一种新能源混合制氢系统的功率动态分配方法及装置

本发明属于新能源，具体涉及一种新能源混合制氢系统的功率动态分配方法及装置。

背景技术：

1、随着可再生能源的快速发展，风光发电在电力系统中的占比日益增加，逐渐形成了新型电力系统。然而，新型电力系统中风光发电的存在随机性和波动性等特性，也给电力系统的稳定运行带来了挑战。

2、新能源的波动性和间歇性，也给绿色氢能源的生产带来了重大挑战。例如，其一，能源供应的不稳定性会影响制氢的效率和质量；再者，制氢装置(例如电解槽)运行状态的频繁调整也会增加故障风险并缩短装置的寿命；此外，也会加大制氢运行条件的精准控制，这同样会阻碍制氢工艺的优化和制氢质量的保证；最后，若再增加针对新能源的存储需求，也会增加制氢成本和制氢装置的复杂性。

3、近年来，已有一些研究针对含新能源在绿色氢能源的生产中如何进行运行功率的分配。

4、例如，专利cn116054129a给出一种基于光伏制氢的多电解槽联合运行功率分配方法，包括：建立光伏发电量预测模型，根据光伏发电量预测模型预测目标时刻的光伏发电量；对电解槽组中的电解槽进行分类，根据运行数据对电解槽组的每种类别建立至少一个运行特性模型，其中，运行数据包括每个电解槽的运行功率和产氢量数据；将所有运行特性模型进行叠加，获得综合仿真运行模型；通过预设的最优化方法确定综合仿真运行模型在光伏发电量下的最优功率分配策略，保证在多台电解槽联合运行时进行最优功率分配。

5、又有专利cn117767352a给出一种风光氢储系统运行优化控制方法，包括：在风光氢储系统数学模型的基础上建立平抑风光波动模型，得到平抑风光波动模型的输出功率；将平抑风光波动模型的输出功率输入由碱性电解水制氢与质子交换膜电解水制氢耦合运行的电解槽中，优化电解槽耦合运行策略；分别建立以风光消纳总功率最大和风光氢储系统总运行成本最小为目标函数的双层优化模型；采用改进的鹈鹕优化算法对双层优化模型进行求解，得出风光氢储系统的总风光消纳功率以及运行成本。该方案提高了风光氢储系统的制氢效率，实现了风光氢储系统的运行优化，大大节省了经济成本，保证了系统的稳定性。

6、然而，如上述方案的现有技术，含波动性、间歇性新能源在与混合电解槽制氢装置运行特性的耦合能力上还存在匹配精度不足、实时性较差的问题。

7、因此，如何对新能源混合制氢系统的功率进行动态分配，以提升新能源波动功率与混合制氢间的源荷平衡水平、制氢微电网稳定性，实现混合制氢能量平衡水平高、制氢效率高、制氢成本低是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种新能源混合制氢系统的功率动态分配方法及装置，方法包括：获取新能源波动功率预测数据；解析新能源波动功率预测数据，生成多种频带的imf本征信号；基于各类型制氢装置的负荷响应特性，给出对应的波动限值，对imf本征信号进行信号重构，并与各类型制氢装置进行功率适配；结合新能源混合制氢系统的运行特性，构建多目标优化函数；基于对多目标优化函数的解析，给出各类型制氢装置的动态功率分配信息。本发明有效提升混合制氢能量平衡水平，解决离网/弱并网工程应用中间歇性波动的新能源影响制氢效率、缩短制氢装置寿命以及对能量存储容量要求高等问题。

