一种基于波浪能的含储氢微网能量管理系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种基于波浪能的含储氢微网能量管理方法及系统。

背景技术

我国的海岛数量众多，大多数海岛采用的是并网海岛，对于并网海岛微电网，其主要结构依靠海底电缆与陆地相连，从而实现连续供电。然而还有部分海岛处于偏远且地形复杂的区域，其供电可靠性难以得到保障。对于离网型电网，常规的解决方案是采用可控的柴油发电机进行电能支撑。但是，随着全球经济与技术的不断发展，能源供需矛盾日益突出。可再生能源在最近几十年得到了前所未有的快速发展，但是，现有技术中对于海岛微电网的规划设计还不够全面，大多是还是针对风能，光能以及储能进行优化设计，对于含储氢单元波浪能发电的海岛微电系统能量管理策略还存在欠缺。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于波浪能的含储氢微网能量管理方法及系统，能够形成一套稳定可靠且无污染的能量管理系统和管理策略。

本发明所采用的第一技术方案是：一种基于波浪能的含储氢微网能量管理系统，包括波浪能发电机组、光伏发电机组、蓄电池、储氢单元、微型燃气单元、用电负荷和400V直流母线：

所述波浪能发电机组和光伏发电机组通过换流器与400V直流母线相连；

所述储氢单元通过电解水系统与400V直流母线相连实现制氢，将得到的氢气用储氢单元存储；

储氢单元再通过燃料电池与400V直流母线相连实现耗氢放电；

蓄电池分别与能量捕获端400V直流母线和负荷端400V直流母线相连；

用电负荷与400V直流母线相连；

微型燃气单元通过换流器与400V直流母线相连。

本发明所采用的第二技术方案是：一种基于波浪能的含储氢微网能量管理方法，包括：

对基于波浪能的含储氢微网能量管理系统中的能源设备进行建模，得到运行初始信息；

构建基于波浪能的含储氢微网能量管理系统的能量流动关系并确定安全约束条件，得到约束方程；

判断清洁能源能否满足用电负荷的功率需求；

判断到满足用电负荷的功率需求，控制蓄电池和储氢单元进行充电；

判断到不满足用电负荷的功率需求，根据蓄电池储能值的大小，控制蓄电池、储氢单元和微型燃气单元进行放电。

进一步，所述能源设备包括波浪能发电机组、光伏发电机组、储氢单元、蓄电池。

进一步，所述判断到满足用电负荷的功率需求，控制蓄电池和储氢单元进行充电这一步骤，其具体包括：

判断到清洁能源的输出功率等于用电负荷的功率需求，控制蓄电池和储氢单元不工作；

判断到清洁能源的输出功率大于用电负荷的功率需求且未达到蓄电池的最大充电功率，控制蓄电池充电、储氢单元不工作；

判断到清洁能源的输出功率大于用电负荷的功率需求且蓄电池达到最大充电功率，控制蓄电池充电、储氢单元充电。

进一步，所述判断到满足用电负荷的功率需求，控制蓄电池和储氢单元进行充电这一步骤，还包括：

判断到蓄电池的储能值大于第一预设阈值，停止蓄电池的充电。

进一步，所述判断到不满足用电负荷的功率需求，根据蓄电池储能值的大小，控制蓄电池、储氢单元和微型燃气单元进行放电这一步骤，其具体包括：

判断到清洁能源的输出功率小于用电负荷的功率需求、蓄电池的储能值大于第二预设阈值且蓄电池的放电功率足够补充功率缺额，控制蓄电池放电、储氢单元不工作；

判断到清洁能源的输出功率小于用电负荷的功率需求、蓄电池的储能值大于第二预设阈值且蓄电池的放电功率不能补充功率缺额，控制蓄电池放电、储氢单元放电；

判断到清洁能源的输出功率小于用电负荷的功率需求、蓄电池的储能值大于第二预设阈值且结合蓄电池和储氢单元的放电功率还未能补充功率缺额，启动燃气轮机补偿缺额；

判断到清洁能源的输出功率小于用电负荷的功率需求，蓄电池的储能值小于第二预设阈值，控制储氢单元放电；

判断到清洁能源的输出功率小于用电负荷的功率需求、蓄电池的储能值小于第二预设阈值且储氢单元的放电功率不能补充功率缺额，控制储氢单元放电并启动燃气轮机补偿缺额。

本发明系统及方法的有益效果是：本发明通过只能切换运行模式，在波浪能发电机组、光伏发电机组、储能蓄电池、储氢单元以及微型燃气系统之间达到一个能量的动态平衡，对波浪能含储氢微网能量管理系统达到零排放零污染稳定且经济的运行，保证以波浪能和太阳能为主体的新能源微电网的稳定高效运行。

