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计及功率交互约束的含电-氢混合储能的多微电网系统容量优化配置

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电力系统保护与控制 2022年第14期50卷 53-64页

作者：李蕊睿李奇蒲雨辰李朔孙彩陈维荣西南交通大学电气工程学院四川成都610031

在混合交直流多微网系统中,其经济性和运行可靠性受到容量优化配置的影响。考虑到基于电储能以及氢储能系统(电解槽/燃料电池/储氢罐)的混合储能系统所具有的优势,建立了电-氢混合储能型多微网系统框架。其次,针对电-氢混合储能型多微... 详细信息

在混合交直流多微网系统中,其经济性和运行可靠性受到容量优化配置的影响。考虑到基于电储能以及氢储能系统(电解槽/燃料电池/储氢罐)的混合储能系统所具有的优势,建立了电-氢混合储能型多微网系统框架。其次,针对电-氢混合储能型多微网系统,提出了考虑系统的实时能量供需状态和储能状态的多微网运行控制策略。在容量优化配置模型中引入功率交互约束模型,并在配置过程中嵌入所提出的运行控制策略。最后,以算例分析证明功率交互约束的必要性,并采用灰狼-正弦余弦优化算法求解配置模型。所得配置结果优于改进灰狼算法和改进粒子群算法。通过模拟全年运行情况,验证了所提优化配置方法的有效性和电-氢混合储能系统在季节性储能上的优势。

关键词：多微网容量配置电-氢混合储能灰狼-正弦余弦优化算法

计及效率特性的电-氢混合储能直流微网经济下垂控制策略

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电力系统保护与控制 2022年第7期50卷 69-80页

作者：李荦一韩莹李奇陈晓雯蒲雨辰陈维荣西南交通大学电气工程学院四川成都610031

为实现电-氢混合储能微电网在孤岛状态下的自治经济运行,并降低系统运行对通信网络的依赖,提出一种计及效率特性的直流微网经济下垂控制策略。该控制策略充分考虑电-氢混合储能系统各子系统的工作特性,研究了系统运行与效率的关系,并构... 详细信息

为实现电-氢混合储能微电网在孤岛状态下的自治经济运行,并降低系统运行对通信网络的依赖,提出一种计及效率特性的直流微网经济下垂控制策略。该控制策略充分考虑电-氢混合储能系统各子系统的工作特性,研究了系统运行与效率的关系,并构建了计及效率特性的电-氢混合储能直流微电网系统成本函数。再结合电-氢混合储能系统的互补工作模式,驱动各系统基于成本分散地实施电-氢混合储能系统的运行方案,进而提高直流微电网的自治经济性能。最后,通过RT-LAB实验平台开展实时仿真。结果表明:所提控制策略相较于传统经济下垂控制,能够实现燃料电池和电解槽高效率区间的稳定运行,验证了效率特性对经济运行的必要性;在一天的运行实验下,其运行成本相较于传统经济下垂控制降低了10.38%,验证了所提出策略的经济性。

关键词：直流微电网效率特性电-氢混合储能经济下垂控制

计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估

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电力工程技术 2023年第3期42卷 27-35页

作者：岳大为赵文体袁行行杨明哲姜毅李练兵省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北工业大学人工智能与数据科学学院天津300130

电-氢混合储能为提高孤岛直流微电网可靠性提供了有效途径,然而不同电-氢混合储能策略也会影响系统的可靠性水平,文中针对不同电-氢混合储能运行顺序,对比分析了3种储能策略对孤岛直流微电网可靠性的影响。首先,建立氢气储能模型、蓄电... 详细信息

电-氢混合储能为提高孤岛直流微电网可靠性提供了有效途径,然而不同电-氢混合储能策略也会影响系统的可靠性水平,文中针对不同电-氢混合储能运行顺序,对比分析了3种储能策略对孤岛直流微电网可靠性的影响。首先,建立氢气储能模型、蓄电池储能模型和微电网可靠性评估指标体系;然后,计及系统元件故障,基于序贯蒙特卡洛法,提出计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估方法;最后,采用改进的RBTS BUS6 F4馈线系统对孤岛直流微电网进行可靠性评估,对比分析储能策略和电-氢混合储能容量对系统可靠性的影响。结果表明:氢储能可以有效提高系统可靠性,不同的电-氢储能策略和容量对系统可靠性具有不同的影响。

关键词：孤岛直流微电网电-氢混合储能可靠性评估蒙特卡洛法储能策略可靠性指标

考虑电解槽动态效率特性的电-氢混合储能优化运行方法

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电网技术 2023年

作者：高宇歌任洲洋程欢董朝阳吴秋莉广西电网有限责任公司电力科学研究院输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 南洋理工大学电气与电子工程学院

针对电-氢混合储能系统未充分考虑电解槽动态效率运行特性的问题，本文提出计及电-氢混合储能运行特性的区域电力系统优化运行方法。首先，构建考虑法拉第效率损失的电解槽动态运行模型，并线性化其数学模型；在分析电-氢混合储能协调... 详细信息

