包含制氢和储能的柔性负荷系统及其控制方法和控制系统与流程

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1.本发明属于电源规划和新能源发电领域，涉及一种包含制氢和储能的柔性负荷系统及其控制方法和控制系统。

背景技术：

2.目前，随着能源转型的发展，一批大型风电光伏基地正在逐步实施，随着新能源占比进一步提高，由于新能源自身特性与能源电力需求的不匹配，未来需重点解决的问题主要包括电力供应保障和新能源消纳两个方面问题，而电力保障关系到能源安全，问题更加突出。
3.其中，关于电力供应保障和新能源消纳问题主要体现在新能源自身的不稳定性上，新能源发电量易受季节性和极端天气的影响产生较大的波动，从而导致电力供应的稳定性较差。目前，针对这一问题，常规做法是建设一定容量火电机组，而火电机组利用的煤、油以及气等燃料均为化石能源，容易造成较大的环境污染，多电且火力发电成本较高，造成电力系统整体运行成本增加。并且，新能源发电量较多时均采用弃电方式进行消纳，造成资源浪费。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术中，通过建设火电机组应对电力供应保障和新能源消纳问题时，存在环境污染、成本较高且弃电浪费的缺点，提供一种包含制氢和储能的柔性负荷系统及其控制方法和控制系统。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明第一方面，一种包含制氢和储能的柔性负荷系统，包括新能源设备、制氢设备、储能设备和输电线路；
7.输电线路一端上设置用于连接电网的电网接口，另一端依次连接新能源设备、制氢设备、储能设备和输电线路；
8.其中，新能源设备用于提供新能源电力，并通过输电线路发送至电网接口、制氢设备和储能设备中的至少一个；
9.储能设备用于存储新能源电力得到储能电力，或发送储能电力至电网接口和制氢设备中的至少一个；
10.制氢设备用于通过新能源电力制氢。
11.可选的，所述储能设备为熔盐储能设备或电化学储能设备。
12.可选的，所述熔盐储能设备包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、电加热器、换热器、汽轮机以及发电机；高温熔盐罐的进口通过电加热器与低温熔盐罐的出口连接，高温熔盐罐的出口通过换热器一侧和低温熔盐罐的进口连接；汽轮机的进口通过换热器另一侧和汽轮机的出口连接，汽轮机的动力输出端与发电机连接；电加热器通过输电线路与新能源设备连接，发电机通过输电线路与制氢设备连接。
13.可选的，所述电化学储能设备包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池中的至少一个。
14.本发明第二方面，一种上述包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法，包括：
15.获取柔性负荷系统所在电力系统的新能源发电情况；
16.当新能源发电情况为系统缺电时，关闭制氢设备并启动储能设备，通过储能设备和电网接口向电网输送储能电力；
17.当新能源发电情况为系统多电时，启动制氢设备，通过制氢设备消纳系统多电的新能源电力，当制氢设备不能完全消纳系统多电的新能源电力时，启动储能设备，将制氢设备不能消纳的系统多电的新能源电力存储至储能设备。
18.可选的，所述控制方法还包括：当储能设备的储能电力大于预设值，且存在空闲的制氢设备时，通过储能设备输送储能电力至空闲的制氢设备进行制氢。
19.可选的，所述制氢设备的功率通过如下方式得到：
20.获取预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的日电量缺额预测值；
21.通过下式得到制氢设备的功率ph：
22.ph＝max(p
hn
)
23.p
hn
＝q
stn
/q
nep
24.其中，p
hn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的制氢设备的功率计算值，q
stn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的日电量缺额预测值，q
nep
为柔性负荷系统所在电力系统的单位新能源日发电量。
25.本发明第三方面，一种上述包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制系统，包括：
26.信息获取模块，用于获取柔性负荷系统所在电力系统的新能源发电情况；
27.第一控制模块，用于当新能源发电情况为系统缺电时，关闭制氢设备并启动储能设备，通过储能设备和电网接口向电网输送储能电力；
28.第二控制模块，用于当新能源发电情况为系统多电时，启动制氢设备，通过制氢设备消纳系统多电的新能源电力，当制氢设备不能完全消纳系统多电的新能源电力时，启动储能设备，将制氢设备不能消纳的系统多电的新能源电力存储至储能设备。
29.可选的，所述控制系统还包括第三控制模块；第三控制模块用于当储能设备的储能电力大于预设值，且存在空闲的制氢设备时，通过储能设备输送储能电力至空闲的制氢设备进行制氢。
30.可选的，所述制氢设备的功率通过如下方式得到：
31.获取预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的日电量缺额预测值；
32.通过下式得到制氢设备的功率ph：
33.ph＝max(p
hn
)
34.p
hn
＝q
stn
/q
nep
35.其中，p
