中国电力 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (10): 33-42.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209013
• 面向新型电力系统的氢能及其系统集成控制关键技术 • 上一篇 下一篇
胡臻达1(), 姜文瑾2, 张林垚1, 杨晓东2, 邹艺超1(
), 王凯3
收稿日期:
2022-09-05
出版日期:
2023-10-28
发布日期:
2023-10-31
作者简介:
胡臻达(1986—),男,硕士,从事电力系统规划和运行研究,E-mail: huzhenda@163.com基金资助:
Zhenda HU1(), Wenjin JIANG2, Linyao ZHANG1, Xiaodong YANG2, Yichao ZOU1(
), Kai WANG3
Received:
2022-09-05
Online:
2023-10-28
Published:
2023-10-31
Supported by:
摘要:
以氢储能系统为基础,构建了风力发电和氢储能系统为主的混合微电网系统。本文对氢储能系统中的电解槽、燃料电池和储氢罐的容量进行了优化配置。综合考虑微电网的经济成本、供电可靠性和弃风率3个指标,构建了氢储能系统的容量优化配置模型;分别采用典型日和场景集的风电出力和负荷,建立氢储能系统的容量优化模型,以反映风电出力和负荷的随机性对优化结果的影响;采用动态权重的改进猫群算法对所提氢储能系统的容量优化配置模型进行求解。通过算例验证了改进猫群算法的可行性,同时也证明了所提氢储能系统容量优化配置模型的合理性。
胡臻达, 姜文瑾, 张林垚, 杨晓东, 邹艺超, 王凯. 基于改进猫群算法的氢储能容量优化配置[J]. 中国电力, 2023, 56(10): 33-42.
Zhenda HU, Wenjin JIANG, Linyao ZHANG, Xiaodong YANG, Yichao ZOU, Kai WANG. Optimal Allocation of Hydrogen Storage Capacity Based on Improved Cat Swarm Optimization[J]. Electric Power, 2023, 56(10): 33-42.
场景 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
概率/% | 12 | 27 | 10 | 28 | 23 |
表 1 削减后的场景集概率
Table 1 The probability of cutting back the scenario set
场景 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
概率/% | 12 | 27 | 10 | 28 | 23 |
参数 | 数值 | |
电解槽的投资系数 ρ1/(元·kW–1) | 200 | |
燃料电池的投资系数 ρ2/(元·kW–1) | 2300 | |
储氢罐的投资系数 ρ3/(元·kW–1) | 800 | |
电解槽的使用年限 n1/年 | 20 | |
燃料电池的使用年限 n2/年 | 10 | |
储氢罐的使用年限 n3/年 | 10 | |
电氢转换效率 η1 | 0.6 | |
储氢罐的存储效率 η2 | 0.6 | |
年利率 r | 0.067 |
表 2 氢储能系统的参数
Table 2 Parameters of hydrogen storage system
参数 | 数值 | |
电解槽的投资系数 ρ1/(元·kW–1) | 200 | |
燃料电池的投资系数 ρ2/(元·kW–1) | 2300 | |
储氢罐的投资系数 ρ3/(元·kW–1) | 800 | |
电解槽的使用年限 n1/年 | 20 | |
燃料电池的使用年限 n2/年 | 10 | |
储氢罐的使用年限 n3/年 | 10 | |
电氢转换效率 η1 | 0.6 | |
储氢罐的存储效率 η2 | 0.6 | |
年利率 r | 0.067 |
参数 | 数值 | |
分组率 | 0.75 | |
维度变化数 | 0.65 | |
维度变化域 | 0.25 | |
记忆池 | 5.00 | |
c1 | 2.05 |
表 3 猫群算法的参数
Table 3 Parameters of cat swarm optimization
参数 | 数值 | |
分组率 | 0.75 | |
维度变化数 | 0.65 | |
维度变化域 | 0.25 | |
记忆池 | 5.00 | |
c1 | 2.05 |
场景 类型 | 案例 | 电解槽容量/ MW | 燃料电池容量/ MW | 储氢罐容量/ MW | f1/元 | f2/% | f3/% | |||||||
典型日 | 1 | 1.16 | 0.78 | 2.16 | 2022 | 3.54 | 5.66 | |||||||
2 | 1.66 | 0.90 | 3.02 | 2656 | 3.27 | 4.64 | ||||||||
3 | 1.72 | 0.94 | 4.59 | 3080 | 2.84 | 2.98 | ||||||||
场景集 | 4 | 1.21 | 0.81 | 2.25 | 2111 | 3.50 | 5.53 | |||||||
5 | 1.93 | 1.15 | 3.46 | 3202 | 3.04 | 3.90 | ||||||||
6 | 2.12 | 1.23 | 5.10 | 3750 | 2.58 | 2.23 |
表 4 氢储能系统的优化结果
Table 4 Optimization results of hydrogen storage system
场景 类型 | 案例 | 电解槽容量/ MW | 燃料电池容量/ MW | 储氢罐容量/ MW | f1/元 | f2/% | f3/% | |||||||
