新能源制氢系统运行控制策略研究

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氢能作为未来的主要能源之一,其利用广泛、来源材料易取,较电能有储存量大、运输方式灵活的特点,利用新能源制氢系统大规模制取氢气,以此解决新能源的消纳问题和加速向氢能社会的转型,是一种可行的措施。而新能源制氢系统目前有许多需要解决的技术问题,主要包括了运行控制策略、储能及其容量配置、能量管理及电解水制氢技术。本文针对新能源制氢系统的运行控制策略进行研究,主要的工作有以下几点:构建新能源制氢系统,并提出了系统各单元控制策略。建立了风力发电系统、光伏发电系统、碱性电解槽等系统单元数学模型及控制方法,实现系统各单元功率控制。针对大规模具有间歇性新能源制氢系统的优化运行问题,提出了一种基于电解槽启停特性的日前出力优化模型。考虑实时电价变化、多电解槽运行状态和新能源的间歇性,满足功率平衡约束和电解槽生产约束等约束条件,建立了以系统运行成本最低的制氢系统日前出力优化模型,降低系统运行成本。考虑到日前预测信息带来的不确定问题,提出了基于模型预测控制的运行控制策略。首先,将风光最大出力,电解槽状态等作为系统干扰变量,电解功率、电网购电功率等作为控制变量,蓄电池SOC和储氢罐压强作为状态变量,建立了系统状态空间表达式。其次,将日前生产计划的蓄电池SOC、储氢罐压强日内变化曲线和购电功率始终为0作为参考目标,考虑蓄电池SOC等系统约束,建立了滚动优化控制模型。最后,在优化问题求解过程中引入在线修改电解槽状态值,实现了电解槽工作状态向热待机状态的转变。结果表明:基于模型预测控制的控制策略能够实现多控制目标跟踪,在权重因子R大于2000,控制时域Nc大于3时,滚动优化控制策略具有良好的跟踪效果;参数确定后,在优化模型有解时,按优化解(即控制变量)运行,能够抵抗新能源和氢负荷不确定性的干扰;与不同策略的运行结果进行比较,策略一和策略二下的系统运成本策略是本文的控制策略成本的1.21倍和1.144倍,证明了本文提出的控制策略在经济性方面的优越性。
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