(氢能供应网络的机构和布局)不能很好地适应氢能需求与氢能需求不匹配的加氢站建设方案成为加氢站效益低下的主要原因。然而，因供氢系统的要素多，灵活性强、时空耦合，建模难度大。在加氢站规划领域，现有技术未考虑制氢加氢站(即母站)的规划，没有涉及加氢站选址、制氢加氢站与配电网的交互、氢气的存储和运输成本等因素，缺乏对水电解供氢气加氢站的运行状态的模拟。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种分布式双层供氢网与配电网的电
‑
氢协调规划方法，包括以下步骤：
[0004]1)建立规划区域内的交通网。
[0005]所述规划区域内的交通网包括L1条公交车或L2条氢能物流车运营线路。每条运营线路的起点记为TS
l
，终点记为TE
l
。每条线路上的氢能公交车、氢能物流车数目分别记为NV
1,l
、NV
2,l
。
[0006]规划区域内有l个停车场。其中，第l个停车场位于交通节点TP
l
处，每个停车场的氢燃料汽车数目记为NV
3,l
。
[0007]公交车、氢能物流车和汽车在场景r下的日平均氢气需求量分别记为D
1,r
，D
2,r
和D
3,r
，公交车、氢能物流车和汽车在场景r下的加氢时刻概率曲线分别记为p
B,t
，p
T,t
和p
C,t
。t＝1,2,...T。
[0008]2)计算交通网中待规划位置的氢能需求。
[0009]待规划位置的氢能需求如下所示：
[0010]SD
rit
＝p
t
D
type,r
AD
i
(1)
[0011]式中，p
t
为t时刻的加氢概率。SD
rit
为待规划位置i在场景r下t时刻的氢能需求；AD
i
为加氢站i的日加氢需求。
[0012]其中，加氢站i的日加氢需求AD
i
如下所示：
[0013][0014]式中，ps
type,li
为空间归算系数，即营线路l中公交车或氢能物流车到待规划位置i
加氢的概率或者第l个停车场从待规划位置i加氢的概率。DN
type,li
为氢燃料汽车类型 type的有效归算距离。type＝1,2,3分别表示氢能公交车、氢能物流车和氢能小汽车。
[0015]空间归算系数ps
type,li
如下所示：
[0016][0017]氢燃料汽车类型type的有效归算距离DN
type,li
如下所示：
[0018][0019]式中，S
is
为储氢罐容量配置二进制变量。S
is
＝1表示待规划位置i配置第s种储氢罐，S
is
＝0表示待规划位置i不配置第s种储氢罐。i∈Ω
S
,s∈Ω
HS
。为交通网中位置i到TE
l
、TS
l
、TP
l
的最短行驶路程；d
i,i
＝0。i,j∈Ω
TN
。Ω
TN
为规划区域的交通节点集合。
[0020]3)建立分布式双层供氢系统与配电网的双层协调规划模型。
[0021]所述双层协调规划模型包括上层规划模型和下层规划模型。
[0022]所述上层规划模型的目标函数如下所示：
[0023]maxF1＝CO
‑
f
A
(SC+TC
‑
AS)
‑
f
A
PGC(5)
[0024]式中，F1表示上层规划的目标函数。CO为电
‑
氢系统年总运行效益。SC为加氢站的设备投资费用。TC为供氢系统运输环节的运行费用。AS为加氢站建设补贴。PGC 为配电网分布式电源DG的设备投资费用。f
A
为年等值系数。
[0025]其中，加氢站的设备投资费用SC如下所示：
[0026][0027]式中，Ω
HS
、Ω
HP
、Ω
HE
、Ω
PV
、Ω
WD
分别为可选储氢罐、压缩机、电解池、分布式光伏发电设备、分布式风力发电设备类型集合；Ω
HD
为可配置加氢枪集合；Ω
S
为加氢站待规划位置集合；hsc
s
为第s种类型的储氢罐投资成本；hec
e
为第e种类型的电解池投资成本；hvc
v
为第v种类型的光伏发电设备投资成本；hwc
w
为第w种类型的风力发电设备投资成本；hdc为一个加氢机的投资成本；S
is
为储氢罐容量配置二进制变量； E
ie
表示待规划位置i配置第e种制氢设备；e∈Ω
HE
；V
iv