典型日 | 1 | 1.16 | 0.78 | 2.16 | 2022 | 3.54 | 5.66 | |||||||
2 | 1.66 | 0.90 | 3.02 | 2656 | 3.27 | 4.64 | ||||||||
3 | 1.72 | 0.94 | 4.59 | 3080 | 2.84 | 2.98 | ||||||||
场景集 | 4 | 1.21 | 0.81 | 2.25 | 2111 | 3.50 | 5.53 | |||||||
5 | 1.93 | 1.15 | 3.46 | 3202 | 3.04 | 3.90 | ||||||||
6 | 2.12 | 1.23 | 5.10 | 3750 | 2.58 | 2.23 |
1 | 杜刚, 赵冬梅, 刘鑫. 计及风电不确定性优化调度研究综述[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43 (7): 2608- 2627. |
DU Gang, ZHAO Dongmei, LIU Xin. Research review on optimal scheduling considering wind power uncertainty[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43 (7): 2608- 2627. | |
2 | 申建建, 王月, 程春田, 等. 水风光多能互补发电调度问题研究现状及展望[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42 (11): 3871- 3885. |
SHEN Jianjian, WANG Yue, CHENG Chuntian, et al. Research status and prospect of generation scheduling for hydropower-wind-solar energy complementary system[J]. Proceedings of the CSEE, 2022, 42 (11): 3871- 3885. | |
3 | 杨洪明, 刘俊鹏, 梁芮, 等. 考虑动态功率调节裕度的高比例风电系统水-火-荷分布鲁棒优化调度[J]. 系统工程理论与实践, 2021, 41 (9): 2327- 2337. |
YANG Hongming, LIU Junpeng, LIANG Rui, et al. Distributionally robust optimal dispatching of hydro-thermal-load resources for high penetration of wind system with dynamic power regulation margin[J]. Systems Engineering-Theory & Practice, 2021, 41 (9): 2327- 2337. | |
4 | 王激华, 叶夏明, 秦如意, 等. 基于指数型下垂控制的氢电混合储能微网协调控制策略研究[J]. 中国电力, 2023, 56 (7): 43- 53. |
WANG Jihua, YE Xiaming, QIN Ruyi, et al. Research on coordinated control strategy of hydrogen-electric hybrid energy storage microgrid based on exponential-function-based droop control[J]. Electric Power, 2023, 56 (7): 43- 53. | |
5 | 肖白, 刘健康, 张博, 等. 考虑阶梯碳交易和需求响应的含氢储能的并网型微电网优化配置[J]. 电力自动化设备, 2023, 43 (1): 121- 129. |
XIAO Bai, LIU Jiankang, ZHANG Bo, et al. Optimal configuration of grid-connected microgrid with hydrogen energy storage considering ladder-type carbon trading and demand response[J]. Electric Power Automation Equipment, 2023, 43 (1): 121- 129. | |
6 | 韩莹, 于三川, 李荦一, 等. 计及阶梯式碳交易的风光氢储微电网低碳经济配置方法[J]. 高电压技术, 2022, 48 (7): 2523- 2533. |
HAN Ying, YU Sanchuan, LI Luoyi, et al. Low-carbon and economic configuration method for solar hydrogen storage microgrid including stepped carbon trading[J]. High Voltage Engineering, 2022, 48 (7): 2523- 2533. | |
7 | 徐潇源, 王晗, 严正, 等. 能源转型背景下电力系统不确定性及应对方法综述[J]. 电力系统自动化, 2021, 45 (16): 2- 13. |
XU Xiaoyuan, WANG Han, YAN Zheng, et al. Overview of power system uncertainty and its solutions under energy transition[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45 (16): 2- 13. | |