hn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的制氢设备的功率计算值，q
stn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的日电量缺额预测值，q
nep
为柔性负荷系统所在电力系统的单位新能源日发电量。
36.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
37.本发明包含制氢和储能的柔性负荷系统，可以作为可中断负荷应用于现有电力系
统中，该柔性负荷系统充分考虑了以新能源为主体的新型电力系统面临的严峻形势，从电力电量平衡角度，通过设置制氢设备和储能设备，一方面通过制氢设备的制氢和储能设备的储能解决新能源消纳问题，另一方面，在电力系统缺电的极端天气停止制氢，通过存储装置将电力送入电网保障电力供应。该包含制氢和储能的柔性负荷系统在不利用化石能源的情况下为电力系统中电力供应保障和新能源消纳提供了新的解决途径，为实现碳达峰、碳中和提供了新的绿发展思路，能够有效降低资源浪费、环境污染以及电力系统的运行成本，对于构建以新能源为主体的新型电力系统具有一定的借鉴意义。
附图说明
38.图1为本发明实施例的包含制氢和储能的柔性负荷系统结框图。
39.图2为本发明实施例的包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法流程图。
具体实施方式
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
41.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
42.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
43.参见图1，本发明一实施例中，提供一种包含制氢和储能的柔性负荷系统，在不利用化石能源的情况下为电力系统中电力供应保障和新能源消纳提供新的解决途径，为实现碳达峰、碳中和提供新的绿发展思路。
44.具体的，该包含制氢和储能的柔性负荷系统包括新能源设备、制氢设备、储能设备和输电线路；输电线路一端上设置用于连接电网的电网接口，另一端依次连接新能源设备、制氢设备、储能设备和输电线路；其中，新能源设备用于提供新能源电力，并通过输电线路发送至电网接口、制氢设备和储能设备中的至少一个；储能设备用于存储新能源电力得到储能电力，或发送储能电力至电网接口和制氢设备中的至少一个；制氢设备用于通过新能源电力制氢。
45.本发明包含制氢和储能的柔性负荷系统，可以作为可中断负荷应用于现有电力系统中，该柔性负荷系统充分考虑了以新能源为主体的新型电力系统面临的严峻形势，从电力电量平衡角度，通过设置制氢设备和储能设备，一方面通过制氢设备的制氢和储能设备的储能解决新能源消纳问题，另一方面，在电力系统缺电的极端天气停止制氢，通过存储装
置将电力送入电网保障电力供应。
46.在一种可能的实施方式中，所述储能设备为熔盐储能设备或电化学储能设备。
47.可选的，所述熔盐储能设备包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、电加热器、换热器、汽轮机以及发电机；高温熔盐罐的进口通过电加热器与低温熔盐罐的出口连接，高温熔盐罐的出口通过换热器一侧和低温熔盐罐的进口连接；汽轮机的进口通过换热器另一侧和汽轮机的出口连接，汽轮机的动力输出端与发电机连接；电加热器通过输电线路与新能源设备连接，发电机通过输电线路与制氢设备连接。
48.其中，通过电加热器将新能源设备提供的新能源电力转换为熔盐介质的热能，并存储至高温熔盐罐中。当需要储能设备提供储能电力时，通过换热器利用存储至高温熔盐罐中的热能，将水转换为水蒸气驱动汽轮机并带动发电机，从而产生储能电力，然后可以输送至制氢设备或通过电网接口输入电网。
49.可选的，所述电化学储能设备包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池中的至少一个，一般通常采用铅酸电池。
50.具体的，本发明包含制氢和储能的柔性负荷系统的工作方法如下：
51.1)在电力系统不缺电的正常天气，柔性负荷系统中新能源设备所发电量主要通过制氢消纳，由储能吸收多余的新能源设备的弃电，使得制氢负荷保持平稳。
52.2)在电力系统缺电的极端天气，柔性负荷系统中制氢设备停止制氢，新能源设备所发电量送入电网提供电量支撑。
53.3)在电力系统多电的极端天气，柔性负荷系统中制氢设备如有能力，还可兼顾消纳部分新能源设备的弃电。
54.参见图2，本发明再一个实施例中，提供一种包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法，可以用于控制上述实施中的包含制氢和储能的柔性负荷系统。
55.具体的，该包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法，包括以下步骤：
56.s1：获取柔性负荷系统所在电力系统的新能源发电情况。
57.s2：当新能源发电情况为系统缺电时，关闭制氢设备并启动储能设备，通过储能设备和电网接口向电网输送储能电力。
58.s3：当新能源发电情况为系统多电时，启动制氢设备，通过制氢设备消纳系统多电的新能源电力，当制氢设备不能完全消纳系统多电的新能源电力时，启动储能设备，将制氢设备不能消纳的系统多电的新能源电力存储至储能设备。
59.其中，新能源发电情况为系统缺电具体为柔性负荷系统中新能源设备的发电量小于柔性负荷系统所在电力系统的当前负荷大于发电量之间的差值。新能源发电情况为系统多电具体为柔性负荷系统中新能源设备的发电量，大于柔性负荷系统所在电力系统的当前负荷大于发电量之间的差值。
