[发明专利]一种基于氢储能的园区能源低碳运行调控方法

权利要求书

1.一种基于氢储能的园区能源低碳运行调控方法,其特征是，它包括以下内容：

1)园区能源系统经济调控模型

①构建基于氢储能的园区能源系统经济调控模型

园区能源系统经济调控目标函数为：

其中：min表示最小值，N为楼宇的集合，T为时段的集合，J_i,t为楼宇i在t时段的运行成本，Σ为累加符号，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

园区各楼宇能源运行成本为：

J_i,t＝J_i,t,op+J_i,t,ex+J_i,t,grid (2)

其中：J_i,t,为楼宇i在t时段的运行成本，J_i,t,grid为楼宇i在t时段与电网之间的功率交换购电成本，下标grid表示电网，J_i,t,op为各能源设备的运维成本，下标op表示运行，J_i,t,ex为各楼宇之间功率的交互成本，下标ex表示交互，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

各楼宇与电网的功率交换成本为：

J_i,t,grid＝R_i,t,gridP_i,t,grid (3)

其中：J_i,t,grid为楼宇i在t时段与电网之间的功率交换购电成本，下标grid表示电网，R_,i,t,grid为楼宇i在t时段与电网之间的购电电价，P_i,t,grid为楼宇i在t时段从电网的购电功率，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

各能源设备的运维成本为：

J_i,t,op＝f_bat,chP_bat,ch+f_bat,disP_bat,dis+f_elzP_elz+f_fcP_fc+f_ebP_eb (4)

其中：J_i,t,op为各能源设备的运维成本，下标op表示运行，P_bat,ch为蓄电池的充电功率，P_bat,dis为蓄电池的放电功率，P_elz为电解制氢功率，P_fc为燃料电池发电功率，P_eb为电锅炉功率，f_bat,ch为蓄电池充电成本系数，f_bat,dis为蓄电池放电成本系数，f_elz为电解制氢成本系数，f_fc为燃料电池发电成本系数，f_eb为电锅炉运行成本系数，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

各楼宇之间功率的交互成本为：

J_i,t,ex＝cost_ex(P_i,t,ex)² (5)

其中：J_i,t,ex为各楼宇之间功率的交互成本，下标ex表示交互，cost_ex为楼宇间交换功率的二次项系数，P_i,t,ex为楼宇i在t时段与其他楼宇的交互功率，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

②楼宇内部功率平衡约束

园区内各建筑优化问题的约束条件分为各楼宇内部约束和楼宇群全局约束；各楼宇内部约束的每个楼宇内部约束包括蓄电池、电解制氢、燃料电池、电锅炉的出力上下限约束，以及各楼宇间交互功率的上下限约束；楼宇群全局约束指的是楼宇群间的交换功率平衡约束，即全部楼宇的输入和输出功率之和为零；

楼宇群间交换功率平衡约束为：

其中：N为楼宇的集合，P_i,t,ex为楼宇i在t时段与其他楼宇的交互功率，下标ex表示交互；Σ为累加符号，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

第i个楼宇在t时段的电功率平衡约束为：

H_L,load＝P_i,t,grid-P_bat,ch+P_bat,dis+P_fc-P_elz+P_i,t,pv+P_i,t,wt+P_i,t,ex-P_eb (7)

其中：H_L,load为楼宇i在t时段的电负荷，P_i,t,pv为楼宇i在t时段的光伏发电功率，P_i,t,wt为楼宇i在t时段的风力发电功率，P_i,t,grid为楼宇i在t时段从电网的购电功率，下标grid表示电网，P_bat,ch为蓄电池的充电功率，P_bat,dis为蓄电池的放电功率，P_elz为电解制氢功率，P_fc为燃料电池发电功率，P_eb为电锅炉功率，P_i,t,ex为楼宇i在t时段与其他楼宇的交互功率，下标ex表示交互，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

第i个楼宇在t时段的热功率平衡约束为：

H_H,load＝cop_ebP_eb+η_elzP_elz+η_fcP_fc (8)

其中：H_H,load为楼宇i在t时段的热功率,η_elz为电解制氢余热回收效率，η_fc为燃料电池发电余热回收效率，P_elz为电解制氢功率，P_fc为燃料电池发电功率，P_eb为电锅炉功率，cop_eb为电锅炉制热能效比系数，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

③蓄电池运行约束

蓄电池充放电功率及荷电状态为：

其中：P_min,bat,ch为蓄电池的充电功率最小值，P_max,bat,ch为蓄电池的充电功率最大值，P_bat,ch为蓄电池的充电功率，P_min,bat,dis为蓄电池的放电功率最小值，P_max,bat,dis为蓄电池的放电功率最大值，P_bat,dis为蓄电池的放电功率，SOC_t,min为t时段蓄电池的荷电状态下限，SOC(t)为t时段蓄电池的荷电状态，SOC_t,max为t时段蓄电池的荷电状态上限，t为当前时段；

