本發(fā)明屬于新能源系統(tǒng)控制領(lǐng)域，涉及氫電聯(lián)合儲能多模式控制技術(shù)，具體是一種適用于氫電聯(lián)合儲能系統(tǒng)的多模式切換控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源結(jié)構(gòu)向低碳化轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)，以風(fēng)能、光伏為代表的可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)已成為必然趨勢。然而，可再生能源固有的波動性和間歇性對電網(wǎng)穩(wěn)定性及能源調(diào)度能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，尤其在負(fù)荷波動頻繁的場景下，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以實現(xiàn)動態(tài)供需平衡。因此，儲能技術(shù)成為平抑新能源波動、提升電網(wǎng)靈活性的關(guān)鍵手段，其中氫儲能系統(tǒng)與電化學(xué)儲能系統(tǒng)因互補特性受到廣泛關(guān)注。

2、氫儲能系統(tǒng)通過電解水制氫及燃料電池發(fā)電實現(xiàn)電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，具備長時間儲能和大規(guī)模能量調(diào)節(jié)優(yōu)勢，但其動態(tài)響應(yīng)速度較慢，難以適應(yīng)短時功率波動需求。電化學(xué)儲能系統(tǒng)雖具有毫秒級快速響應(yīng)能力，但受限于容量約束，無法滿足長期能量支撐需求?，F(xiàn)有技術(shù)多聚焦于單一儲能系統(tǒng)的內(nèi)部優(yōu)化，例如通過改進(jìn)氫儲能系統(tǒng)效率或提升電池充放電性能，但此類方案在應(yīng)對復(fù)雜多變的負(fù)荷場景時仍存在顯著局限性：一方面，單一儲能模式難以兼顧短期功率波動抑制與長期能量平衡需求；另一方面，不同運行模式（如離網(wǎng)、并網(wǎng)）切換過程中，缺乏有效的動態(tài)協(xié)調(diào)機制，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)滯后、運行效率低下。此外，當(dāng)前研究普遍忽略多模式切換下氫儲單元與電儲單元的協(xié)同優(yōu)化問題，尤其在負(fù)荷突變或外部電網(wǎng)交互時，現(xiàn)有控制策略難以實現(xiàn)功率分配的實時優(yōu)化，易引發(fā)母線電壓失穩(wěn)或運行成本激增。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一；為此，本發(fā)明提出了一種適用于氫電聯(lián)合儲能系統(tǒng)的多模式切換控制方法，用于解決現(xiàn)有氫電聯(lián)合儲能系統(tǒng)在多模式切換過程中氫儲單元和電儲單元動態(tài)協(xié)調(diào)困難、動態(tài)響應(yīng)不足以及穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于氫電聯(lián)合儲能系統(tǒng)的多模式切換控制方法，包括：

3、s1，通過直流母線將若干控制單元進(jìn)行耦合，得到儲能系統(tǒng)架構(gòu)；

4、s2，根據(jù)儲能系統(tǒng)的運行模式，利用基于虛擬同步機技術(shù)和變下垂系數(shù)的動態(tài)協(xié)同優(yōu)化方法協(xié)調(diào)儲能單元的輸出功率，并引入動態(tài)能量分配模型和動態(tài)能量分配約束，得到儲能單元的功率平衡框架；

5、s3，利用基于合作博弈的優(yōu)化模型和動態(tài)功率調(diào)節(jié)模型對功率平衡框架中的若干儲能單元進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化和聯(lián)合優(yōu)化，得到聯(lián)合動態(tài)平衡機制；

6、s4，利用分布式動態(tài)優(yōu)化算法對聯(lián)合動態(tài)平衡機制進(jìn)行迭代優(yōu)化并改進(jìn)，得到多模式切換控制的氫電聯(lián)合儲能系統(tǒng)。

7、進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)架構(gòu)包括風(fēng)光發(fā)電單元、氫儲單元、電儲單元以及負(fù)荷單元，其中氫儲單元和電儲單元合稱為儲能單元。

8、進(jìn)一步地，所述利用基于虛擬同步機技術(shù)和變下垂系數(shù)的動態(tài)協(xié)同優(yōu)化方法協(xié)調(diào)儲能單元的輸出功率，包括：

9、s2-1，在離網(wǎng)模式下，構(gòu)建虛擬慣性增強模型為：，利用虛擬慣性增強模型控制氫儲單元；其中，表示氫儲單元的輸出功率，表示等效慣性常數(shù)，、分別表示系統(tǒng)實時頻率和參考頻率，表示阻尼系數(shù)；

10、s2-2，構(gòu)建變下垂系數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)模型為：，并在并網(wǎng)模式下，利用變下垂系數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)模型控制電儲單元；其中，表示電儲單元的輸出功率，表示實時電壓，表示參考電壓，表示下垂系數(shù)，且下垂系數(shù)的調(diào)整公式為：，表示參考電壓與實際電壓之間的差值，表示初始下垂系數(shù)，表示初始下垂系數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)；