＝1表示待规划位置i配置第v 种光伏发电设备，V
iv
＝0表示待规划位置i不配置第v种光伏发电设备；W
iw
＝1表示待规划位置i配置第w种风力发电设备，W
iw
＝0表示待规划位置i不配置第w种风力发电设备；I
cm
＝1表示配置类型为m的第c个长管拖车，I
cm
＝0表示不配置长管拖车；D
id
＝1 表示待规划位置i配置第d个加氢机，D
id
＝0表示待规划位置i不配置第d个加氢机； X
jv
＝1表示配电网节点j配置第v种光伏发电设备，X
jv
＝0表示配电网节点j不配置第v 种光伏发电设备。Y
jw
＝1表示配电网节点j配置第w种风力发电设备，Y
jw
＝
0表示配电网节点j不配置第w种风力发电设备。
[0028]其中，第i个待规划位置氢气压缩机投资成本HPC
i
如下所示：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式双层供氢网与配电网的电
‑
氢协调规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立所述规划区域内的交通网。2)计算交通网中待规划位置的氢能需求；3)建立分布式双层供氢系统与配电网的双层协调规划模型；4)求解双层协调规划模型，得到分布式电源和分布式双层供氢系统协调规划方案。2.根据权利要求1所述的一种基分布式双层供氢系统与配电网的协调规划方法，其特征在于，所述规划区域内的交通网包括L1条公交车或L2条氢能物流车运营线路；每条运营线路的起点记为TS
l
，终点记为TE
l
；每条线路上的氢能公交车、氢能物流车数目分别记为NV
1,l
、NV
2,l
；规划区域内有l个停车场；其中，第l个停车场位于交通节点TP
l
处，每个停车场的氢燃料汽车数目记为NV
3,l
；公交车、氢能物流车和汽车在场景r下的日平均氢气需求量分别记为D
1,r
，D
2,r
和D
3,r
，公交车、氢能物流车和汽车在场景r下的加氢时刻概率曲线分别记为p
B,t
，p
T,t
和p
C,t
；t＝1,2,...T。3.根据权利要求2所述的一种基分布式双层供氢系统与配电网的协调规划方法，其特征在于，待规划位置的氢能需求如下所示：SD
rit
＝p
t
D
type,r
AD
i
(1)式中，p
t
为t时刻的加氢概率。SD
rit
为待规划位置i在场景r下t时刻的氢能需求；AD
i
为加氢站i的日加氢需求。其中，加氢站i的日加氢需求AD
i
如下所示：式中，ps
type,li
为空间归算系数，即营线路l中公交车或氢能物流车到待规划位置i加氢的概率或者第l个停车场从待规划位置i加氢的概率；type＝1,2,3分别表示氢能公交车、氢能物流车和氢能小汽车；空间归算系数ps
type,li
如下所示：氢燃料汽车类型type的有效归算距离DN
type,li
如下所示：
式中，S
is
为储氢罐容量配置二进制变量；S
is
＝1表示待规划位置i配置第s种储氢罐，S
is
＝0表示待规划位置i不配置第s种储氢罐；i∈Ω
S
,s∈Ω
HS
；为交通网中位置i到TE
l
、TS
l
、TP
l
的最短行驶路程；d
i,i
＝0；i,j∈Ω
TN
；Ω
TN
为规划区域的交通节点集合；Ω
S
为加氢站待规划位置集合。4.根据权利要求1所述的一种基分布式双层供氢系统与配电网的协调规划方法，其特征在于，所述双层协调规划模型包括上层规划模型和下层规划模型。5.根据权利要求4所述的一种基分布式双层供氢系统与配电网的协调规划方法，其特征在于，所述上层规划模型的目标函数如下所示：maxF1＝CO
‑
f
A
(SC+TC
‑
AS)
‑
f
A
PGC(5)式中，F1表示上层规划的目标函数；CO为电
‑
氢系统年总运行效益；SC为加氢站的设备投资费用；TC为供氢系统运输环节的运行费用；AS为加氢站建设补贴；PGC为配电网分布式电源DG的设备投资费用；f
A
为年等值系数；其中，加氢站的设备投资费用SC如下所示：式中，Ω
HS
、Ω
HP
、Ω
HE
、Ω
PV
、Ω
WD