60.具体的，该控制方法从从电力电量平衡角度，在新能源发电情况为系统缺电时，通过关闭制氢设备并启动储能设备，进而由储能设备作为电量提供者为电力系统提供电量，以保证电网的电量供应。在新能源发电情况为系统多电时，启动制氢设备，通过制氢设备消纳系统多电的新能源电力，以防止新能源设备的弃电现象，同时，在制氢设备不能完全消纳系统多电的新能源电力时，启动储能设备进行辅助消耗，确保新能源电量的充分消纳。
61.在一种可能的实施方式中，所述控制方法还包括：当储能设备的储能电力大于预
设值，且存在空闲的制氢设备时，通过储能设备输送储能电力至空闲的制氢设备进行制氢。
62.具体的，在储能设备的储能电力大于预设值，且存在空闲的制氢设备时，通过空闲的制氢设备进行制氢，来消耗一部分的储能电力，保证储能设备在一个适宜的工作状态，以应对存在大量新能源电力需要消纳的情况，其中，预设值可以为储能设备额定容量的一定比例。
63.在一种可能的实施方式中，所述制氢设备的功率通过如下方式得到：获取预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的日电量缺额预测值；
64.通过下式得到制氢设备的功率ph：
65.ph＝max(p
hn
)
66.p
hn
＝q
stn
/q
nep
67.其中，p
hn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的制氢设备的功率计算值，q
stn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的日电量缺额预测值，q
nep
为柔性负荷系统所在电力系统的单位新能源日发电量。
68.其中，柔性负荷系统所在电力系统的单位新能源日发电量可以通过下式得到：
69.q
nep
＝q
ne
/p
ne
70.其中，p
ne
为新能源设备的装机功率，q
ne
为新能源日设备的日发电量。
71.本发明再一个实施例中，提供一种包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制系统，可以用于实现上述实施中的包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法。对于该实施例中未披露的细节，请参照上述控制方法实施例。
72.具体的，该包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制系统包括信息获取模块、第一控制模块以及第二控制模块。
73.其中，信息获取模块用于获取柔性负荷系统所在电力系统的新能源发电情况；第一控制模块用于当新能源发电情况为系统缺电时，关闭制氢设备并启动储能设备，通过储能设备和电网接口向电网输送储能电力；第二控制模块用于当新能源发电情况为系统多电时，启动制氢设备，通过制氢设备消纳系统多电的新能源电力，当制氢设备不能完全消纳系统多电的新能源电力时，启动储能设备，将制氢设备不能消纳的系统多电的新能源电力存储至储能设备。
74.在一种可能的实施方式中，所述控制系统还包括第三控制模块；第三控制模块用于当储能设备的储能电力大于预设值，且存在空闲的制氢设备时，通过储能设备输送储能电力至空闲的制氢设备进行制氢。
75.在一种可能的实施方式中，所述制氢设备的功率通过如下方式得到：获取预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的日电量缺额预测值；
76.通过下式得到制氢设备的功率ph：
77.ph＝max(p
hn
)
78.p
hn
＝q
stn
/q
nep
79.其中，p
hn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的制氢设备的功率计算值，q
stn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的日电量缺额预测值，q
nep
为柔性负荷系统所在电力系统的单位新能源日发电量。
80.本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现
时可以有另外的划分方式，另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理器中，也可以是单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
81.本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法的操作。
82.本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法的相应步骤。
83.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
84.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
85.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
86.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计
算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
