【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电氢综合能源调度，具体涉及一种基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法。
技术介绍
1、近些年来，为了应对传统化石能源过度消耗造成的能源和环境问题，包括光伏、风电和水电在内的可再生能源装机规模迅速增长。由于可再生能源具有波动性和不稳定性，且可再生能源多分布在偏远地区，导致大量可再生能源难以被消纳。将电力系统与含有电解水制氢厂的氢能系统结合是一个解决可再生能源富余问题的有效方法。氢气不仅可以用于燃料电池汽车，还可广泛应用于发电、工业生产、供暖等多个领域。
2、然而，由于需要在可再生能源电厂附近建设制氢厂，所以可再生能源制氢厂多分布在偏远地区，而氢气用户多存在于经济发达地区，这就需要将氢气从制氢厂运输到氢气用户处。氢气可以通过船舶、氢气管拖车和管道进行运输。如文献[1]:c.shao,c.feng,m.shahidehpour,q.zhou,x.wang,and x.wang.optimal stochastic operation ofintegrated electric power and renewable energy with vehicle-based hydrogenenergy system[j].ieee transactions on power systems,2021,36(5):4310-4321.中的记载。
3、船舶运输主要适用于河流网络或海洋等水域地区，受地理限制比较大。拖车运输中的氢气可以以气态、液态固态的形式进行运输。文献[2]:程欢,任洲洋,孙志媛等.电
4、文献[3]:h.tan,y.wang,q.wang,and z.lin.day-ahead dispatch ofelectricity-hydrogen systems under solid-state transportation mode ofhydrogen energy via fv-igdt approach[j].energy,2024,300.中的记载。
5、但都只适合城市内部或相邻城市间的短途运输，在长距离、大规模氢气运输时，运输成本会显著增加。管道运输又包括氢气管道和天然气管道两种。其中，前者由于建设成本过高且现有建设长度比较短，暂时不予考虑。后者由于现有天然气管道网大且管道掺氢技术逐渐成熟，可用于大规模的氢气运输，但由于掺氢比的原因无法精确的满足用户氢负荷需求。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，首先，在天然气管道稳态模型的基础上，通过计及氢气注入，并考虑管道管存，提出了一种基于流量平衡的变掺氢比天然气掺氢运输模型；其次，基于分段线性化、分段mccormick技术和等价替换方法推导出天然气掺氢运输线性模型；最后，将天然气掺氢运输与拖车运输相结合，提出了一种管-路协同的运氢模式，并进行电-氢综合能源系统调度。该调度方法降低了求解难度，减小了运输氢气，增加了运输氢气的准确性；并且发挥了氢储能的特性，对电负荷进行了削峰填谷。
2、本专利技术采取的技术方案为：
3、基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，包括以下步骤：
4、步骤1：在天然气管道稳态模型的基础上，计及氢气注入并考虑管道管存，建立基于流量平衡的变掺氢比天然气掺氢运输模型；
5、步骤2：基于分段线性化、分段mccormick技术和等价替换方法对步骤1中的变掺氢比天然气掺氢运输模型进行线性化，建立变掺氢比天然气掺氢运输线性模型；
6、步骤3：通过模拟长管拖车的时空动力学，建立长管拖车运氢模型；
7、步骤4：考虑电力系统相关约束和天然气系统与道路系统、电力系统与天然气系统之间的耦合约束，并结合步骤2中的变掺氢比天然气掺氢运输线性模型和步骤3中的长管拖车运氢模型，建立基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度模型；
8、步骤5：在步骤4中的电氢综合能源系统调度模型基础上，考虑风电不确定性，建立电氢综合能源系统分布鲁棒调度模型，对分布鲁棒调度模型中机会约束重新表示为线性约束，最后在matlab平台上调用gurobi求解器对转化后的电氢综合能源系统调度线性模型进行求解。
9、所述步骤1中，建立的基于流量平衡的变掺氢比天然气掺氢运输模型，如下：
10、
11、式(1)中：ωsg为天然气源点集合；ωsh为氢气源点集合；ωin为流入节点m的管道集合；ωout为流出节点m的管道集合；分别为t时刻节点m处注入的天然气和氢气的体积流量；分别为t时刻从管道流出和流入节点m混合气体的体积流量；为t时刻节点m流出的混合气体体积流量；
12、
13、式(2)中：分别为t时刻从管道流出和流入节点m氢气的体积流量；为t时刻节点m流出的混合气体体积流量；
14、
15、式(3)中：ωm,t为t时刻节点m中混合气体中氢气的体积比；
16、
17、式(4)中：为t时刻节点m处的天然气负荷；
18、
19、式(5)中：ωmn,t为t时刻管道(m,n)中混合气体中氢气的体积比；
20、
21、ωm,t＝ωmn,t (7)；
22、
23、式(8)中：为t时刻管道(m,n)的平均体积流量；pm,t和pn,t分别为t时刻节点m和n的压强；为管道(m,n)的weymouth系数；