蓄电池荷电状态为：

其中：P_bat,dis为蓄电池的放电功率，P_bat,ch为蓄电池的充电功率，SOC(t)为蓄电池t时段的荷电状态，SOC(t+1)为蓄电池t+1时段的荷电状态，Δt为时间步长，W_bat为蓄电池额定容量，t为当前时段，t+1为下一时段；

④与电网交互约束

第i个楼宇与电网交互功率约束为：

P_min,i,t,grid≤P_i,t,grid≤P_max,i,t,grid (11)

其中：P_min,i,t,grid为楼宇i在t时段从电网购电功率的最小值,P_i,t,grid为楼宇i在t时段从电网购电功率，下标grid表示电网,P_max,i,t,grid为楼宇i在t时段从电网购电功率的最大值，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段；

⑤电解制氢、燃料电池及电锅炉运行约束

电解制氢、燃料电池及电锅炉运行功率约束为：

其中：P_min,fc为燃料电池发电功率下限，P_fc为燃料电池发电功率，P_max,fc为燃料电池发电功率上限，P_min,elz为电解制氢功率下限，P_elz为电解制氢功率，P_max,elz为电解制氢功率上限，P_min,eb为电锅炉功率下限，P_eb为电锅炉功率，P_max,eb为电锅炉功率上限；

⑥储热约束

系统储热约束表示为：

其中：E_h(t+1)为t+1时段储热罐的储热量，E_h(t)为t时段储热罐的储热量，H_H,load为楼宇i在t时段的热功率，η_elz为电解制氢余热回收效率，η_fc为燃料电池发电余热回收效率，P_elz为电解制氢功率、P_fc为燃料电池发电功率、P_eb为电锅炉功率，cop_eb为电锅炉制热能效比系数，E_min,h(t)为t时段的储热量最小值，E_max,h(t)为t时刻储热量最大值，t为当前时段，t+1为下一时段；

⑦储氢约束

系统储氢约束表示为：

其中：LOH(t+1)为t+1时段储氢罐的储氢量，LOH(t)为t时段储氢罐的储氢量，P_elz为电解制氢功率，P_fc为燃料电池发电功率，Δt为时间步长，C_elz为电解槽单位功率制氢量，C_fc为燃料电池单位氢气发电量，LOH_min(t)为t时段储氢罐的储氢量最小值，LOH_max(t)为t时段储氢罐的储氢量最大值，t为当前时段，t+1为下一时段；

2)基于交替方向乘子法的园区能源低碳运行调控模型求解

其中：J_i,t,为楼宇i在t时段的运行成本，J_i,t,ADMM为楼宇i在t时段交替方向乘子法下的运行成本，下标ADMM表示交替方向乘子法，J_i,t,grid为楼宇i在t时段与电网之间的功率交换购电成本，下标grid表示电网，J_i,t,op为各能源设备的运维成本，下标op表示运行，J_i,t,ex为各楼宇之间功率的交互成本，下标ex表示交互，P_bat,ch为蓄电池的充电功率，P_bat,dis为蓄电池的放电功率，P_elz为电解制氢功率，P_fc为燃料电池发电功率，P_eb为电锅炉功率，f_bat,ch为蓄电池充电成本系数，f_bat,dis为蓄电池放电成本系数，f_elz为电解制氢成本系数，f_fc为燃料电池发电成本系数，f_eb为电锅炉运行成本系数，cost_ex为楼宇间交换功率的二次项系数，P^k+1_bat,ch为楼宇i在t时段第k+1次计算的蓄电池充电功率，P^k+1_bat,dis为楼宇i在t时段第k+1次计算的蓄电池放电功率，P^k+1_elz为楼宇i在t时段第k+1次计算的电解制氢功率，P^k+1_fc为楼宇i在t时段第k+1次计算的燃料电池放电功率，P^k+1_eb为楼宇i在t时段第k+1次计算的电锅炉功率，P^k+1_i,t,grid为楼宇i在t时段第k+1次计算的从电网购电功率，P^k+1_i,t,ex为楼宇i在t时段第k+1次计算的楼宇交互功率，P^k+1_i,t,ex,av为各楼宇在t时段与其他楼宇的第k+1次计算的各楼宇交互功率的平均值，x_i^k+1为第k+1次各变量的迭代计算结果，x_i^k+1＝argmin J_i,t,ADMM为函数J_i,t,ADMM达到最小值时对应变量x_i^k+1的取值，ρ为惩罚因子，P_i,t,ex为楼宇i在t时段与其他楼宇的交互功率，P^k_i,t,ex为楼宇i在t时段与其他楼宇的第k次计算的交互功率，u^k为第k次计算的对偶变量，P^k_t,ex,av为各楼宇在t时段与其他楼宇的第k次计算的各楼宇交互功率的平均值，u^k+1为k+1次计算的对偶变量，i为楼宇编号，i＝1…N，t为当前时段，k为第k次计算，k+1为第k+1次计算，||·||₂为矩阵的2范数。