分别为可选储氢罐、压缩机、电解池、分布式光伏发电设备、分布式风力发电设备类型集合；Ω
HD
为可配置加氢枪集合；hsc
s
为第s种类型的储氢罐投资成本；hec
e
为第e种类型的电解池投资成本；hvc
v
为第v种类型的光伏发电设备投资成本；hwc
w
为第w种类型的风力发电设备投资成本；hdc为一个加氢机的投资成本；S
is
为储氢罐容量配置二进制变量；E
ie
表示待规划位置i配置第e种制氢设备；e∈Ω
HE
；V
iv
＝1表示待规划位置i配置第v种光伏发电设备，V
iv
＝0表示待规划位置i不配置第v种光伏发电设备；W
iw
＝1表示待规划位置i配置第w种风力发电设备，W
iw
＝0表示待规划位置i不配置第w种风力发电设备；I
cm
＝1表示配置类型为m的第c个长管拖车，I
cm
＝0表示不配置长管拖车；D
id
＝1表示待规划位置i配置第d个加氢机，D
id
＝0表示待规划位置i不配置第d个加氢机；其中，第i个待规划位置氢气压缩机投资成本HPC
i
如下所示：式中，ω
PA
％为A型压缩机投资成本系数；ω
PB
％为B型压缩机投资成本系数；A型压缩机是指将氢气从制氢设备压缩到储氢罐中的压缩机；B型压缩机是指将氢气从储氢罐压缩到加氢机中的压缩机；氢气运输环节设备投资费用TC如下所示：式中，Ω
C
和Ω
M
分别为运输氢气用的长管拖车集合及其类型集合；htc
m
为第m种类型的长管拖车的设备投资成本；I
cm
＝1表示配置类型为m的第c个长管拖车，I
cm
＝0表示不配置长管拖车；加氢站建设补贴AS如下所示：
式中，FW
i
为待规划位置i的补贴；为待规划位置i第s种储氢罐的容量；HS0为补贴政策规定的储氢容量补贴边界；wh为加氢站容量达到边界后的补贴金额；wl为未达到边界的补贴金额；配电网DG设备投资费用PGC如下所示：式中，Ω
G
为配电网的节点集合。6.根据权利要求4所述的一种基分布式双层供氢系统与配电网的协调规划方法，其特征在于，所述上层规划模型的约束条件分别如公式(12)
‑
(23)所示；(23)所示；(23)所示；(23)所示；(23)所示；(23)所示；(23)所示；(23)所示；(23)所示；(23)所示；S
is
,E
ie
,I
cm
,D
id
∈{0,1}i∈Ω
S
，s∈Ω
HS
,e∈Ω
HE
,c∈Ω
C
,m∈Ω
M
,d∈Ω
D
(22)V
iv
,W
iw
,X
iv
,Y
iw
∈{0,1}i∈Ω
S
,v∈Ω
PV
,w∈Ω
WD
(23)式中，hd
rate
为加氢机的额定加氢速率；T为日内采样点数目；Ω
T
为日内采样点集合；M为常数；ND
max
为加氢机的加氢机的配置上限；X
jv
＝1表示配电网节点j配置第v种光伏发电设备，X
jv
＝0表示配电网节点j不配置第v种光伏发电设备；Y
jw
＝1表示配电网节点j配置第w种
风力发电设备，Y
jw
＝0表示配电网节点j不配置第w种风力发电设备；Ω
B
、Ω
R
、Ω
D
分别表示配电网节点集合、场景集合、加氢机数量集合。7.根据权利要求4所述的一种基分布式双层供氢系统与配电网的协调规划方法，其特征在于，所述下层规划模型的目标函数如下所示：maxF2＝CO＝HO
‑
AG＝(GH
‑
OT
‑
OS
‑
OE
‑
HN)
‑
AG(24)式中，maxF2表示电
‑
氢系统年总运行效益最大；供氢气系统的年运行收益HO包含年氢气生产收益GH、运输环节年运营和维护费用OT和加氢站设备年维护费用OS；配电网的年运行收益PO包含加氢站负荷以外的年售电收益SP、向上级电网的年购电费用BE和弃风惩罚AG；其中，氢气生产收益GH如下所示：式中，γ
ph
％为制氢设备制氢功率到氢气产量的转换系数；为年内场景r的天数；ρ
H,r
为场景r下的氢能销售价格；HOE
rit
为待规划位置i在...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洲洋，夏威夷，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：