24、
25、式(10)中：和为管道(m,n)的每小时体积流量上限和下限；
26、
27、式(11)中：为管道两端最大的压强比；pm,t和pn,t分别为t时刻节点m和n的压强；
28、
29、式(12)中：管道节点压力允许最小值；管道节点压力允许最大值。
30、
31、式(13)中：bmn,t和bmn,t-1为t和t-1时刻管道(m,n)的管存量；
32、
33、式(14)中：为管道(m,n)的管存系数；
34、
35、式(15)中：ωpipe为所有天然气管道的集合；bmin表示所有管道管存量之和的最小值。
36、
37、式(16)中：和为节点m可注入天然气最大和最小体积流量；为t时刻节点m处注入的天然气体积流量。
38、
39、式(17)中：和为节点m可注入天然气最大和最小体积流量；为t时刻节点m处注入的氢气的体积流量。
40、分别为管道(m,n)的weymouth系数、管存系数，其表达式如下所示：
41、
42、式(18)和式(19)中，dmn、lmn、fmn分别为管道(m,n)的直径、长度和摩擦系数；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：所述步骤1中，建立的基于流量平衡的变掺氢比天然气掺氢运输模型，如下：
3.根据权利要求2所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：所述步骤2中，变掺氢比天然气掺氢运输模型非线性项有式(3)、式(4)、式(5)、式(8)、式(17)，其中，式(3)、式(4)、式(5)中均含有双线性项，能够直接采用分段McCormick技术进行线性化，基于式(3)，选择节点流出体积流量作为要划分的变量，其能够转化为：
4.根据权利要求3所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：式(8)、式(17)中含有高度非线性项，先进行等价替换，再使用分段线性化方法、分段McCormick技术对其进行线性转换，基于式(8)，首先进行等价替换为：
5.根据权利要求4所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：所述步骤3中，建立的长管拖车运氢模型包括拖车运行约
6.根据权利要求5所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：所述步骤4中，电力系统相关约束包括电能平衡约束、机组启停约束、有功上下限约束，可提供备用容量约束、爬坡约束和线路传输容量约束，其表达式如下：
7.根据权利要求6所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度模型以总运行成本最小为目标，具体包括：电力系统运行成本Fom、拖车运氢成本FHT，其表达式为：
8.根据权利要求7所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：所述步骤5中，首先，定义风电出力真实分布P与经验分布之间的Wasserstein距离：
9.根据权利要求8所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：式(65)的机会约束中：
10.根据权利要求9所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：电氢综合能源系统调度分布鲁棒模型中所有非线性项均以线性化，转化后的混合整数规划模型能够直接在MATLAB平台下通过CPLEX商业求解器进行求解，求解包括以下步骤：Step1:在MATLAB平台上对混合整数规划模型的输入参数进行编程；
...【技术特征摘要】
1.基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：所述步骤1中，建立的基于流量平衡的变掺氢比天然气掺氢运输模型，如下：
3.根据权利要求2所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：所述步骤2中，变掺氢比天然气掺氢运输模型非线性项有式(3)、式(4)、式(5)、式(8)、式(17)，其中，式(3)、式(4)、式(5)中均含有双线性项，能够直接采用分段mccormick技术进行线性化，基于式(3)，选择节点流出体积流量作为要划分的变量，其能够转化为：
4.根据权利要求3所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：式(8)、式(17)中含有高度非线性项，先进行等价替换，再使用分段线性化方法、分段mccormick技术对其进行线性转换，基于式(8)，首先进行等价替换为：
5.根据权利要求4所述基于管-路协同运氢的电氢综合能源系统调度方法，其特征在于：所述步骤3中，建立的长管拖车运氢模型包括拖车运行约束和为拖车与各氢能用户之间的氢气交互约束；
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪，陈顺，王秋杰，刘颂凯，李振兴，翁汉琍，廖海凤，徐蓓，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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