一种面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法与流程

1.本发明涉及配电系统领域，更具体地，涉及一种氢能源系统的控制方法。


背景技术：

2.氢由于其燃烧产物是水，且其来源丰富、能量密度高、应用场景丰富，具有极好的碳减排潜力。我国各行各业的碳减排和能源转型升级工作正稳步推进，各种清洁能源和可再生能源的推广速度不断加快，氢能的推广应用受到重视，未来制氢行业有巨大的发展空间。
3.在制氢行业大规模氢气生产中，电解水制氢的成本一直居高不下，因而绝大部分的氢气来源于甲醇重整制氢、煤制氢和甲烷裂解制氢等生产成本较低的制氢途径。然而，甲醇重整制氢、煤制氢和甲烷裂解制氢制氢技术并非零碳排放，相比之下，重整制氢要优于煤制氢和甲烷裂解制氢制氢的应用，但是，电解水制氢可以利用风电、光电和核电的清洁能源制氢，实现完全零碳排放，是未来氢能的发展方向。
4.如中国专利文献cn114069000b，一种氢能分布式电源发电系统及运行方法，系统包括：依次连接的外储液箱模块、氢能分布式电源主机和电力输出控制模块，以解决稳定持续地进行电力输出的问题。但是，由于该技术方案未考虑实际运行过程中的上下游供给需求、不同制氢工艺特点、不同设备运行状态等因素引起的能源系统运行效率的问题，不适应于制氢工厂综合能源系统的设备运行优化。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是在实际运行过程中的上下游供给需求、不同制氢工艺特点、不同设备运行状态等因素变化的条件下，优化提高整个综合能源系统运行效率的问题。本发明旨在提供一种含有电解水制氢和甲醇重整制氢工艺制氢工厂综合能源系统中电制氢环节、甲醇重整制氢环节、电储能单元、储氢设备等环节，建立相应的运行控制优化模型，在满足工厂生产安排的实际情况下，优化和控制各个时段储能、电解水制氢和甲醇重整制氢等设备的运行状态，以降低氢气能耗成本提高整个综合能源系统运行效率。
6.本发明采用的技术方案是：一种面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，包括以下步骤：
7.s1：构建基于电解水制氢和甲醇重整制氢的综合能源系统。
8.s2：考虑综合能源系统运行参数，建立运行控制模型。
9.s3：以周期内生产氢气能耗成本最低为优化目标，考虑优化运行约束条件，以运行变量模型为控制变量，优化求解，得到最低制氢能耗成本的最优运行控制模型。
10.s4：根据最优运行控制模型，调控综合能源系统运行状态。
11.该技术方案通过以周期内生产氢气能耗成本最低为优化目标，考虑含有电解水制氢和甲醇重整制氢工艺制氢工厂综合能源系统中电制氢环节、甲醇重整制氢环节、电储能单元、储氢设备等环节，建立相应的设备运行控制优化模型，在满足工厂生产安排的实际情
况下，优化和控制各个时段储能、电解水制氢和甲醇重整制氢等设备的运行状态，从而降低氢气能耗成本提高整个综合能源系统运行效率。
12.在上述技术方案中，进一步地，步骤s1所述的综合能源系统包括：氢用户、储氢设备、电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元，所述电解水制氢单元的供能来源包括电力流母线、上级电网、电储能单元和光伏发电单元，所述甲醇重整制氢单元的甲醇供应来源于甲醇市场；其中：所述上级电网与所述电力流母线连接；所述电力流母线与所述电储能单元、所述光伏发电单元及所述电解水制氢单元连接；所述电解水制氢单元与所述储氢设备连接；所述甲醇重整制氢单元与所述储氢设备连接；所述储氢设备与所述氢用户连接。
13.进一步地，所述上级电网与所述电力流母线之间的电能只能单向流动，从所述上级电网流向所述电力流母线；所述电储能单元与所述电力流母线之间的电能可以双向流动，当所述电储能单元充电时，电能从所述电力流母线流向所述电储能单元，当所述电储能单元放电时，电能从所述电储能单元流向所述电力流母线；所述光伏发电单元与所述电力流母线之间的电能只能单向流动，从所述光伏发电单元流向所述电力流母线，且所述光伏放电单元输出功率为已知；所述电解水制氢单元与所述电力流母线之间的电能只能单向流动，从所述电力流母线流向所述电解水制氢单元。
14.进一步地，所述电解水制氢单元的输入为电能，输出为氢气，其中：所述电解水制氢单元的能量输入端与所述电力流母线连接，所述电解水制氢单元的氢气输出端与所述储氢设备连接。
15.进一步地，所述甲醇重整制氢单元的输入为甲醇，输出为氢气，其中：所述甲醇重整制氢单元的原料输入端与所述甲醇市场连接，所述甲醇重整制氢单元的氢气输出端与所述储氢设备连接。
16.进一步地，所述储氢设备的氢气输入端的输入为所述电解水制氢单元和所述甲醇重整制氢单元生产的氢气，储氢设备的输出端连接所述氢用户的加氢设备。
17.在上述技术方案中，进一步地，s3所述的优化目标表达为：
[0018][0019]
式中，pr e
t
表示t时段制氢工厂从上级电网购电的电价；pr m
t
表示t时段制氢工厂从甲醇市场购买甲醇的甲醇价格；p
ph,t
表示t时段光伏发电单元的发电功率；t表示优化周期；δt表示单位调度时间。
[0020]
进一步地，步骤s3所述的控制变量为所述电储能单元的输入输出功率p
ba,t
、所述电解水制氢单元的输入电功率p
