[发明专利]一种不确定性条件下可再生能源制氢系统的灵活性分析和瓶颈识别方法及系统

说明书

本发明提供一种不确定性条件下可再生能源制氢系统的灵活性分析和瓶颈识别方法及系统，灵活性分析方法以供给侧的可再生能源出力作为不确定性变量，结合系统的能量、质量守恒约束和设备操作条件约束构建灵活性分析模型，该灵活性分析模型能针对给定的各设备的配置容量，判断在供给侧可再生能源出力发生波动的情况下，能否通过调整系统的调度计划来满足系统的能量、质量守恒约束和操作条件约束，并计算出该波动情况下系统的灵活性因子，以量化系统维持供需平衡、抵抗参数波动的能力。针对灵活性不足的可再生能源制氢系统，本发明通过瓶颈识别方法识别出限制系统稳定能力的瓶颈设备，作为可再生能源制氢系统进一步改造的依据。

技术领域

本发明涉及以风、光等可再生能源为能量来源的电解制氢领域，具体涉及一种不确定性条件下可再生能源制氢系统的灵活性分析和瓶颈识别方法及系统。

背景技术

在传统制氢系统的设计优化中，常假设系统的操作参数固定不变(高校化学工程学报,2017,31(01):161-169)优化出系统的设计和调度方案。然而在可再生能源制氢系统中，风能和光能等可再生能源会随着气象条件发生波动，且波动的频率较大、具有明显的随机分布特征。在可再生能源出力偏离设计预期的情况下，假设操作参数固定不变获得的系统设计方案在实际运行时可能存在运行失效的隐患。因此，在系统供给侧的可再生能源出力发生波动的场景中，为可再生能源制氢系统开发一种新的系统设计方法和生产稳定性评估工具是十分必要的。

针对如何降低可再生能源出力波动对系统运行稳定性的影响，目前已有广泛研究。在系统设计阶段，目前常通过提高不确定性变量的预测精度来提升系统运行的稳定性。尽管随着计算能力和水平的提高(考虑不确定性的综合能源系统动态调度方法研究)，对于随机变量的预测精度逐渐提高，但预测值与真实值之间的误差是无法避免的(Journal ofPhysics:Conference Series,2019,1343(1):012103)。当预测出现误差时，系统的设计优化结果不能真实反映出系统是否能够正常运行。目前缺乏针对给定系统设计方案在不确定性场景下判断可再生能源制氢系统能否维持正常运行的方法。

在系统的操作阶段，实时调整系统的调度计划可以消纳不确定性变量波动对系统供需平衡的不利影响。系统可以通过调整可再生能源弃电率、电解槽工作功率、储电储氢单元的输入输出功率等方式，重新实现系统的供需平衡。但调整调度计划对维持系统操作稳定性的能力是有限的，在不确定性变量波动剧烈的场景中，仅依靠调整调度计划无法在每个时刻都保证系统正常运行。目前缺乏量化给定系统维持稳定能力的评估工具和系统仅通过调整自身调度计划的方式就可以消纳的不确定性变量波动范围的计算方法。

当仅通过调整调度计划的方式无法满足系统的供需平衡时，常通过增加备用设备或者为各设备的容量设置一定的冗余度来改造系统设计方案。但若每个设备都设置备用设备或增加冗余容量则会导致系统经济性降低(IEEE Transactions on Smart Grid,2016,7(6):2943-2952)。由于各个设备的工作原理和性能不同，对于抵抗不确定性变量波动对系统运行稳定性不利影响的能力也不相同，因此需要识别出对系统稳定性影响最大的瓶颈设备，通过增加瓶颈设备的容量来确定改造计划，可以在保证系统安全运行的同时提高系统的经济性。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种不确定性条件下可再生能源制氢系统的灵活性分析和瓶颈识别方法及系统，针对可再生能源制氢系统，本发明综合考虑供给侧的可再生能源出力波动幅度对系统正常运行的影响，通过灵活性分析方法提供一种评估可再生能源制氢系统维持稳定生产能力的量化工具，通过瓶颈识别方法识别出限制系统灵活性提高的瓶颈设备，为提高系统消纳供给侧波动能力的升级改造提供指导。

本发明通过以下技术方案实现：

一种不确定性条件下可再生能源制氢系统的灵活性分析方法，包括：

S1，获取可再生能源制氢系统中供给侧设备、电解槽、电池和储氢罐的配置容量；