基于電氫耦合的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法技術方案

本發(fā)明專利技術提供了一種基于電氫耦合的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，根據(jù)高速服務區(qū)的風光資源以及用戶用能特性，建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)；根據(jù)建立的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)，基于能源集線器的方法，對系統(tǒng)中各設備進行能源轉換；建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)基本模型；建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)的能源供需平衡模型；根據(jù)高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)基本模型和能源供需平衡模型，以高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)的電功率、氫功率以及未供負荷內容為約束，以高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)總成本最低為目標函數(shù)，對高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)進行規(guī)劃。本方法可以充分利用現(xiàn)有資源，大大提高了能源的利用率。的利用率。的利用率。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
基于電氫耦合的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法


[0001]本專利技術涉及電氣能源
，尤其涉及一種基于電氫耦合的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法。

技術介紹

[0002]在傳統(tǒng)化石燃料的日益短缺和能源利用效率有限的嚴峻挑戰(zhàn)下，全世界各國都在積極尋求面向未來的能源解決方案，以充分利用現(xiàn)有資源，提高能源利用率。其中，綜合能源系統(tǒng)(Integrated energy system，IES)具有明顯的優(yōu)勢，它將各種能源綜合起來考慮，實現(xiàn)了多能源間的轉換和互補，大大提高了能源利用率。此外，隨著汽車工業(yè)技術的發(fā)展，可再生能源汽車(Renewable energy vehicle，REV)近年來有了迅猛發(fā)展，市面上涌現(xiàn)出大量的新能源汽車，包括純電動汽車(Electric vehicle，EV)、混合動力電動汽車(Plug
?
in hybrid electric vehicle，PHEV)、氫燃料電池汽車(Fuel cell vehicle，F(xiàn)CV)等。在這樣的背景下，交通領域和能源領域的耦合也變得更加緊密，而高速服務區(qū)作為高速交通網(wǎng)中重要的能源補給站，需要承擔其各種能源的有效供應，其合理規(guī)劃具有重要意義。
[0003]現(xiàn)有技術中，針對高速服務區(qū)的能源規(guī)劃，僅涉及到充電站的規(guī)劃方法，主要是針對高速公路的車流情況和充電需求特點，構建了高速公路充電站的規(guī)劃模型，考慮了電動汽車的電量分布和行駛里程的影響，以高速公路中到充電站充電的電動汽車的數(shù)量期望值最大化為目標來進行充電站的站址選擇，以充電站的服務成本和顧客的等待費用之和最小為目標來優(yōu)化配置充電站的充電機臺數(shù)。建立由分布式發(fā)電、儲能裝置、電動汽車充電裝置以及常規(guī)負荷組成的電動汽車微電網(wǎng)，并與常規(guī)電網(wǎng)并網(wǎng)的高速公路服務區(qū)電動汽車直流微電網(wǎng)建設方案。上述現(xiàn)有技術的缺陷在于，對現(xiàn)有高速服務區(qū)建設主要關注其基礎配套設施，而很少關注自身能源規(guī)劃方面的問題；主要關注以充電樁建設為主，而忽略氫燃料電池汽車用能需求的問題；對于高速服務區(qū)的規(guī)劃方法，還停留在基礎設施建設的功能性規(guī)劃上，包括對停車場、商店規(guī)模、以及應急設備等層面的規(guī)劃，忽略了其作為關鍵能源供應節(jié)點所應起到的作用，雖然有的規(guī)劃方法也考慮了充電樁的建設，但是仍然脫離整體用能特性與自身風光資源特點，難以對能源進行充分的利用。
[0004]因此，亟需一種方法可以從實際情況出發(fā)，綜合考慮不同典型場景下的源、荷側基本特征，統(tǒng)一考慮充電樁和加氫機的建設的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法。