8 | 荆涛, 陈庚, 王子豪, 等. 风光互补发电耦合氢储能系统研究综述[J]. 中国电力, 2022, 55 (1): 75- 83. |
JING Tao, CHEN Geng, WANG Zihao, et al. Research overview on the integrated system of wind-solar hybrid power generation coupled with hydrogen-based energy storage[J]. Electric Power, 2022, 55 (1): 75- 83. | |
9 | 郭苏, 何意, 阿依努尔·库尔班, 等. 基于多储能技术经济性比较的可再生能源发电系统多目标容量优化[J]. 太阳能学报, 2022, 43 (10): 424- 431. |
GUO Su, HE Yi, AYNUR K, et al. Multi-objective capacity optimization of renewable energy generation system based on economic comparison of multi-energy storage technologies[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2022, 43 (10): 424- 431. | |
10 |
魏繁荣, 随权, 林湘宁, 等. 考虑制氢设备效率特性的煤风氢能源网调度优化策略[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38 (5): 1428- 1439.
DOI |
WEI Fanrong, SUI Quan, LIN Xiangning, et al. Energy control scheduling optimization strategy for coal-wind-hydrogen energy grid under consideration of the efficiency features of hydrogen production equipment[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38 (5): 1428- 1439.
DOI |
|
11 |
丛琳, 王楠, 李志远, 等. 电解水制氢储能技术现状与展望[J]. 电器与能效管理技术, 2021, (7): 1- 7, 28.
DOI |
CONG Lin, WANG Nan, LI Zhiyuan, et al. Present situation and prospect of energy storage technology for hydrogen production by electrolysis of water[J]. Electrical & Energy Management Technology, 2021, (7): 1- 7, 28.
DOI |
|
12 |
李建林, 李光辉, 梁丹曦, 等. “双碳目标”下可再生能源制氢技术综述及前景展望[J]. 分布式能源, 2021, 6 (5): 1- 9.
DOI |
LI Jianlin, LI Guanghui, LIANG Danxi, et al. Review and prospect of hydrogen production technology from renewable energy under targets of carbon peak and carbon neutrality[J]. Distributed Energy, 2021, 6 (5): 1- 9.
DOI |
|
13 |
程一步, 王晓明, 李杨楠, 等. 中国氢能产业2020年发展综述及未来展望[J]. 当代石油石化, 2021, 29 (4): 10- 17.
DOI |
CHENG Yibu, WANG Xiaoming, LI Yangnan, et al. China’s hydrogen energy industry in 2020 and future prospects[J]. Petroleum & Petrochemical Today, 2021, 29 (4): 10- 17.
DOI |
|
14 |
熊宇峰, 司杨, 郑天文, 等. 基于主从博弈的工业园区综合能源系统氢储能优化配置[J]. 电工技术学报, 2021, 36 (3): 507- 516.
DOI |
XIONG Yufeng, SI Yang, ZHENG Tianwen, et al. Optimal configuration of hydrogen storage in industrial park integrated energy system based on stackelberg game[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36 (3): 507- 516.
DOI |
|
15 |
司杨, 陈来军, 陈晓弢, 等. 基于分布鲁棒的风-氢混合系统氢储能容量优化配置[J]. 电力自动化设备, 2021, 41 (10): 3- 10.
DOI |
SI Yang, CHEN Laijun, CHEN Xiaotao, et al. Optimal capacity allocation of hydrogen energy storage in wind-hydrogen hybrid system based on distributionally robust[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41 (10): 3- 10.