11、s2-3，根據(jù)能量存儲約束條件：，對電儲單元和氫儲單元的充放電狀態(tài)進(jìn)行約束；其中，表示時刻電儲單元的電量，并受約束限制：，和分別表示電儲單元的最小和最大儲電量，、分別表示電儲單元的充電功率和放電功率，、分別表示電儲單元的充電效率和放電效率，表示時刻氫儲單元的電量，和分別表示氫儲單元的充電功率和放電功率，和分別表示氫儲單元的充電效率和放電效率，表示時間步長；

12、s2-4，根據(jù)動態(tài)優(yōu)化目標(biāo)：，進(jìn)行儲能單元的功率分配和電壓調(diào)節(jié)；其中，、分別表示氫儲單元與電儲單元的單位運行成本系數(shù)，、分別表示氫儲單元和電儲單元在時刻的功率輸出，表示電壓偏差懲罰系數(shù)，表示母線電壓偏差平方；

13、s2-5，根據(jù)儲能系統(tǒng)的平衡條件：，約束儲能單元的輸出功率；其中，pload表示儲能系統(tǒng)的負(fù)荷功率需求。

14、虛擬慣性模型通過實時調(diào)整氫儲單元輸出功率響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化，確保在負(fù)荷波動情況下的動態(tài)平衡；變下垂控制實現(xiàn)電儲單元在不同負(fù)荷條件下的快速調(diào)節(jié)輸出功率，避免因電壓波動導(dǎo)致母線電壓不穩(wěn)定。并且在動態(tài)負(fù)荷條件下，動態(tài)優(yōu)化目標(biāo)能夠減少電壓波動，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，并確保儲能設(shè)備的長期運行可靠性。

15、進(jìn)一步地，所述動態(tài)能量分配模型，包括：

16、；其中，、分別表示第氫儲單元和電儲單元在時刻t的輸出功率，、分別表示氫儲單元和電儲單元的最大輸出功率限制，、分別表示氫儲單元和電儲單元在時刻的能量狀態(tài)，表示儲能系統(tǒng)的總功率需求，表示時刻時儲能系統(tǒng)的負(fù)荷需求，表示氫儲單元的能量轉(zhuǎn)化效率。

17、通過上述模型，氫儲單元和電儲單元能夠在不同模式下實現(xiàn)協(xié)調(diào)運行，以應(yīng)對負(fù)荷需求波動和能源動態(tài)分配問題，提升系統(tǒng)的運行柔性和穩(wěn)定性。

18、進(jìn)一步地，所述動態(tài)能量分配約束，包括：

19、儲能系統(tǒng)的動態(tài)能量分配約束為：；其中，表示時刻氫儲單元的輸出功率，表示時刻電儲單元的輸出功率，表示時刻儲能系統(tǒng)的實際負(fù)荷需求，表示時刻儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)的交互功率，其中正值表示從電網(wǎng)購電，負(fù)值表示向電網(wǎng)售電；

20、氫儲單元和電儲單元的輸出功率約束為：，得到第一功率約束；其中，、分別表示氫儲單元的最小和最大輸出功率，、分別表示電儲單元的最小和最大輸出功率；

21、氫儲單元和電儲單元的能量平衡約束為：；其中，i表示索引，表示氫儲單元在時刻t的存儲電量，表示電儲單元在時刻的存儲電量，表示氫儲單元的能量轉(zhuǎn)化效率，表示時間步長，表示電儲單元在時刻t的放電功率。

22、進(jìn)一步地，所述基于合作博弈的優(yōu)化模型，包括：

23、s31-1，基于合作博弈法構(gòu)建功率分配目標(biāo)函數(shù)為：；其中，表示氫儲單元時刻的運行成本，表示時刻氫儲單元的輸出功率，表示時刻電儲單元的輸出功率，n表示儲能系統(tǒng)中氫儲單元和電儲單元的總數(shù)量，i表示儲能單元索引；

24、s31-2，構(gòu)建功率分配目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：，得到第二功率約束；其中，表示時刻負(fù)荷單元的負(fù)荷需求功率；

25、s31-3，根據(jù)功率分配目標(biāo)函數(shù)和功率分配目標(biāo)函數(shù)的約束條件調(diào)整氫儲單元和電儲單元的功率分配比例，進(jìn)行儲能單元的協(xié)同優(yōu)化。

26、在基于合作博弈的功率分配目標(biāo)函數(shù)中，依據(jù)各儲能單元的邊際貢獻(xiàn)值及其運行成本，動態(tài)調(diào)整各單元之間的功率分配比例，實現(xiàn)在“能量平衡與實時動態(tài)調(diào)度”方面的協(xié)同管理，同時達(dá)到“運行成本最小化”的經(jīng)濟目標(biāo)。

27、進(jìn)一步地，所述動態(tài)功率調(diào)節(jié)模型，包括：

28、s32-1，構(gòu)建動態(tài)功率調(diào)節(jié)模型為：；其中，和分別表示氫儲單元調(diào)節(jié)系數(shù)和電儲單元調(diào)節(jié)系數(shù)，用于分別平衡氫儲單元、電儲單元與系統(tǒng)整體功率輸出之間的偏差，t表示儲能系統(tǒng)的總運行時間；

