一种风电和可逆燃料电池共同参与电力市场运行优化方法

摘要

本发明公开一种风电和可逆燃料电池共同参与电力市场运行优化方法，将风力发电场与可补偿风力预报不确定性的灵活技术可逆燃料电池相结合，赋予风电更多对电网供电的控制权；与可调控设备rSOC协调参与电力市场，可以有效降低风电参与电力市场运行的风险，在风电的预测出力大于实际出力时，综合考虑天然气、电力和氢气的经济性基础上，控制可逆燃料电池工作于燃料电池模式，用天然气来生产电力，弥补风电出力不足；亦可以在风电的预测出力小于实际出力时，综合考虑天然气、电力和氢气的经济性基础上，控制可逆燃料电池工作于电解模式，将冗余的电力转化为氢气从而增加收入，提高经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及风电参与电力市场领域，具体是一种风电和可逆燃料电池共同参与电力市场运行优化方法。

背景技术

为了减少排放和提高能源供应的安全性，可再生发电技术(主要是风力涡轮机)的装机容量不断增加。风电出力的不确定性和不可控性给风电场参与电力市场带来了风险，因为风电的预测(决定了风电的供应量)往往偏离风电实际出力，从而导致不平衡的惩罚成本。因此，将风力发电场与可补偿风力预报不确定性的灵活技术相结合，可以赋予运营商更多对电网供电的控制权。可逆燃料电池具有气电双向转换的功能，可作为能量转换装置，在电解模式下将多余的电能转化为氢气，在燃料电池模式下可将氢气或天然气转化为电能。通过与可调控设备可逆燃料电池协调参与电力市场，可以有效降低风电参与电力市场运行的风险，提高能源利用效率，最大化协调系统参与电力市场运行优化的利润。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电和可逆燃料电池共同参与电力市场运行优化方法，本发明优化方法将风力发电场与可补偿风力预报不确定性的灵活技术可逆燃料电池相结合，可以赋予风电更多对电网供电的控制权；与可调控设备rSOC协调参与电力市场，可以有效降低风电参与电力市场运行的风险，在风电的预测出力大于实际出力时，综合考虑天然气、电力和氢气的经济性基础上，控制可逆燃料电池工作于燃料电池模式，用天然气来生产电力，弥补风电出力不足；亦可以在风电的预测出力小于实际出力时，综合考虑天然气、电力和氢气的经济性基础上，控制可逆燃料电池工作于电解模式，将冗余的电力转化为氢气从而增加收入，提高经济效益。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种风电和可逆燃料电池共同参与电力市场运行优化方法，优化方法包括以下步骤：

S1:建立风电和可逆燃料电池的共同决策者在两者协同参与电力市场运行优化时最大化利润的目标函数，数学模型为：

S2:建立风电参与电力市场的利润模型：

S3:建立可逆燃料电池参与电力市场的利润模型：

S4:建立可逆燃料电池工作于燃料电池模式下的利润模型：

S5:建立可逆燃料电池工作于电解模式下的利润模型：

S6:建立风电和可逆燃料电池共同参与电力市场不平衡利润的模型：

S7:建立衡量风电和可逆燃料电池协调系统参与电力市场的整体利润风险的CVaR模型：

S8:建立风电参与电力市场运行的约束条件，各约束条件的模型如下：

S9:建立可逆燃料电池参与电力市场运行的约束条件，各约束条件的模型如下：

对于可逆燃料电池处于燃料电池模式下的约束模型为：

其中，

对于可逆燃料电池处于电解模式下的约束模型为：

其中，

为了保证rSOC在任何一个时刻只工作于一种工作状态，添加如下约束模型：

为保证可逆燃料电池工作于燃料电池模式和电解模式下前后两个时刻实际运行功率的变化在允许的范围之内，添加如下约束模型：

其中，

S10：建立正功率偏差

S11：建立竞标曲线非递减的约束模型：

S12：建立竞标曲线非预期的约束模型：

进一步的，所述步骤S1中EP表示总利润，VWD

进一步的，所述步骤S2中

进一步的，所述步骤S3中，

进一步的，所述步骤S4中，

进一步的，所述步骤S5中，

进一步的，所述步骤S6中，

进一步的，所述步骤S7中，π

进一步的，所述步骤S8中，

进一步的，所述可逆燃料电池工作模式有：模式一为燃料电池模式，将氢气/天然气转换成电能；模式二为：电解模式，将电能转换成氢气，在电解模式下进一步将氢气甲烷化转换成天然气。

本发明的有益效果：

1、本发明优化方法将风力发电场与可补偿风力预报不确定性的灵活技术可逆燃料电池相结合，可以赋予风电更多对电网供电的控制权；

2、本发明优化方法与可调控设备rSOC协调参与电力市场，可以有效降低风电参与电力市场运行的风险，在风电的预测出力大于实际出力时，综合考虑天然气、电力和氢气的经济性基础上，控制可逆燃料电池工作于燃料电池模式，用天然气来生产电力，弥补风电出力不足；亦可以在风电的预测出力小于实际出力时，综合考虑天然气、电力和氢气的经济性基础上，控制可逆燃料电池工作于电解模式，将冗余的电力转化为氢气从而增加收入，提高经济效益。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种风电和可逆燃料电池共同参与电力市场运行优化方法，在风电的预测出力大于实际出力时，综合考虑天然气、电力和氢气的经济性基础上，控制可逆燃料电池工作于燃料电池模式，用天然气来生产电力，弥补风电出力不足；亦可以在风电的预测出力小于实际出力时，综合考虑天然气、电力和氢气的经济性基础上，控制可逆燃料电池工作于电解模式，将冗余的电力转化为氢气从而增加收入，提高经济效益。具体的工作模式，可依据所建立的数学模型进行仿真优化后综合决策，具体包括以下步骤：

S1：建立风电和可逆燃料电池的共同决策者在两者协同参与电力市场运行优化时最大化利润的目标函数，数学模型为：

其中，EP表示总利润，VWD

S2：建立风电参与电力市场的利润模型：

其中，

S3：建立可逆燃料电池参与电力市场的利润模型：

其中，

S4：建立可逆燃料电池工作于燃料电池模式下的利润模型：

其中，

S5：建立可逆燃料电池工作于电解模式下的利润模型：

其中，

S6：建立风电和可逆燃料电池共同参与电力市场不平衡利润的模型：

其中，

S7：建立衡量风电和可逆燃料电池协调系统参与电力市场的整体利润风险的CVaR模型：

其中，π

S8：建立风电参与电力市场运行的约束条件，各约束条件的模型如下：

其中，

S9：建立可逆燃料电池参与电力市场运行的约束条件，各约束条件的模型如下：

对于可逆燃料电池处于燃料电池模式下的约束模型为：

其中，

对于可逆燃料电池处于电解模式下的约束模型为：

其中，

为了保证rSOC在任何一个时刻只工作于一种工作状态，添加如下约束模型：

为保证可逆燃料电池工作于燃料电池模式和电解模式下前后两个时刻实际运行功率的变化在允许的范围之内，添加如下约束模型：

其中，

S10：建立正功率偏差

S11：建立竞标曲线非递减的约束模型：

S12：建立竞标曲线非预期的约束模型：

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。