针对电-氢混合储能系统未充分考虑电解槽动态效率运行特性的问题，本文提出计及电-氢混合储能运行特性的区域电力系统优化运行方法。首先，构建考虑法拉第效率损失的电解槽动态运行模型，并线性化其数学模型；在分析电-氢混合储能协调运行机理的基础上，以系统运行成本最小为目标，建立计及电-氢混合储能运行特性的区域电力系统优化运行模型，并基于改进的IEEE-118系统进行仿真分析，结果表明，所提方法能提高系统整体运行效率和电解槽利用率，充分发挥电-氢储能互补优势，促进新能源高效经济消纳。

关键词：法拉第效率电-氢混合储能电解槽动态特性

电—氢混合储能交直流多微电网优化配置与能量管理

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电—氢混合储能交直流多微电网优化配置与能量管理

作者：李蕊睿西南交通大学

学位级别：硕士

为了缓解能源紧缺和环境污染的情况,微电网的概念被提出,具有绿色、环境友好性等优点的光伏发电技术等可再生能源发电技术在微电网中也得到了广泛应用。随着微电网技术的发展,多微电网系统由其可以灵活、轻易地实现区域内多个微电网间... 详细信息

为了缓解能源紧缺和环境污染的情况,微电网的概念被提出,具有绿色、环境友好性等优点的光伏发电技术等可再生能源发电技术在微电网中也得到了广泛应用。随着微电网技术的发展,多微电网系统由其可以灵活、轻易地实现区域内多个微电网间的能量交互得到了关注。微电网间的合理能量交互可以在负荷削峰填谷,降低系统的建设及运行成本、用户的用电成本和增加用电满意度等方面起到显著作用。同时,在可再生能源发电系统中配置储能装置,可以进一步提升系统的稳定性及经济性,其中,氢储能具有高效、清洁、易于储存等优点,可与电储能配合使用提高系统灵活性并降低系统购置、运行成本,因此,本文针对电-氢混合储能多微电网系统的运行可靠性和经济性问题开展相关研究具有一定意义。首先,本文研究了光伏发电系统、电储能和氢储能系统的工作机理,结合各子系统的运行特性,建立了电-氢混合储能多微电网系统模型并进行了测试验证,为后续多微电网系统优化配置和能量管理的研究奠定了基础。其次,针对电-氢混合储能多微电网系统优化配置时忽略了各子网间功率交互及交流负荷分配不合理导致的经济性下降问题,以系统综合成本为目标,提出了一种计及功率交互约束的电-氢混合储能多微电网系统优化配置方法。该方法考虑到系统多网、多源的耦合关系,设计了多微电网系统在多场景下的功率交互运行策略,并采用灰狼-正弦余弦优化算法对该优化配置问题进行了求解。通过仿真测试,证明了所提方法的各项成本更低,可增强系统的经济性及供电可靠性,并通过全年运行情况分析,进一步验证了优化配置结果较单一储能系统配置更具经济优势。最后,针对多微电网系统中由于线路阻抗差异导致的各微电网及内部各设备功率分配不合理和电能质量问题,提出了电-氢混合储能多微电网系统的能量管理方法。该方法考虑了储能系统的荷电状态实现直流微电网内部单元的能量管理,并基于超螺旋滑模算法(Super-twisting algorithm,STA)改进了 P-Us反下垂控制方法,最后,通过基于RT-LAB的半实物实验测试,证明了所提能量管理方法能够实现多微电网系统各子网及各单元能量的有效分配,且缩短了系统稳态响应时间并减小了系统间环流,提高了整体系统的电能质量和运行稳定性。

关键词：电-氢混合储能多微电网功率交互优化配置能量管理功率分配

计及阶梯式碳交易的牵引供电系统混合储能容量配置

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西南交通大学学报 2024年

作者：郭文凯王果闵永智兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州交通大学甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室

在“双碳”背景下，为推动铁路行业的低碳转型，提高新能源消纳能力，建立一种计及阶梯式碳交易的牵引供电系统电-氢混合储能容量配置模型。首先，通过考虑多源互补、新能源高效消纳等因素，构建包含新能源发电系统、电-氢混合储能系统... 详细信息

在“双碳”背景下，为推动铁路行业的低碳转型，提高新能源消纳能力，建立一种计及阶梯式碳交易的牵引供电系统电-氢混合储能容量配置模型。首先，通过考虑多源互补、新能源高效消纳等因素，构建包含新能源发电系统、电-氢混合储能系统、牵引供电系统的综合能源系统框架，并给出碳交易市场的交易方案；其次，构建规划-运行模型，规划层确定电-氢混合储能配置方案，运行层引入阶梯式碳交易机制，计算牵引供电系统的日运行成本；最后，利用改进海鸥优化算法对模型进行求解，结合牵引供电系统与新能源实测数据，验证所提模型的有效性。研究结果表明：与仅考虑阶梯式碳交易或混合储能的方案相比，系统总成本分别降低48%与36%，新能源消纳率分别提升11%与3%；与仅考虑阶梯式碳交易与单一储能介质的方案相比，系统总成本分别降低19%与40%，新能源消纳率则分别提升4%与6%。

