中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (7): 109-124.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202402052
收稿日期:
2024-02-21
接受日期:
2024-06-29
出版日期:
2024-07-28
发布日期:
2024-07-23
作者简介:
邵冲(1984—),男,博士,高级工程师,从事电力系统分析、电网运行技术研究,E-mail:shaoch_dkzx@gs.sgcc.com.cn基金资助:
Chong SHAO1(), Rongyi HU2(
), Jiao YU1(
), Mingdian WANG2(
)
Received:
2024-02-21
Accepted:
2024-06-29
Online:
2024-07-28
Published:
2024-07-23
Supported by:
摘要:
储能是平抑可再生能源波动的重要手段之一。考虑内部气体跨膜传输现象,基于质子交换膜电解槽的组件结构以及电化学和热平衡原理,构建了可描述质子交换膜电解槽物质传输以及能量转换的精细化仿真模型。在此基础上,建立了包含电化学储能、氢储能的电-氢耦合系统模型。提出了一种考虑电化学储能荷电状态与氢储能氢状态的双层协调控制策略。上层功率分配考虑了系统内电负荷和氢负荷需求变化,将电化学储能荷电状态、储氢罐氢状态作为重要约束因素,确定系统各设备的工作模式。底层控制根据设备的工作特性,采用PQ控制、VQ控制等方法实现功率追踪调整。通过多种不同运行场景的算例仿真验证了所提模型与控制方法的有效性。研究成果可为风光氢储系统控制策略优化提供支撑。
邵冲, 胡荣义, 余姣, 王明典. 考虑荷电与储氢状态的风光氢储系统动态控制仿真模型[J]. 中国电力, 2024, 57(7): 109-124.
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表 1 质子交换膜电解槽参数
Table 1 Parameters of PEM
荷电状态下限 | 荷电状态上限 | |
20 | 80 |
表 2 电化学储能单元参数
Table 2 Parameters of electrochemical energy storage units
荷电状态下限 | 荷电状态上限 | |
20 | 80 |
储氢罐体积 | 储氢罐温度 | 储氢状态下限 | 储氢状态上限 | |||
1 | 303.15 | 20 | 80 |
表 3 储氢罐参数
Table 3 Parameters of hydrogen storage tank
储氢罐体积 | 储氢罐温度 | 储氢状态下限 | 储氢状态上限 | |||
1 | 303.15 | 20 | 80 |
时间/s | 电负荷/kW | 氢负荷/(mol·s–1) | ||
[0, 20) | 650 | 0.4 | ||
[20, 40) | 1000 | 0.4 | ||
[40, 50) | 1080 | 0.6 | ||
[50, 60) | 1180 | 0.6 | ||
[60, 80) | 980 | 0.3 | ||
[80, 100] | 1280 | 0.3 |
表 4 常规运行场景中系统负荷设置
Table 4 System load settings in regular operation scenarios
时间/s | 电负荷/kW | 氢负荷/(mol·s–1) | ||
[0, 20) | 650 | 0.4 | ||
[20, 40) | 1000 | 0.4 | ||
[40, 50) | 1080 | 0.6 | ||
[50, 60) | 1180 | 0.6 | ||
[60, 80) | 980 | 0.3 | ||
[80, 100] | 1280 | 0.3 |
时间/s | 模式 | |
[0, 20) | 4 | |
[20, 40) | 12 | |
[40, 60) | 5 | |
[60, 80) | 4 | |
[80, 100] | 12 |
表 5 风光氢储系统运行模式
Table 5 Wind-photovoltaic-hydrogen-storage system operation mode
时间/s | 模式 | |
[0, 20) | 4 | |
[20, 40) | 12 | |
[40, 60) | 5 | |
[60, 80) | 4 | |
[80, 100] | 12 |
时间/s | 电负荷/kW | 氢负荷/(mol·s–1) | ||
[0, 20) | 740 | 0.45 | ||
[20, 40) | 940 | 0.45 | ||
[40, 50) | 890 | 0.45 | ||
[50, 70) | 890 | 0.5 | ||
[70, 80) | 820 | 0.5 | ||
[80, 90) | 710 | 0.3 | ||
[90, 100] | 1110 | 0.3 |
表 6 临界运行场景1中的系统负荷设置
Table 6 System load settings in scenario 1
时间/s | 电负荷/kW | 氢负荷/(mol·s–1) | ||
[0, 20) | 740 | 0.45 | ||
[20, 40) | 940 | 0.45 | ||
[40, 50) | 890 | 0.45 | ||
[50, 70) | 890 | 0.5 | ||
[70, 80) | 820 | 0.5 | ||
[80, 90) | 710 | 0.3 | ||
[90, 100] | 1110 | 0.3 |
时间/s | 模式 | 时间/s | 模式 | |||
[0, 35.3) | 12 | [70, 90) | 4 | |||
[35.3, 40) | 13 | [90, 94.5) | 12 | |||
[40, 70) | 7 | [94.5, 100] | 9 |
表 7 临界运行场景1工作模式
Table 7 Operation modes in scenario 1
时间/s | 模式 | 时间/s | 模式 | |||
[0, 35.3) | 12 | [70, 90) | 4 | |||
[35.3, 40) | 13 | [90, 94.5) | 12 | |||
[40, 70) | 7 | [94.5, 100] | 9 |
时间/s | 电负荷/kW | 氢负荷/(mol·s–1) | ||
[0,30) | 697 | 0.75 | ||
[30,60) | 710 | 0.3 | ||
[60,80) | 603 | 0.3 | ||
[80,100] | 581 | 0.3 |
表 8 临界运行场景2中的系统负荷设置
Table 8 System load settings in scenario 2
时间/s | 电负荷/kW | 氢负荷/(mol·s–1) | ||
[0,30) | 697 | 0.75 | ||
[30,60) | 710 | 0.3 | ||
[60,80) | 603 | 0.3 | ||
[80,100] | 581 | 0.3 |
时间/s | 模式 | 时间/s | 模式 | |||
[0, 10) | 1 | [30, 71.6) | 6 | |||
[10, 20) | 2 | [71.6, 80) | 8 | |||
[20, 30) | 3 | [80, 100] | 12 |
表 9 临界运行场景2工作模式
Table 9 Operation modes in scenario 2
时间/s | 模式 | 时间/s | 模式 | |||
[0, 10) | 1 | [30, 71.6) | 6 | |||
[10, 20) | 2 | [71.6, 80) | 8 | |||
[20, 30) | 3 | [80, 100] | 12 |
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