一种离网型风光制氢系统的容量匹配方法

1.一种离网型风光制氢系统的容量匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1确定输入参数：定义各输入参数，输入参数包括初始参数、技术参数、成本参数、财务参数；其中，初始参数包括装机容量、全年发电出力曲线；技术参数包括系统容量、转换效率；成本参数包括初始投资成本、运行维护成本；财务参数包括税费、资金成本；S2构建数学模型：分别对各子系统进行建模，构建所述离网型风光耦合制氢系统的数学模型，并以电力及氢气流向为连接将各子系统联系起来，各子系统包括新能源发电系统、制氢系统、储氢系统、储能系统；其中，新能源发电系统可直接为制氢系统供电，也可在新能源电力充足时将多余电能储存在储能系统中；储能系统充满后，多余新能源电力按照弃电处理；制氢系统制出的氢气可直接输出，也可在氢气充足时储存在储氢系统中，再由储氢系统输出；为了达到稳定产氢的目的，规定在一定时间间隔内，氢气的输出量是相同的；所述S2中，将系统分为规划层模型、运营层模型和财务模型；其中，规划层模型包括资源评估、设备选型与配置；运营层模型包括能量管理、实时调度；所述S2中，构建所述数学模型的具体步骤为：S2.1：明确所述离网型风光耦合制氢系统的各子系统，为各子系统分别定义寻优决策变量，寻优决策变量包括各子系统的系统容量、各子系统在每个时间点上的运行量；其中，各子系统包括新能源发电系统、制氢系统、储氢系统、储能系统；S2.2：定义寻优约束函数，寻优约束函数包括：子系统运行约束函数、出氢稳定性约束函数、总系统关系约束函数、财务核算约束函数；其中，子系统运行约束函数包括各子系统的运行限制条件函数；出氢稳定性约束函数为确保在离网状态下，所述离网型风光耦合制氢系统能够稳定地生产氢气的条件函数；总系统关系约束函数为各子系统之间的相互关系函数；财务核算约束函数包括资金成本、税费的计算函数；S2.3：依据S2.1的寻优决策变量、S2.2的寻优约束条件，来构建寻优目标函数，确保在系统全生命周期内，净现值NPV达到最大化S3：在Python中通过工具包Pulp调用优化软件CBC，对后续模型进行求解；S4：针对寻优目标函数，予以初始化、建模、求解、验证并调整，得出结果数据；所述结果数据包括最优配置方案、运行策略、经济效益分析；S5：将结果数据输出。 2.根据权利要求1所述的容量匹配方法，其特征在于，所述S2中，所述总系统关系约束函数通过下列公式表示：上述公式中：t：表示具体时刻； 新能源发电系统功率，单位—MW； 弃电功率，单位—MW； 储能系统功率，单位—MW； 制氢系统功率，单位—MW；上述公式一为各子系统之间的相互关系函数，即总系统关系约束函数。 3.根据权利要求1所述的容量匹配方法，其特征在于，所述S2中，所述制氢系统的系统变量与运行量的约束函数通过下列公式表示：上述公式中：t：表示具体时刻； 在时间t时刻电解槽用电功率，单位—MW； 电解槽负载功率比例上下限； 电解槽的能量转化系数，单位—kWh/Nm 3 ； 在时间t时刻进入储氢罐的氢气流量，单位—Nm 3 /h； 在时间t时刻直接供给下游用氢系统的氢气流量，单位—Nm 3 /h； 电解槽最小运行单位的额定功率，单位—MW；N AE ：电解槽的数量。 4.根据权利要求1所述的容量匹配方法，其特征在于，所述S2中，所述储能系统的系统变量与运行量的约束函数通过下列公式表示：上述公式中：t：表示具体时刻；ES (t) ：在时间t时刻储能系统的剩余能量，单位—MWh； 在时间t时刻储能系统的充放电功率，单位—MW；η E S 、 储能系统充放电功率比例上下限；ΔT：时间步长，单位—小时；C ES ：储能系统的额定功率，单位—MW；ES min 、ES max ：储能系统电量上下限。 5.根据权利要求1所述的容量匹配方法，其特征在于，所述S2中，所述储氢系统的系统变量与运行量的约束函数通过下列公式表示：上述公式中：t：表示具体时刻；η sto,0 ：初始状态缓冲罐中的氢气库存比例；η H S 、 储氢罐氢气库存比例上下限； 缓冲罐中的氢气库存量，单位—Nm 3 ； 与制氢系统产氢速率，单位—Nm 3 /h； 从制氢系统直接到下游的氢气速率，单位—Nm 3 /h； 与下游氢气消耗量有关的流出速率，单位—Nm 3 /h； 下游目标氢气消耗量，单位—Nm 3 /h。 6.根据权利要求1所述的容量匹配方法，其特征在于，所述S2中，所述出氢稳定性约束函数通过下列公式表示：上述公式中：t：表示具体时刻； 下游t时刻实时消耗氢气量，单位—Nm 3 ； 在时间t时刻直接供给下游用氢系统的氢气流量，单位—Nm 3 /h； 储氢单元t时刻流向下游的氢气量，单位—Nm 3 /h。 7.根据权利要求1所述的容量匹配方法，其特征在于，所述S2中，所述财务核算约束函数通过下列公式表示：Income withtax ＝J AEHS,withtax (公式十六)；上述公式中：t：表示具体时刻；x：决策变量的集合； 第y年的建设成本现金流，单位—万元； 第y年的运营成本现金流，单位—万元； 建设期的时间集合； 运营期的时间集合；r：折现率；Y 1 ：建设期的结束年份； 初始投资，单位—万元； 初始投资中的设备费用，单位—万元； 初始投资中的建安工程，单位—万元； 储能系统单位造价，单位—万元/MWh； 制氢系统单位造价，单位—万元/MW； 储氢系统单位造价，单位—万元/Nm 3 ； 新能源发电系统单位造价，单位—万元/MW；Income withtax ：含税收入，单位—万元； 第y年运营中，回收的固定资产，单位—万元； 第y年总的经营成本，单位—万元； 后续更换电解槽的投资，单位—万元； 第y年增值税，单位—万元；CIT y ：第y年企业所得税，单位—万元；BT y ：第y年营业税，单位—万元。 8.根据权利要求1所述的容量匹配方法，其特征在于，所述S4具体包括以下步骤：S4.1初始化：设置输入参数和初始条件，定义目标函数和约束条件；S4.2建模：将实际问题转化为数学模型，明确目标函数、决策变量和约束条件；S4.3求解：通过数学规划求解器进行求解，获得最优解；S4.4验证和调整：验证求解结果的可行性和合理性，必要时调整模型参数或约束条件，重新求解。 9.根据权利要求8所述的容量匹配方法，其特征在于，所述S4和所述S5中，所述最优配置方案包括各子系统的容量配置，所述运行策略包括各子系统在不同时间点上的最优运行方案，所述经济效益分析为经济指标且包括计算的净现值NPV、内部收益率IRR。