基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法

1.一种基于电氢耦合的高速服务区综合能源系统规划方法，其特征在于，包括：S1根据高速服务区的风光资源以及用户用能特性，建立高速服务区综合能源系统；S2根据建立的高速服务区综合能源系统，基于能源集线器的方法，对系统中各设备进行能源转换；S3建立高速服务区综合能源系统基本模型；所述的高速服务区综合能源系统基本模型包括储能模型和交通流接口中涉及到的电动汽车的充电桩和燃料电池汽车的加氢桩的模型；所述的储能模型如下式(1)-(6)所示：对于 其中，PSS为电储能装置，TSS为热储能装置、HSS为氢储能装置， E s,ini ， 分别表示储能设备s在t时刻，t-1时刻，t＝1时刻，t＝T时刻的能量储备状态； 分别表示储能系统s在单位时间内的充、放电功率和充、放电效率； 表示储能系统s的初始soc，C s 表示储能系统s的配置容量； 分别表示储能系统s的最小充能比例系数，最大充能比例系数，最小放能比例系数，最大放能比例系数；σ s 为二元变量，用来确保储能系统在同一时刻只能实现充能或者放能； 用来表示 与 的差；所述的交通流接口中涉及到的电动汽车的充电桩和燃料电池汽车的加氢桩的模型如下式(7)-(15)所示：对于 ρ'＝λ EV E(8)对于 其中，EV即为电动汽车，λ EV 表示电动汽车的平均到达率，μ EV 表示服务区单位充电桩单位时间服务率，N CPEV 表示所配置充电桩数量或加氢桩的数量，ρ EV 表示电动汽车的平均服务强度；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下的平均等待时间；ψ EV 表示某一预期的电动汽车服务强度； 表示充电桩的额定功率， 表示单位时间内的电动汽车数量， 表示单位电动汽车的需求功率；FCV即为燃料电池汽车，λ FCV 表示燃料电池汽车的平均到达率，μ FCV 表示服务区单位加氢机的单位时间服务率，N CPFCV 表示所配置加氢机的数量，ρ FCV 表示燃料电池汽车的平均服务强度；N CPFCV 表示加氢机的个数，W M 表示负指数分布M下的平均等待时间，ψ FCV 表示某一预期的燃料电池汽车服务强度； 表示加氢机的额定功率， 表示单位时间内的燃料电池汽车数量， 表示燃料电池汽车的需求功率；S4建立高速服务区综合能源系统的能源供需平衡模型；S5根据所述高速服务区综合能源系统基本模型和所述的能源供需平衡模型，以高速服务区综合能源系统的电功率、氢功率以及未供负荷内容为约束，以高速服务区综合能源系统总成本最低为目标函数，对所述的高速服务区综合能源系统进行规划。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高速服务区综合能源系统包括：电能母线、冷能母线、热能母线、气能母线、氢能母线和交通母线，在能源供给侧，光伏和风电为高速服务区综合能源系统提供清洁能源，除了高速服务区自身所制备的氢能外，额外的氢能源需求从外部购入；在能源需求侧，高速服务区综合能源系统的负荷需求除了服务区本身的电、热、冷用能外，还包括驶入服务区的车辆用能需求，其中电动汽车充电需求和燃料电池汽车加氢需求分别由充电桩和加氢机作为接口实现；高速服务区综合能源系统内部的能量交互通过能量转换与储存设备实现。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于能源集线器的方法，对系统中各设备进行能源转换包括：基于能源集线器的方法将高速服务区综合能源系统中各设备的输出功率矩阵转换为各设备的输入功率矩阵，并将燃气轮机产生的热功率进一步划分为可回收的热功率和浪费的热功率。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的交通流接口中涉及到的电动汽车的充电桩和燃料电池汽车的加氢桩的模型应用M/G/k和M/M/k的排队论模型对电动汽车、燃料电池汽车的到达率及服务时间进行模拟。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的能源供需平衡模型包括如下的电平衡模型(16)、冷平衡模型(17)、热平衡模型(18)、气平衡模型(19)和氢平衡模型(20)-(23):电平衡：冷平衡：热平衡：气平衡：氢平衡：其中， 分别表示燃气轮机的输出电功率，燃气轮机的输出热功率，燃气锅炉的输出热功率，地源热泵的输出热功率，吸收式制冷机的输出冷功率，电制冷机的输出冷功率，电转氢装置的输出氢功率，氢转气装置的输出气功率，燃料电池的输出电功率； 和 表示光伏和风电的输出功率； 分别表示高速服务区基本电负荷、冷负荷和热负荷； 和 分别表示充电桩和加氢桩的功率； 分别表示相对应的未供应负荷功率； 表示电转氢装置输出至氢转气装置中的氢功率， 表示输出至氢储能系统中的氢功率， 表示氢储能系统输出至氢转气装置中的氢功率， 表示外界购电功率， 表示向外界卖电功率， 表示外界购氢功率。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的以高速服务区综合能源系统的电功率、氢功率以及未供负荷内容为约束，包括：对于外界购买的电、氢功率，设置其上下限约束，如下式(24)-(25)所示:其中， 和 分别表示购电功率和购氢功率的最大值， 表示外界购电功率， 表示外界购氢功率；一天当中购氢次数为约束如下式(26)-(27)所示：其中， 为二元变量；对未供负荷的约束如下式(28):其中，δ为未供比例系数矩阵， 表示负荷需求矩阵；所述的目标函数如下式(29)所示：C total ＝C inv +C op +C un (29)其中，C total 为高速服务区综合能源系统规划的目标函数总成本，C inv 为投资成本，C op 为运行成本，C un 为未供负荷成本，其中各部分组成如下式(30)-(33)表示：其中，M表示投建设备的总数，C i 表示设备i的配置容量，ξ i 表示设备i的单位投建成本，a i 表示设备i的等年值系数，r i 表示年利率，y i 表示设备i的使用寿命；D表示典型日的个数，θ d 表示典型日d下对应的天数， 和 分别表示购电和购氢价格；ζ d 表示未供负荷惩罚系数矩阵。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高速服务区综合能源系统中的能量转换与储存设备包括燃气轮机、燃气锅炉、地源热泵、吸收式制冷机、电制冷机、电转氢装置、氢转气装置、燃料电池，以及电储能装置、热储能装置和氢储能装置，其中，设备运行的最小调度时刻为1h，调度周期T＝24h。