技術實現(xiàn)思路

[0005]本專利技術提供了一種基于電氫耦合的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術采取了如下技術方案。
[0007]一種基于電氫耦合的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，包括：
[0008]S1根據(jù)高速服務區(qū)的風光資源以及用戶用能特性，建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)；
[0009]S2根據(jù)建立的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)，基于能源集線器的方法，對系統(tǒng)中各設備進行能源轉換；
[0010]S3建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)基本模型；
[0011]S4建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)的能源供需平衡模型；
[0012]S5根據(jù)所述高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)基本模型和所述的能源供需平衡模型，以高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)的電功率、氫功率以及未供負荷內容為約束，以高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)總成本最低為目標函數(shù)，對所述的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)進行規(guī)劃。
[0013]優(yōu)選地，高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)包括：電能母線、冷能母線、熱能母線、氣能母線、氫能母線和交通母線，在能源供給側，光伏和風電為高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)提供清潔能源，除了高速服務區(qū)自身所制備的氫能外，額外的氫能源需求從外部購入；在能源需求側，高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)的負荷需求除了服務區(qū)本身的電、熱、冷用能外，還包括駛入服務區(qū)的車輛用能需求，其中電動汽車充電需求和燃料電池汽車加氫需求分別由充電樁和加氫機作為接口實現(xiàn)；高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)內部的能量交互通過能量轉換與儲存設備實現(xiàn)。
[0014]優(yōu)選地，基于能源集線器的方法，對系統(tǒng)中各設備進行能源轉換包括：
[0015]基于能源集線器的方法將高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)中各設備的輸出功率矩陣轉換為各設備的輸入功率矩陣，并將燃氣輪機產生的熱功率進一步劃分為可回收的熱功率和浪費的熱功率。
[0016]優(yōu)選地，高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)基本模型包括儲能模型和交通流接口中涉及到的電動汽車的充電樁和燃料電池汽車的加氫樁的模型。
[0017]優(yōu)選地，儲能模型如下式(1)
?
(6)所示：
[0018]對于
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025]其中，PSS為電儲能裝置，TSS為熱儲能裝置、HSS為氫儲能裝置，E
s
t，E
s,ini
，分別表示儲能設備s在t時刻，t
?
1時刻，t＝1時刻，t＝T時刻的能量儲備狀態(tài)；P
schart,
，P
sdis,t
，分別表示儲能系統(tǒng)s在單位時間內的充、放電功率和充、放電效率；表示儲能系統(tǒng)s的初始soc，C
s
表示儲能系統(tǒng)s的配置容量；分別表示儲能系統(tǒng)s的最小充能比例系數(shù)，最大充能比例系數(shù)，最小放能比例系數(shù)，最大放能比例系數(shù)；σ
s
為二元變量，用來確保儲能系統(tǒng)在同一時刻只能實現(xiàn)充能或者放能；用來表示
P
schar,t
與P
sdis,t
的差。
[0026]優(yōu)選地，交通流接口中涉及到的電動汽車的充電樁和燃料電池汽車的加氫樁的模型如下式(7)
?
(15)所示：
[0027]對于
[0028][0029]ρ'＝λ
EV
E(8)
[0030][0031][0032][0033]對于
[0034][0035][0036][0037][0038]其中，EV即為電動汽車，λ
EV
表示電動汽車的平均到達率，μ
EV
表示服務區(qū)單位充電樁單位時間服務率，N
CPEV
表示所配置充電樁數(shù)量或加氫樁的數(shù)量，ρ
EV
表示電動汽車的平均服務強度；V表示一般分布G的方差，E表示一般分布G的期望，W
G
表示一般分布G下的平均等待時間；ψ
EV
表示某一預期的電動汽車服務強度；表示充電樁的額定功率，表示單位時間內的電動汽車數(shù)量，表示單位電動汽車的需求功率；FCV即為燃料電池汽車，λ
FCV
表示燃料電池汽車的平均到達率，μ
FCV
表示服務區(qū)單位加氫機的單位時間服務率，N
CPFCV
表示所配置加氫機的數(shù)量，ρ
FCV
表示燃料電池汽車的平均服務強度；N
CPFCV本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于電氫耦合的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，包括：S1根據(jù)高速服務區(qū)的風光資源以及用戶用能特性，建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)；S2根據(jù)建立的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)，基于能源集線器的方法，對系統(tǒng)中各設備進行能源轉換；S3建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)基本模型；S4建立高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)的能源供需平衡模型；S5根據(jù)所述高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)基本模型和所述的能源供需平衡模型，以高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)的電功率、氫功率以及未供負荷內容為約束，以高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)總成本最低為目標函數(shù)，對所述的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)進行規(guī)劃。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)包括：電能母線、冷能母線、熱能母線、氣能母線、氫能母線和交通母線，在能源供給側，光伏和風電為高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)提供清潔能源，除了高速服務區(qū)自身所制備的氫能外，額外的氫能源需求從外部購入；在能源需求側，高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)的負荷需求除了服務區(qū)本身的電、熱、冷用能外，還包括駛入服務區(qū)的車輛用能需求，其中電動汽車充電需求和燃料電池汽車加氫需求分別由充電樁和加氫機作為接口實現(xiàn)；高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)內部的能量交互通過能量轉換與儲存設備實現(xiàn)。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于能源集線器的方法，對系統(tǒng)中各設備進行能源轉換包括：基于能源集線器的方法將高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)中各設備的輸出功率矩陣轉換為各設備的輸入功率矩陣，并將燃氣輪機產生的熱功率進一步劃分為可回收的熱功率和浪費的熱功率。4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高速服務區(qū)綜合能源系統(tǒng)基本模型包括儲能模型和交通流接口中涉及到的電動汽車的充電樁和燃料電池汽車的加氫樁的模型。5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的儲能模型如下式(1)
?
(6)所示：對于對于對于對于對于對于對于其中，PSS為電儲能裝置，TSS為熱儲能裝置、HSS為氫儲能裝置，HSS為氫儲能裝置，E
s,ini
，分別表示儲能設備s在t時刻，t
?
1時刻，t＝1時刻，t＝T時刻的能量儲備狀態(tài)；分別表示儲能系統(tǒng)s在單位時間內的充、放電功率和充、放電效
率；表示儲能系統(tǒng)s的初始soc，C
s
表示儲能系統(tǒng)s的配置容量；分別表示儲能系統(tǒng)s的最小充能比例系數(shù)，最大充能比例系數(shù)，最小放能比例系數(shù)，最大放能比例系數(shù)；σ
s
為二元變量，用來確保儲能系統(tǒng)在同一時刻只能實現(xiàn)充能或者放能；用來表示與的差。6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的交通流接口中涉及到的電動汽車的充電樁和燃料電池汽車的加氫樁的模型如下式(7)
?
(15)所示：對于對于ρ'＝λ
EV
E(8)E(8)E(8)對于對于對于對于對于其中，EV即為電動汽車，λ
EV
表示電動汽車的平均到達率，μ
EV
表示服務區(qū)單位充電樁單位時間服務率，N
CPEV
表示所配置充電樁數(shù)量或加氫樁的數(shù)量，ρ
EV
表示電動汽車的平均服務強度；V表示一般分布G的方差，E表示一般分布G的期望，W
G
表示一般分布G下的平均等待時間；ψ
EV
表示某一預期的電動汽車服務強度；表示充電樁的額定功率，表示單位時間內的電動汽車數(shù)量，表示單位電動汽車的需求功率；FCV即為燃料電池汽車，λ
FCV
表示燃料電池汽車的平均到達率，μ
FCV
表示服務區(qū)單位加氫機的單位時間服務率，N
CPFCV

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：夏明超，楊柳，陳奇芳，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：