附图说明

图1是本发明一种基于波浪能的含储氢微网能量管理系统的结构框图；

图2是本发明一种基于波浪能的含储氢微网能量管理方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

如图1所示，本发明提供了一种基于波浪能的含储氢微网能量管理系统，1.包括波浪能发电机组、光伏发电机组、蓄电池、储氢单元、微型燃气单元、用电负荷和400V直流母线：

所述波浪能发电机组和光伏发电机组通过换流器与400V直流母线相连；

所述储氢单元通过电解水系统与400V直流母线相连实现制氢，将得到的氢气用储氢系统存储；

储氢系统再通过燃料电池与400V直流母线相连实现耗氢放电；

蓄电池分别与能量捕获端400V直流母线和负荷端400V直流母线相连；

用电负荷与400V直流母线相连；

微型燃气单元与400V直流母线相连。

对于上述器件，通过一种含波浪能的含储氢微网能量管理策略进行控制，实现各机组协调运行。

如图2所示，一种基于波浪能的含储氢微网能量管理方法，包括以下步骤：

S1、对基于波浪能的含储氢微网能量管理系统中的能源设备进行建模，得到运行初始信息；

具体地，根据浪高、风速和光照计算出波浪能发电机第t小时的输出功率P

S2、构建基于波浪能的含储氢微网能量管理系统的能量流动关系并确定安全约束条件，得到约束方程；

微网能量管理系统包括下列安全约束条件：

(1)蓄电池混合约束方程：

上式中，n为储氢单元运行机组的数量，

(2)蓄电池约束方程：

上式中，P

(3)微型燃气单元约束方程：

上式中，P

(4)功率平衡约束方程：

上式中，P

S3、判断清洁能源能否满足用电负荷的功率需求；

以海岛微电网任意时刻t为运行策略研究对象，系统净功率为P

S4、判断到满足用电负荷的功率需求，控制蓄电池和储氢单元进行充电；

若此时可再生能源的输出功率刚好能够满足常规负荷的功率需求，即P

则此时蓄电池和储氢单元不工作，由太阳能、波浪能完全提供负荷需要的能量，即P

若此时可再生能源的输出功率能够满足常规负荷的功率需求，即-P

如若储能蓄电池达到最大充电功率，并且还有功率余额，则启动储氢单元。如若剩余功率没有达到储氢单元的最大负荷，即

式中，P

则剩下的能量用作储氢所消耗的能量：

式中，

如若能量充足，储能蓄电池的SOC

此时：

如若能量充足，储能蓄电池的SOC

则剩余功率由储能蓄电池继续储能。

如若此时充电功率小于最大充电功率，即P

如若此时充电功率大于最大充电功率P

上式中，P

S5、判断到不满足用电负荷的功率需求，根据蓄电池储能值的大小，控制蓄电池、储氢单元和微型燃气单元进行放电。

若可再生能源出力不够满足常规负荷的功率需求时，即：

P

则此时应该停止储氢单元的储氢和储能蓄电池的充电，而优先保证常规负荷的功率需求，即

如果蓄电池有足够的储能(SOC

蓄电池的放电功率为：

P

式中，P

若此时如果蓄电池的放电功率不能补充功率缺额，则由储氢单元补充能量。如若储氢单元能满足能量补充，即：

此时，由蓄电池和储氢单元同时供能，蓄电池以最大功率供能，有P

若储氢单元达到最大放电功率，且还未能满足能量补充，即：

此时，属于系统的极端状态，此时负荷功率为

当出现功率缺额时，首先应由储能蓄电池优先动作补充功率缺额，如果蓄电池储能(SOC

则蓄电池的输出功率为P

在蓄电池储能(SOC

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于：所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现如上所述一种基于波浪能的含储氢微网能量管理方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。