电热氢多元储能系统优化调度方法

侯慧，刘鹏，刘志刚，何书耘，肖振锋，姚颖

DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.20210009

研究背景
储能系统作为一种常用的可调度资源，可以提升电力系统各环节的灵活性和可靠性，是平抑功率波动和改善电能质量最有效途径之一。从目前较为成熟的储能技术来看，传统的抽水蓄能电站易受地理条件的限制，新型电池储能电站易受建设维护成本、存储容量和使用寿命等因素影响。随着各国可再生能源并网比例的逐步增加以及氢能源的开发利用技术的飞速发展，急需寻求一种可以代替传统储能的具有多元消纳和存储特性的储能技术。

本文所提的电热氢多元储能系统由能量转换设备和能量存储设备构成。能量转换设备包括：电解池、燃料电池和电加热装置，能量存储设备包括蓄电池、储氢和储热罐。通过能量转换和存储设备的协调配合，将低价电能转换为热能和氢能进行存储，并在负荷高峰时段供应，实现储能获利。多元储能结构示意图如图1所示，本文重点研究微网中多元储能的优化调度方法。

本文所提的多目标调度模型综合考虑了储能系统的经济效益、能量损耗以及微网与电网间的功率波动。由于储能系统储氢罐具有供应燃料电池和直接供应氢负荷2 种释放途径，因此模型中待优化变量主要包括调度周期内各阶段储能系统的储释量以及释放氢气直接供应氢负荷的比例。在明确目标函数和优化变量的基础上，利用多目标粒子群算法求解得出调度策略非劣解集，并利用模糊隶属度函数进行策略择优，得出最终调度策略。多目标调度模型结构框架如图2 所示。

在多目标优化问题求解过程中，传统方法通常需要将多目标转换为单目标，存在权重系数选择依靠经验判断、计算复杂、解空间单一等问题。为此，本文提出了一种改进的混合多目标粒子群优化算法，实现真正意义上的多目标求解。通过该算法可以求解得到多组具有不同利益偏好的可行方案供用户选择，满足用户的不同调度需求。最终利用模糊隶属度函数从Pareto 解集中权衡筛选出最终调度方案。

结论

1）通过优化调度系统可实现储能获利，但由于购售价格的不同，与向风光机组购电相比，向主网购电的经济性较差，并且售氢和售热将成为多元储能的主要收入来源。

2）本文所建立的多目标优化调度模型，可以提供多种可行的具有不同利益偏好的调度方案，并可择优给出一种综合效益最优的推荐方案，供用户进行选择，对满足用户的不同调度需求具有重要意义。

3）能量损耗无疑是多元储能发展应用面临的主要挑战之一，降低能量损耗将较大地限制储能的经济效益。本文所提的多目标优化调度模型可兼顾储能的经济性和高效性，实现综合效益的最优。

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本文简单的使用了典型日光伏、风电出力和系统历史负荷。实验所需的预测数据暂时没有考虑风、太阳和负载的相关性和不确定性情况。因此，如何综合考虑风能和太阳能的相关性和不确定性影响将是后续研究内容。

侯慧，博士，副教授，博导，武汉理工大学电气工程系书记、副主任，中国电力教育协会电气工程教学委员会委员，IEEE高级会员，中国电工技术学会高级会员，担任中国电工技术学会电力系统控制与保护专委会委员等。在研国家重点研发计划子题1项，国家自然科学基金面上项目1项，曾获中国电力科技创新奖一等奖1项，电力建设科学技术进步奖二等奖1项，广东省科技进步二等奖1项等。

刘鹏，硕士，师从侯慧副教授，主要从事综合能源系统规划与调度方面的研究工作。2021年毕业于武汉理工大学，现为中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司系统规划部员工。硕士期间，参与国家重点研发计划子题1项，发表论文6篇。Email: liupeng-whut@whut.edu.cn。

武汉理工大学自动化学院电气工程系侯慧副教授组建了一支科研力量雄厚的智慧电力创研团队，团队目前拥有教授1人，副教授4人，研究生50余人，承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后基金、国家重点实验室开放基金等纵向项目10余项，南方电网公司重大科技项目等横向项目30余项。团队长期致力于能源互联网、电力系统风险评估、继电保护、电气设备智能监测等领域的科研攻关、支撑服务及标准制修订，拥有RTDS、ADPSS及智能微电网实验室等多个实验仿真平台。