一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，提出基于动态氢定价的能源交通系统分层优化模型并通过郊狼算法(COA)求解，实现分布式能源站(DES)和氢燃料汽车(HFCV)的经济低碳性。首先，一种与可再生能源占能源供应比例相关的动态氢定价机制被提出并嵌入优化过程中，以促进可再生能源制氢和降低DES运行成本。然后，等价聚合的HFCV在动态氢价的指导下实现均衡加氢，从而确定HFCV的最优加氢量及加氢时间。最后实现氢燃料汽车加氢平衡和最低成本路径选择。本发明专利技术能够促进能源和交通系统的协调优化以提高两者的经济低碳性，并优化动态氢定价对能源和交通系统性能的影响。的影响。的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法


[0001]本专利技术属于电气交通一体化领域，更具体地，涉及一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法

技术介绍

[0002]能源危机和环境污染促进了绿色交通运输的发展。与电动汽车相比，氢燃料汽车(hydrogen fuel cell vehicle，HFCV)能够有效降低里程焦虑，并具备快速加氢的优点。因此，低碳氢作为一种绿色能源，可用于长距离运输，特别是重型卡车。然而，低碳加氢站的有限布局是HFCV普及的主要障碍之一。为加速能源站中“绿氢”的生产，利用可再生能源(如光伏和风能)进行水电解制氢已经成为热点。
[0003]一般来说，绿氢生产与能源站的规划和运行有关。在许多研究中，通过合理的容量配置和经济运行优化来降低能源站的建设和运行成本。此外，在能源站的优化模型中考虑了电价的动态或不确定特征。然而，动态氢定价对能源和交通系统优化性能的影响很少被研究。从能源站的角度来看，合理的氢价可以增加能源站的收益，并促进利用可再生能源进行水电解制氢。从HFCV的角度来看，氢定价信号可以用于指导HFCV加氢策略的制定，以满足预定义的服务质量，如加氢成本最小化或节能减排。
[0004]当然，面对带有随机性的HFCV数量不断增加，由单一调度中心统一管理每辆车是不切实际的。一个可行的解决方案是分布式能源站(distributed energy station，DES)根据申报信息直接管理完成等效聚合的HFCV，从而实现DES运行和HFCV加氢策略的协调优化。考虑到能源站和HFCV之间的交互性，如何实现动态氢定价下DES与HFCV的分层优化模型，实现能源交通系统的低碳经济运行，是技术人员的目标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，考虑到DES和HFCV之间的交互作用，DES运营商管理本地资源制定动态售氢价格，HFCV在动态氢价的引导下确定其最优加氢策略。首先，一种与可再生能源占能源供应比例相关的动态氢定价机制被提出并嵌入DES优化过程中，以促进可再生能源制氢和降低系统运行成本。然后，基于模糊c均值聚类(fuzzy c
‑
means clustering，FCM)完成等价聚合的HFCV可实现均衡加氢，从而确定HFCV的最优加氢量及加氢时间。
[0006]实现上述目的的一种技术方案是：一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，用以促进能源和交通系统的协调优化以提高两者的经济低碳性，并实现动态氢定价对能源和交通系统优化，其构建基于动态氢定价的能源交通分层优化模型，并通过郊狼算法进行求解，实现分布式能源站和氢燃料汽车的经济低碳性，具体包括如下步骤：
[0007]步骤1，提出一种与可再生能源占能源供应比例相关的动态氢定价机制对分布式能源站进行优化得到分布式能源站运行优化模型，以促进可再生能源制氢和降低分布式能源站运行成本；
[0008]步骤2，等价聚合的氢燃料汽车在动态氢定价的指导下实现均衡加氢，最优化氢燃料汽车的加氢量及加氢时间。
[0009]能源交通分层优化模型考虑到分布式能源站和氢燃料汽车之间的交互性，分布式能源站运营商管理本地资源并制定动态售氢价格，氢燃料汽车在动态氢价的引导下确定其最佳加氢策略；过郊狼算法为群体智能优化算法，具备良好的局部搜索功能，采用其对大规模混合整数非线性的能源交通分层优化模型。
[0010]作为优选，对于氢燃料汽车不确定性处理方法，采用模糊c均值聚类方法进行典型分类，并确定各类车在一天内的可用加氢时间。
[0011]作为优选，对于分布式能源站运行优化模型，其为园区级综合能源系统，等效为多源耦合节点进行优化，忽略与长距离传输相关的网络约束。
[0012]作为优选，分布式能源站运行优化模型以分布式能源站运行维护成本、环境成本和交易成本构成的总成本最小为优化目标，目标函数如下：
[0013]minf
DES
＝f
ope
+f
env
+f
tra
[0014]式中，f
DES
为DES总运行成本；f
ope
为系统运行维护成本；f
env
为环境成本，主要包括从公共电网购电所造成的碳排放成本；f
tra
为交易成本，包括从电网购电成本f
eb
、向电网售电收益f
es
和售氢收益f
h
；
[0015](1)系统运行维护成本，其特征在于：具体表达式为
[0016][0017]Ω
k
＝{EB,EC,Ele,ES,TS,HS}
[0018]式中，t为单位调度时间；Ω
k
为DES设备集合，k为设备索引；为设备k的单位运行成本；P
k
(t)为设备k在t时刻的输出功率；
[0019](2)环境成本，其特征在于：具体表达式为
[0020][0021]式中，γ表示碳税，元/吨；α为碳排放强度，kg/kWh；P
eb
(t)为DES从公共电网购电的功率大小；
[0022](3)交易成本，其特征在于：具体表达式为
[0023][0024]式中，β
b
(t)、β
s
(t)、β
h