DOI |
|
16 |
李奇, 赵淑丹, 蒲雨辰, 等. 考虑电氢耦合的混合储能微电网容量配置优化[J]. 电工技术学报, 2021, 36 (3): 486- 495.
DOI |
LI Qi, ZHAO Shudan, PU Yuchen, et al. Capacity optimization of hybrid energy storage microgrid considering electricity-hydrogen coupling[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36 (3): 486- 495.
DOI |
|
17 | 高乾恒, 黄帅飞, 李二超, 等. 市场环境下含氢储能的售电公司优化调度[J]. 电力建设, 2019, 40 (4): 42- 48. |
GAO Qianheng, HUANG Shuaifei, LI Erchao, et al. Optimal dispatching of electricity retailers considering hydrogen storage in the electricity market[J]. Electric Power Construction, 2019, 40 (4): 42- 48. | |
18 | 窦真兰, 张春雁, 赵慧荣, 等. 含氢能汽车负荷的住宅光-氢耦合能源系统容量优化配置[J]. 中国电力, 2023, 56 (7): 54- 65. |
DOU Zhenlan, ZHANG Chunyan, ZHAO Huirong, et al. Optimal capacity configuration of residential solar-hydrogen coupling energy system with hydrogen vehicle load[J]. Electric Power, 2023, 56 (7): 54- 65. | |
19 | 朱显辉, 胡旭, 师楠, 等. 考虑氢储动态效率的电氢耦合微网长期容量优化[J]. 高电压技术, 2023, 49 (3): 1128- 1139. |
ZHU Xianhui, HU Xu, SHI Nan, et al. Long-term capacity optimization of electrohydrogen coupled microgrid considering dynamic efficiency of hydrogen storage[J]. High Voltage Engineering, 2023, 49 (3): 1128- 1139. | |
20 |
邓智宏, 江岳文. 考虑制氢效率特性的风氢系统容量优化[J]. 可再生能源, 2020, 38 (2): 259- 266.
DOI |
DENG Zhihong, JIANG Yuewen. Optimal sizing of a wind-hydrogen system under consideration of the efficiency characteristics of electrolysers[J]. Renewable Energy Resources, 2020, 38 (2): 259- 266.
DOI |
|
21 | 袁铁江, 杨洋, 李瑞, 等. 考虑源荷不确定性的氢能微网容量优化配置[J]. 中国电力, 2023, 56 (7): 21- 32. |
YUAN Tiejiang, YANG Yang, LI Rui, et al. Optimized configuration of hydrogen-energy microgrid capacity considering source charge uncertainties[J]. Electric Power, 2023, 56 (7): 21- 32. | |
22 | 杨国山, 朱杰, 宋汶秦, 等. 基于伊藤过程的电制氢合成氨负荷随机最优控制[J]. 中国电力, 2023, 56 (7): 66- 77. |
YANG Guoshan, ZHU Jie, SONG Wenqin, et al. Flexible Load stochastic optimal control of wind power-based hydrogen production and ammonia synthesis systems based on the Itô process[J]. Electric Power, 2023, 56 (7): 66- 77. | |
23 | 陆信辉, 周开乐, 杨善林. 能源互联网环境下基于分布鲁棒优化的能量枢纽负荷优化调度[J]. 系统工程理论与实践, 2021, 41 (11): 2850- 2864. |
LU Xinhui, ZHOU Kaile, YANG Shanlin. Optimal load dispatch of energy hub based on distributionally robust optimization approach in energy internet environment[J]. Systems Engineering-Theory & Practice, 2021, 41 (11): 2850- 2864. | |
24 |
聂晓华, 王薇. 混沌改进猫群算法及其在光伏MPPT中的应用[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36 (22): 6103- 6110.
DOI |
NIE Xiaohua, WANG Wei. Chaos improved cat swarm optimization and its application in the PV MPPT[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36 (22): 6103- 6110.
DOI |
|
25 |
张宁. 基于猫群算法的风光储微电网电源容量优化配置研究[J]. 太阳能, 2022, (4): 69- 75.