2、第一方面，本发明提供一种新能源混合制氢系统的功率动态分配方法，具体包括如下步骤：

3、获取新能源波动功率预测数据；

4、解析新能源波动功率预测数据，生成多种频带的imf本征信号；

5、基于各类型制氢装置的负荷响应特性，给出对应的波动约束，对imf本征信号进行信号重构，并与各类型制氢装置进行输入功率适配；

6、结合新能源混合制氢系统的运行特性，构建多目标优化函数；

7、基于对多目标优化函数的解析，给出各类型制氢装置的动态功率分配信息。

8、进一步的，新能源混合制氢系统包括风力发电装置、光伏发电装置及混合电解槽制氢装置，混合电解槽制氢装置包括至少两种类型制氢装置。

9、进一步的，解析新能源波动功率预测数据，生成多种频带的imf本征信号，具体包括：

10、基于频率差异，并通过vmd对新能源波动功率预测数据进行分解，生成对应各个波动分量的多种频带的imf本征信号。

11、进一步的，混合电解槽制氢装置包括pem电解槽装置以及alk电解槽装置；

12、波动约束具体包括：

13、pem电解槽装置允许功率变化量为10～20％pe/s，alk电解槽装置允许功率变化量不大于1％pe/s。

14、进一步的，对imf本征信号进行信号重构，并与各类型制氢装置进行输入功率适配，具体包括：

15、基于pem电解槽装置以及alk电解槽装置的负荷响应特性，对多种频带的imf本征信号进行筛选，获得待信号重构的多个imf本征信号；

16、对待信号重构的多个imf本征信号进行低频、高频的划定，并分别进行信号重构，形成低频变化分量与高频变化分量；

17、以低频变化分量、高频变化分量分别与alk电解槽装置输入功率、pem电解槽装置输入功率进行适配。

18、进一步的，对待信号重构的多个imf本征信号进行低频、高频的划定，并分别进行信号重构，形成低频变化分量与高频变化分量，具体表示为：

19、plp＝imf1,1+imf1,2+…+imf1,m

20、plh＝imf2,1+imf2,2+…+imf2,n

21、其中，plp为低频变化分量，plh为高频变化分量，imf1,1为划定为低频的编号1的imf本征信号，imf1,2为划定为低频的编号2的imf本征信号，imf1,m为划定为低频的编号m的imf本征信号，imf2,1为划定为高频的编号1的imf本征信号，imf2,2为划定为高频的编号2的imf本征信号，imf2,n为划定为高频的编号n的imf本征信号。

22、进一步的，结合新能源混合制氢系统的运行特性，构建多目标优化函数，具体包括：

23、基于新能源混合制氢系统的运行特性，给出多个目标函数；

24、基于各个目标函数，给出对应的权重因子；

25、结合各个目标函数以及对应的权重因子，构建多目标优化函数。

26、进一步的，新能源混合制氢系统的运行特性包括：新能源混合制氢系统中新能源弃用率、制氢装置寿命以及制氢装置的产氢量，多个目标函数包括第一目标函数、第二目标函数及第三目标函数；

27、第一目标函数以新能源弃用率最小为目标，第二目标函数以alk电解槽装置寿命损失最小为目标，第三目标函数以混合电解槽制氢装置的产氢量最大为目标。

28、进一步的，第一目标函数，具体表示为：

29、

30、其中，f1为第一目标函数，i为制氢周期内新能源波动功率预测数据时序的编号，t为制氢周期内功率数据时序总次数，ppv,i为风力发电装置在i时刻的发电功率，pwind,i为光伏发电装置在i时刻的发电功率，palk,i为alk电解槽装置在i时刻的输入功率，ppem,i为pem电解槽装置在i时刻的输入功率，min为取最小值函数；

31、第二目标函数，具体表示为：

32、

33、其中，f2为第二目标函数，plp,i为i时刻的低频变化分量；

34、第三目标函数，具体表示为；

35、

36、其中，f3为第三目标函数，max为取最大值函数，ηalk,i为alk电解槽装置在i时刻的产氢效率，ηpem,i为pem电解槽装置在i时刻的产氢效率；

37、结合各个目标函数以及对应的权重因子，构建多目标优化函数，具体表示为：

38、j＝ε1*f1+ε2*f2+ε3*f3

39、其中，j为多目标优化函数，ε1为第一目标函数的权重因子，ε2为第二目标函数的权重因子，ε3为第三目标函数的权重因子。

40、第二方面，本发明还提供一种新能源混合制氢系统的功率动态分配装置，采用如上述新能源混合制氢系统的功率动态分配方法，具体包括：

41、采集单元，用于获取新能源波动功率预测数据；

42、分析单元，用于解析新能源波动功率预测数据，生成多种频带的imf本征信号；基于各类型制氢装置的负荷响应特性，给出对应的波动约束，对imf本征信号进行信号重构，并与各类型制氢装置进行输入功率适配；结合新能源混合制氢系统的运行特性，构建多目标优化函数；

43、功率动态分配单元，用于基于对多目标优化函数的解析，给出各类型制氢装置的动态功率分配信息。

44、本发明提供的一种新能源混合制氢系统的功率动态分配方法及装置，至少包括如下有益效果：

45、(1)本发明给出的根据各类型制氢装置进行输入功率适配的功率动态分配方案，有效解决离网/弱并网工程应用中间歇性波动的新能源影响制氢效率的问题。

46、(2)基于各类型制氢装置的负荷响应特性，并构建多目标优化函数，以此实现针对混合制氢的功率动态分配，有效解决了由于离网/弱并网工程应用中间歇性波动的新能源所导致的制氢装置寿命缩短的问题。

47、(3)本发明给出的混合制氢的功率动态分配方案，有效提升了混合制氢能量平衡水平，降低工程应用中间歇性波动的新能源对能量存储容量的配置要求。