(t)分别为t时刻的购电价、售电价及售氢价；P
es
(t)为向公共电网售电的功率大小；P
HL
(t)表示DES的氢负荷需求，由HFCV的加氢策略决定。
[0025]作为优选，分布式能源站运行优化模型提出一种与可再生能源在能源供应占比相关的动态氢定价机制，具体表达式为
[0026][0027][0028]P
Re
(t)＝P
WT
(t)+P
PV
(t)
[0029]式中，氢价β
h
(t)可以从预定义的最小值增加到由氢价松弛变量β
h,adj
(t)调整的一定范围，η
h
为氢价松弛变量的效率函数系数；P
Ele,in
(t)为电解水的输入功率；P
Re
(t)为可再生能源总出力；P
WT
(t)为风力发电功率；P
PV
(t)为光伏发电功率。
[0030]作为优选，分布式能源站运行优化模型包括电锅炉、电解水装置、电储能、热储能及氢储能的数学模型；
[0031](1)电锅炉的数学模型为
[0032]P
EB
(t)＝η
EB
P
EB,in
(t)
[0033]式中，P
EB,in
(t)为EB的输入功率；η
EB
为制热系数；P
EB
(t)为EB的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，用以促进能源和交通系统的协调优化以提高两者的经济低碳性，并实现动态氢定价对能源和交通系统优化，其特征在于，构建基于动态氢定价的能源交通分层优化模型，并通过郊狼算法进行求解，实现分布式能源站和氢燃料汽车的经济低碳性，具体包括如下步骤：步骤1，提出一种与可再生能源占能源供应比例相关的动态氢定价机制对分布式能源站进行优化得到分布式能源站运行优化模型，以促进可再生能源制氢和降低分布式能源站运行成本；步骤2，等价聚合的氢燃料汽车在动态氢定价的指导下实现均衡加氢，最优化氢燃料汽车的加氢量及加氢时间；步骤3，实现氢燃料汽车加氢平衡和最低成本路径选择；能源交通分层优化模型考虑到分布式能源站和氢燃料汽车之间的交互性，分布式能源站运营商管理本地资源并制定动态售氢价格，氢燃料汽车在动态氢价的引导下确定其最佳加氢策略；过郊狼算法为群体智能优化算法，具备良好的局部搜索功能，采用其对大规模混合整数非线性的能源交通分层优化模型。2.根据权利要求1所述的一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，其特征在于，对于氢燃料汽车不确定性处理方法，采用模糊c均值聚类方法进行典型分类，并确定各类车在一天内的可用加氢时间。3.根据权利要求1所述的一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，其特征在于，对于分布式能源站运行优化模型，其为园区级综合能源系统，等效为多源耦合节点进行优化，忽略与长距离传输相关的网络约束。4.根据权利要求1所述的一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，其特征在于，分布式能源站运行优化模型以分布式能源站运行维护成本、环境成本和交易成本构成的总成本最小为优化目标，目标函数如下：minf
DES
＝f
ope
+f
env
+f
tra
式中，f
DES
为DES总运行成本；f
ope
为系统运行维护成本；f
env
为环境成本，主要包括从公共电网购电所造成的碳排放成本；f
tra
为交易成本，包括从电网购电成本f
eb
、向电网售电收益f
es
和售氢收益f
h
；(1)系统运行维护成本，其特征在于：具体表达式为Ω
k
＝{EB,EC,Ele,ES,TS,HS}式中，t为单位调度时间；Ω
k
为DES设备集合，k为设备索引；为设备k的单位运行成本；P
k
(t)为设备k在t时刻的输出功率；(2)环境成本，其特征在于：具体表达式为式中，γ表示碳税，元/吨；α为碳排放强度，kg/kWh；P
eb
(t)为DES从公共电网购电的功率大小；(3)交易成本，其特征在于：具体表达式为
式中，β
b
(t)、β
s
(t)、β
h
(t)分别为t时刻的购电价、售电价及售氢价；P
es
(t)为向公共电网售电的功率大小；P
HL
(t)表示DES的氢负荷需求，由HFCV的加氢策略决定。5.根据权利要求1所述的一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，其特征在于，分布式能源站运行优化模型提出一种与可再生能源在能源供应占比相关的动态氢定价机制，具体表达式为氢定价机制，具体表达式为P
Re
(t)＝P
WT
(t)+P
PV
(t)式中，氢价β
h
(t)可以从预定义的最小值增加到由氢价松弛变量β
h,adj
(t)调整的一定范围，η
h
为氢价松弛变量的效率函数系数；P
Ele,in
(t)为电解水的输入功率；P
Re
(t)为可再生能源总出力；P
WT
(t)为风力发电功率；P
PV
(t)为光伏发电功率。6.根据权利要求1所述的一种动态氢定价下低碳能源与交通系统的分层优化方法，其特征在于，分布式能源站运行优化模型包括电锅炉、电解水装置、电储能、热储能及氢储能的数学模型；(1)电锅炉的数学模型为P
EB
(t)＝η
EB
P
EB,in
(t)式中，P
EB,in
(t)为EB的输入功率；η
EB
为制热系数；P
EB
(t)为EB的输出功率；(2)电解水装置的数学模型为P
Ele
(t)＝η
Ele
P
Ele,in
(t)式中，P
Ele,in
(t)为Ele的输入功率；η
Ele
为Ele电制氢转换效率；P
Ele
(t)为Ele的输出功率；(3)储能装置包括电储能、热储能和氢储能(k＝4,5,6)，其特征在于，具体数学模型为：C
k
(t)＝(1
‑
ζ
k
)C
k
(t
‑
1)+η
k,c
P

【专利技术属性】
技术研发人员：王炼，窦真兰，杨震一，吴珠瑛，张春雁，贺林钰，徐瀚诚，韩冬，
申请(专利权)人：国网上海综合能源服务有限公司，
类型：发明
国别省市：