关键词：牵引供电系统阶梯式碳交易机制新能源消纳电-氢混合储能改进海鸥算法

考虑脱网风险的区域电-氢能源系统两阶段规划方法

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电力自动化设备 2023年第12期43卷 84-92页

作者：盛康玲王小君张义志刘曌司方远北京交通大学电气工程学院北京100044

区域电-氢能源系统(REHS)在新型电力系统的占比逐渐提高,但受诸多不确定因素的影响其可能发生脱网事故。为提升REHS供能可靠性,提出一种考虑脱网风险的REHS规划方法。首先,提出考虑运营阶段、季节类型和运行时段3种因素的脱网概率统计方... 详细信息

区域电-氢能源系统(REHS)在新型电力系统的占比逐渐提高,但受诸多不确定因素的影响其可能发生脱网事故。为提升REHS供能可靠性,提出一种考虑脱网风险的REHS规划方法。首先,提出考虑运营阶段、季节类型和运行时段3种因素的脱网概率统计方法,基于风险量化方法计算脱网事故所造成的风险成本;然后,以系统全寿命周期总成本最小为优化目标,建立考虑脱网风险的REHS规划-运行两阶段模型,上层合理配置各设备容量,下层实现REHS在正常运行场景与发生脱网事故场景下的最优调度,从而从投资与运行两方面提升系统的经济性。通过算例仿真验证了所提规划方法能够降低REHS全寿命周期总成本,具有良好的经济效益。

关键词：区域电-氢能源系统电-氢混合储能供能可靠性脱网风险容量规划

风电场双电池-氢混合储能多场景运行与容量配置

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风电场双电池-氢混合储能多场景运行与容量配置

作者：裴彬辉北京交通大学

学位级别：硕士

在“双碳”背景下,风电技术飞速发展。由于风电出力的随机性和波动性,大规模风电接入电力系统在多时间尺度功率-能量平衡方面面临严峻挑战。通过在风电场配置储能,一方面有效降低大规模风电并网对电力系统稳定性造成的影响,另一方面可... 详细信息

在“双碳”背景下,风电技术飞速发展。由于风电出力的随机性和波动性,大规模风电接入电力系统在多时间尺度功率-能量平衡方面面临严峻挑战。通过在风电场配置储能,一方面有效降低大规模风电并网对电力系统稳定性造成的影响,另一方面可以满足系统的充裕度要求并减少弃电量。然而,目前风电场电池储能系统存在盈利方式单一、循环寿命较短、功率成本及自损率较高等问题,难以在保证经济性的同时满足风电场友好并网及主动支撑等多重需求。亟需寻求考虑多样化储能多场景协调运行策略的容量配置方法,从而支撑电网友好型风电场建设。为此本文以双电池-氢混合储能系统为研究对象,从系统架构与模型搭建、多功能场景优化运行及混合储能容量配置等方面展开研究,主要工作如下:首先,建立双电池-氢混合储能结构与系统模型。搭建电化学储能的数学模型包括全寿命周期损耗模型、运行模型以及成本模型;为了减少单电池模式下充放电切换次数,提出双电池储能模型,比较分析了同步和异步两种切换策略。其次,搭建氢储能系统的数学模型包括运行模型以及成本模型,详细分析了碱性电解槽、储氢罐、燃料电池的运行机理和特征。在此基础上,搭建了双电池-氢混合储能系统整体架构,提出电-氢互为备用的分层-协调运行方法。其次,基于时序生产模拟,分别研究调频、功率预测补偿和新能源消纳场景的运行策略和容量配置方法。在调频场景中,储能采用下垂控制和虚拟惯性控制的方法提供主动支撑,设置调频死区避免频繁充放电,并从考虑变流器过载运行和储能荷电不平衡度两方面对模型进行改进。在功率预测补偿场景中,设置误差带上下限减少储能切换次数,制定电主氢辅的能量管理策略。在新能源消纳场景,制定氢主电辅的能量管理策略,对比分析了电化学储能、氢储能和混合储能的经济技术情况。通过算例表明,电-氢混合储能在上述场景中均能有效改善系统技术指标,提高系统经济性。最后,研究考虑双电池-氢混合储能多场景协同运行策略的容量配置方法。在考虑场景优先级的基础上,制定计及碱性电解槽运行特性和电化学储能荷电状态不平衡的混合储能能量管理策略,以净收益最大为目标进行容量配置,并通过某风电场一年历史数据进行计算分析。算例结果表明,多场景运行策略能够显著提升储能系统经济性;电氢混合储能能够优势互补,更好的提升风电场并网质量和主动支撑能力,从而提升系统整体经济性。

关键词：时序生产模拟电-氢混合储能一次调频新能源消纳功率预测补偿储能容量配置