[发明专利]一种基于SOFC与电转气技术的微电网系统及其容量配置方法

说明书

本发明公开了一种基于SOFC与电转气技术的微电网系统及其容量配置方法，属于微电网技术领域。系统包括交流母线以及其上连接的负荷、光伏发电单元、风力发电单元、电解单元、SOFC发电单元和锂电池。容量配置方法通过运行优化规划层模型求解算法，在优化规划层决策变量约束范围内根据目标函数值生成微电网系统中各个单元的容量或者个数；从而结合环境数据生成能量管理层决策变量约束范围，根据能量管理策略，用能量管理层模型求解算法求解生成能量管理方案；根据所述能量管理方案更新所述优化规划层目标函数值，重复迭代。本发明为提高高比例新能源微电网本地消纳率提供了新的思路，通过充分考虑SOFC动静态特性，弥补了现有含SOFC微电网容量配置研究的不足。

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，更具体地，涉及一种基于SOFC与电转气技术的微电网系统及其容量配置方法。

背景技术

在化石燃料短缺和温室效应的背景下，可再生能源在全球范围内得到大力发展，我国更是作出了实现碳达峰和碳中和的重大战略决策，可再生能源在电网中的渗透率必将逐渐提高。近些年来，以风力发电和光伏发电为基础的微电网等分布式能源系统，受到越来越多的关注。

微电网中可再生能源渗透率的提高有助于实现微电网自给自足，然而由于可再生能源具有很强的随机性、波动性和间歇性，这也会给微电网供电可靠性和电能质量带来更大的挑战。电转气(Power to Gas,P2G)技术可以在可再生能源电能供应过剩的时候，将剩余电力转换为氢气或甲烷等燃料存储起来，在可再生能源电能供应不足的时候，利用存储的氢气或甲烷等燃料进行供能，具有能量密度高、存储时间长等优势。燃料电池(FuelCell,FC)通过电化学反应直接将燃料中的电化学能转化为电能，不受卡诺循环的限制，具有高效、安静、清洁、燃料多样等特点。P2G技术和燃料电池技术相配合，是一种提高微电网中可再生能源的本地利用率、保证微电网供电可靠性和电能质量的有效途径。

根据电解质的不同，燃料电池主要可以分为6种类型，其中，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种无需贵金属催化剂的中高温燃料电池，相比其他燃料电池具有制造维护成本低、无电极毒化、无漏液腐蚀、寿命长等优势，是一种热电联产装置，在园区级别的微电网中具有广阔应用前景。SOFC具有强热电耦合特性，导致其在进行稳态负载追踪时，不同功率点最大效率不同，进行动态负载追踪时，追踪时间可能达到分钟级。目前，含SOFC的微电网容量配置问题的研究大多都简单地将SOFC视为类似于柴油发电机等的可控发电装置去使用，未能充分考虑SOFC动静态负载追踪特性，这不仅会导致SOFC无法以最大效率供电，造成燃料浪费，更会危及SOFC自身和微电网整体的运行安全。因此，如何根据SOFC动静态负载追踪特性对含SOFC微电网进行容量优化配置成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明根据纯氢气SOFC动静态负载追踪特性及动静态最优化分析数据，对基于固体氧化物燃料电池与电转气技术的微电网系统容量配置问题进行研究，提供一种基于SOFC与电转气技术的微电网系统及其容量配置方法，旨在解决含固体氧化燃料电池的微电网容量配置技术问题，以实现含SOFC微电网的安全稳定经济运行。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于SOFC与电转气技术的微电网系统，包括交流母线、第一DC/AC变流单元、AC/AC变流单元、第二DC/AC变流单元、AC/DC变流单元和DC/AC双向变流单元，所述交流母线上连接有负荷、通过第一DC/AC变流单元连接有光伏发电单元、通过AC/AC变流单元连接有风力发电单元、通过AC/DC变流单元连接有电解单元、通过第二DC/AC变流单元连接有SOFC发电单元、通过DC/AC双向变流单元连接有锂电池；

所述光伏发电单元用于利用太阳能进行发电，所述风力发电单元用于利用风能进行发电，所述电解单元用于电解产生氢气并储存氢气，所述SOFC发电单元用于利用所述氢气进行发电，所述锂电池用于配合SOFC发电单元进行动态负载追踪以及储存多余电量；