29、s32-2，定義動態(tài)功率調(diào)節(jié)模型的約束條件為：；其中，?phess表示氫儲單元功率輸出在連續(xù)時刻之間的變化量，?pess表示電儲單元功率輸出在連續(xù)時刻之間的變化量；

30、s32-3，根據(jù)動態(tài)功率調(diào)節(jié)模型和動態(tài)功率調(diào)節(jié)模型的約束條件調(diào)整氫儲單元和電儲單元的輸出功率，進(jìn)行儲能單元的聯(lián)合優(yōu)化。

31、進(jìn)一步地，所述聯(lián)合動態(tài)平衡機制，包括：

32、s41-1，定義儲能系統(tǒng)的綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：；其中，、、分別表示優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，用于平衡成本、效率與負(fù)荷需求，、分別表示氫儲單元和電儲單元的運行成本，t表示儲能系統(tǒng)的總運行時間；

33、s41-2，確定儲能系統(tǒng)的功率平衡關(guān)系為：；其中，pgird表示電網(wǎng)與儲能系統(tǒng)之間的功率交換；

34、s41-3，根據(jù)第一功率約束和第二功率約束構(gòu)建綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：；其中， η t表示氫儲單元的功率分配比例。

35、進(jìn)一步地，所述綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)通過分布式動態(tài)優(yōu)化算法進(jìn)行迭代優(yōu)化，并且當(dāng)?shù)Y(jié)果滿足收斂條件：或者達(dá)到最大迭代次數(shù)時，則完成迭代優(yōu)化；其中，表示預(yù)設(shè)迭代收斂閾值，k表示迭代次數(shù)。

36、進(jìn)一步地，所述多模式切換控制的氫電聯(lián)合儲能系統(tǒng)，包括：

37、s42-1，基于優(yōu)化后的聯(lián)合動態(tài)平衡機制進(jìn)行改進(jìn)，得到聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：；其中，、、表示各項優(yōu)化權(quán)重系數(shù)；

38、s42-2，定義聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的約束條件，包括：

39、（1）動態(tài)功率分配約束：；其中，和分別表示氫儲單元與電儲單元的動態(tài)調(diào)整系數(shù)；

40、（2）儲能單元的功率范圍約束：；

41、（3）儲能單元輸出功率偏差的動態(tài)補償：；其中，表示功率輸出與負(fù)載需求之間的動態(tài)調(diào)節(jié)誤差容忍范圍；

42、s42-3，利用分布式優(yōu)化算法對儲能單元的輸出功率通過聯(lián)合迭代優(yōu)化公式：利用分布式優(yōu)化算法對儲能單元的輸出功率通過聯(lián)合迭代優(yōu)化公式：進(jìn)行優(yōu)化，并且當(dāng)滿足收斂條件：或者達(dá)到最大迭代次數(shù)時停止優(yōu)化，得到多模式切換控制的氫電聯(lián)合儲能系統(tǒng)。

43、通過聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)模型，儲能系統(tǒng)不僅能夠動態(tài)響應(yīng)復(fù)雜負(fù)荷條件下的功率波動，還能夠在降低氫儲單元和電儲單元運行成本的同時，維持系統(tǒng)整體的運行效率與穩(wěn)定性。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

45、（1）現(xiàn)有技術(shù)中單一儲能系統(tǒng)存在局限性，氫儲能系統(tǒng)響應(yīng)慢，電儲能系統(tǒng)容量受限。本發(fā)明通過虛擬同步機技術(shù)增強氫儲單元動態(tài)慣性響應(yīng)，結(jié)合變下垂系數(shù)控制使電儲單元快速響應(yīng)母線電壓波動。在離網(wǎng)模式下，能有效應(yīng)對負(fù)荷波動，保障系統(tǒng)穩(wěn)定，解決了現(xiàn)有技術(shù)中儲能系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)不足的問題，提升了儲能系統(tǒng)在復(fù)雜能源環(huán)境下的響應(yīng)能力；

46、（2）針對現(xiàn)有技術(shù)對氫電聯(lián)合儲能系統(tǒng)多模式切換過程中動態(tài)協(xié)調(diào)研究不足的情況，本發(fā)明采用動態(tài)協(xié)同優(yōu)化算法。結(jié)合分時電價與負(fù)荷波動，協(xié)調(diào)氫儲與電儲單元能量輸出分配，優(yōu)先平衡光伏和風(fēng)機單元輸出功率，抑制功率波動。在高可再生能源滲透率場景下，充分利用可再生能源，減少能源浪費，提升了能源利用效率；

47、（3）本發(fā)明構(gòu)建多模式系統(tǒng)運行成本最小化模型，考慮多種運行主體成本。通過基于合作博弈的資源分配方法，動態(tài)調(diào)整氫儲單元和電儲單元功率分配比例，降低系統(tǒng)整體運行成本。實際應(yīng)用中，多模式切換策略實施后，總運行成本、燃料電池運行成本和制氫成本均顯著降低，體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟效益。