87.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种包含制氢和储能的柔性负荷系统，其特征在于，包括新能源设备、制氢设备、储能设备和输电线路；输电线路一端上设置用于连接电网的电网接口，另一端依次连接新能源设备、制氢设备、储能设备和输电线路；其中，新能源设备用于提供新能源电力，并通过输电线路发送至电网接口、制氢设备和储能设备中的至少一个；储能设备用于存储新能源电力得到储能电力，或发送储能电力至电网接口和制氢设备中的至少一个；制氢设备用于通过新能源电力制氢。2.根据权利要求1所述的包含制氢和储能的柔性负荷系统，其特征在于，所述储能设备为熔盐储能设备或电化学储能设备。3.根据权利要求2所述的包含制氢和储能的柔性负荷系统，其特征在于，所述熔盐储能设备包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、电加热器、换热器、汽轮机以及发电机；高温熔盐罐的进口通过电加热器与低温熔盐罐的出口连接，高温熔盐罐的出口通过换热器一侧和低温熔盐罐的进口连接；汽轮机的进口通过换热器另一侧和汽轮机的出口连接，汽轮机的动力输出端与发电机连接；电加热器通过输电线路与新能源设备连接，发电机通过输电线路与制氢设备连接。4.根据权利要求2所述的包含制氢和储能的柔性负荷系统，其特征在于，所述电化学储能设备包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池中的至少一个。5.一种权利要求1至4任一项所述包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法，其特征在于，包括：获取柔性负荷系统所在电力系统的新能源发电情况；当新能源发电情况为系统缺电时，关闭制氢设备并启动储能设备，通过储能设备和电网接口向电网输送储能电力；当新能源发电情况为系统多电时，启动制氢设备，通过制氢设备消纳系统多电的新能源电力，当制氢设备不能完全消纳系统多电的新能源电力时，启动储能设备，将制氢设备不能消纳的系统多电的新能源电力存储至储能设备。6.根据权利要求5所述的包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：当储能设备的储能电力大于预设值，且存在空闲的制氢设备时，通过储能设备输送储能电力至空闲的制氢设备进行制氢。7.根据权利要求5所述的包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制方法，其特征在于，所述制氢设备的功率通过如下方式得到：获取预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的日电量缺额预测值；通过下式得到制氢设备的功率p
h
：p
h
＝max(p
hn
)p
hn
＝q
stn
/q
nep
其中，p
hn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的制氢设备的功率计算值，q
stn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的日电量缺额预测值，q
nep
为柔
性负荷系统所在电力系统的单位新能源日发电量。8.一种权利要求1至4任一项所述包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制系统，其特征在于，包括：信息获取模块，用于获取柔性负荷系统所在电力系统的新能源发电情况；第一控制模块，用于当新能源发电情况为系统缺电时，关闭制氢设备并启动储能设备，通过储能设备和电网接口向电网输送储能电力；第二控制模块，用于当新能源发电情况为系统多电时，启动制氢设备，通过制氢设备消纳系统多电的新能源电力，当制氢设备不能完全消纳系统多电的新能源电力时，启动储能设备，将制氢设备不能消纳的系统多电的新能源电力存储至储能设备。9.根据权利要求8所述的包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括第三控制模块；第三控制模块用于当储能设备的储能电力大于预设值，且存在空闲的制氢设备时，通过储能设备输送储能电力至空闲的制氢设备进行制氢。10.根据权利要求8所述的包含制氢和储能的柔性负荷系统的控制系统，其特征在于，所述制氢设备的功率通过如下方式得到：获取预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的日电量缺额预测值；通过下式得到制氢设备的功率p
h
：p
h
＝max(p
hn
)p
hn
＝q
stn
/q
nep
其中，p
hn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的制氢设备的功率计算值，q
stn
为预设时间段内柔性负荷系统所在电力系统的第n日的日电量缺额预测值，q
nep
为柔性负荷系统所在电力系统的单位新能源日发电量。

技术总结

本发明属于电源规划和新能源发电领域，公开了一种包含制氢和储能的柔性负荷系统及其控制方法和控制系统，包括新能源设备、制氢设备、储能设备和输电线路；输电线路一端上设置用于连接电网的电网接口，另一端依次连接新能源设备、制氢设备、储能设备和输电线路；其中，新能源设备用于提供新能源电力，并通过输电线路发送至电网接口、制氢设备和储能设备中的至少一个；储能设备用于存储新能源电力得到储能电力，或发送储能电力至电网接口和制氢设备中的至少一个；制氢设备用于通过新能源电力制氢。能够有效解决电力供应保障和新能源消纳问题，并且降低资源浪费、环境污染以及电力系统的运行成本。的运行成本。的运行成本。