DOI |
ZHANG Ning. Research on optimized configuration of power supply capacity of wind-pv-storage energy microgrid based on cat swarm optimization[J]. Solar Energy, 2022, (4): 69- 75.
DOI |
|
26 | 卢子敬, 李子寿, 郭相国, 等. 基于多目标人工蜂鸟算法的电-氢混合储能系统最优配置[J]. 中国电力, 2023, 56 (7): 33- 42. |
LU Zijing, LI Zishou, GUO Xiangguo, et al. Optimal configuration of electricity-hydrogen hybrid energy storage system based on multi-objective artificial hummingbird algorithm[J]. Electric Power, 2023, 56 (7): 33- 42. |
[1] | 宋许鹏, 杨小洋, 樊征臻. 基于电流合成矢量轨迹特性的双馈风电场主变压器差动保护[J]. 中国电力, 2025, 58(2): 9-21. |
[2] | 丰力, 张莲梅, 韦家佳, 邓长虹, 李果, 尹家悦. 基于全生命周期经济评估的海上风电发展与思考[J]. 中国电力, 2024, 57(9): 80-93. |
[3] | 刘钟淇, 刘耀, 侯金鸣. 以深远海风电为核心的能源岛能源外送经济性分析[J]. 中国电力, 2024, 57(9): 94-102. |
[4] | 姜文瑾, 刘巧妹, 杨晓东, 阙定飞, 沈豫, 黄夏楠, 赖振华. 计及气固两相储氢特性的海上风电-多元储能系统优化配置[J]. 中国电力, 2024, 57(9): 103-112. |
[5] | 黄宁泊, 高建伟, 许传博, 徐选华, 赵舒通, 缑迅杰, 姜晓静. 基于经验挖掘与混合语言的海上风电制氢加氢港口选址研究[J]. 中国电力, 2024, 57(9): 113-123. |
[6] | 周专, 苗帅, 袁铁江. 提升风电消纳的绿氢钢铁冶炼系统动力学建模[J]. 中国电力, 2024, 57(8): 36-45. |
[7] | 王泽嘉, 韩民晓, 范溢文. 基于SVG附加电流反馈阻抗重塑的双馈风电场次/超同步振荡抑制策略[J]. 中国电力, 2024, 57(8): 55-66. |
[8] | 李丹, 秦世耀, 李少林, 贺敬. 基于混沌粒子群的双馈风电机组LVRT实测建模及暂态参数辨识[J]. 中国电力, 2024, 57(8): 75-84. |
[9] | 叶婧, 蔡俊文, 张磊, 周广浩, 何杰辉, 翟学. 考虑海缆实际载流量的海上风电集电系统拓扑优化[J]. 中国电力, 2024, 57(7): 173-181. |
[10] | 阎洁, 杨佳琳, 王航宇, 卢姣阳, 刘永前, 张磊. 基于风况预测误差自适应的海上风电场尾流偏转控制方法[J]. 中国电力, 2024, 57(3): 190-196. |
[11] | 易文飞, 朱卫平, 郑明忠. 计及数据中心和风电不确定性的微电网经济调度[J]. 中国电力, 2024, 57(2): 19-26. |
[12] | 杨国华, 祁鑫, 贾睿, 刘一峰, 蒙飞, 马鑫, 邢潇文. 基于CEEMD-SE的CNN&LSTM-GRU短期风电功率预测[J]. 中国电力, 2024, 57(2): 55-61. |
[13] | 李丹, 梁云嫣, 缪书唯, 方泽仁, 胡越, 贺帅. 基于高斯混合聚类和改进条件变分自编码的多风电场功率日场景生成方法[J]. 中国电力, 2024, 57(12): 17-29. |
[14] | 王海燕, 钱林宇. 基于NGO-VMD的混合储能功率分配策略[J]. 中国电力, 2024, 57(11): 119-128. |
[15] | 晁文浩, 袁至, 李骥. 计及电转气-风-火-核-碳捕集的多源联合系统优化调度[J]. 中国电力, 2024, 57(1): 183-194. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||