cell,t
和所述甲醇重整制氢单元消耗的甲醇质量c
mru,t
；其中：所述电解水制氢单元输入端的电能用功率来表示，输出端的氢气产量用质量表示，所述电解水制氢单元的运行变量模型为：
[0021]mcell,t
＝ε
·
η
cell
·
p
cell,t
·
δt
[0022]
式中，m
cell,t
表示t时段电解槽生产的氢气质量，ε表示电量与氢气质量的转换系数，η
cell
表示电解槽的转化效率。
[0023]
其中：所述甲醇重整制氢单元输入端消耗的甲醇量用质量来表示，输出端的氢气产量用质量表示，所述甲醇重整制氢单元的运行变量模型为：
[0024]mmru,t
＝η
mru
·cmru,t
[0025]
式中，m
mru,t
表示t时段甲醇重整制氢设备生产的氢气质量，η
mru
表示甲醇重整制氢设备的转化效率。
[0026]
进一步地，步骤s3所述的运行约束条件为：从上级电网购电的功率约束、电储能单元的运行约束、电解水制氢单元的运行约束、甲醇制氢单元的运行约束、储氢设备的运行约束和氢气供需平衡约束，其中：从上级电网购电的功率约束由电储能单元、光伏发电单元和电解水制氢单元的输入电功率共同确定；电储能单元的运行约束具体包含三种约束：一是充放电功率约束，充放电功率不能超过安全运行的上下边界值，二是储能容量约束，储能容量不能超过安全运行的上下边界，三是总的充放电量约束，一个优化周期内电储能单元总的充电量等于总的放电量；电解水制氢单元的运行约束为电解水制氢单元的输入电功率不能超过其安全运行的上下边界值；甲醇重整制氢单元的运行约束，为甲醇重整制氢单元单位时间消耗的甲醇质量不能超过其安全运行的上下边界值；储氢设备的运行约束，为储氢设备储存的氢气质量不能超过其安全运行的上下边界值；氢气供需平衡约束，为在一个优化周期内电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元生产的氢气总量与氢用户总的需求量相等。
[0027]
从上级电网购电的功率约束表示为：
[0028]
p
buy,t
＝p
cell,t-p
ph,t-p
ba,t
[0029]
p
buy,t
≥0
[0030]
式中，p
buy,t
表示t时段制氢工厂从上级电网购电的功率，p
cell,t
表示t时段电储能单元购电的功率，p
ph,t
表示t时段光伏发电单元购电的功率，p
ba,t
表示t时段电解水制氢单元购电的功率。
[0031]
电储能单元的运行约束的充放电功率约束、储能容量约束、总的充放电量约束，分别表示为：
[0032]-p
ba,max
≤p
ba,t
≤p
ba,max
[0033][0034][0035]
式中，p
ba,max
表示电储能单元充放电功率的最大允许值；orib表示电储能单元储能初始值；ba
max
表示电储能单元的最大容量。
[0036]
电解水制氢单元的运行约束表示为：
[0037]
p
cell,min
≤p
cell,t
≤p
cell,max
[0038]
式中，p
cell,min
表示电解水制氢单元输入电功率的最小允许值；p
cell,max
表示电解水制氢单元输入电功率的最大允许值。
[0039]
甲醇重整制氢单元的运行约束表示为：
[0040]cmru,min
≤c
mru,t
≤c
mru,max
[0041]
式中，c
mru,min
表示甲醇重整制氢单元消耗甲醇质量的最小允许值；c
mru,max
表示甲醇重整制氢单元消耗甲醇质量的最大允许值。
[0042]
储氢设备的运行约束表示为：
[0043]
由
[0044][0045]
式中，orih表示储氢设备的初始氢气存量；ni
t
表示t时段储氢设备的氢气净入量；tank
max
表示储氢设备的最大容量；m
hr,t
表示t时段的氢气需求量。
[0046]
氢气供需平衡约束，应恢复初始状态，表示为：
[0047][0048]
综上所述，相对现有技术，本发明通过构建包括氢用户、储氢设备、电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元的综合能源系统，考虑实际运行过程中的上下游供给需求、不同制氢工艺特点、不同设备运行状态等变化影响，以周期内生产氢气能耗成本最低为优化目标，考虑优化运行约束条件，以运行变量模型为控制变量，优化求解得到最低制氢能耗成本的最优运行控制模型，从而降低氢气能耗成本提高整个综合能源系统运行效率。
附图说明
[0049]
图1为本发明综合能源系统的设备运行控制方法流程图；
[0050]
图2为本发明综合能源系统的总体结构示意图。
具体实施方式
[0051]
下面结合本发明附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。
[0052]
各行各业的碳减排和能源转型升级工作正稳步推进，各种清洁能源和可再生能源的推广速度不断加快。其中，氢由于其燃烧产物是水，且其来源丰富、能量密度高、应用场景丰富，具有极好的碳减排潜力。据有关部门统计，我国2020年氢气年产量约为3000万吨，预计到2060年我国氢气年需求量将增至13000万吨左右，未来制氢行业仍有巨大的发展空间。
[0053]
在制氢行业中，电解水制氢可以利用风电、光电和核电的清洁能源制氢，实现完全零碳排放，是未来氢能的发展方向，因此，基于峰谷电价和甲醇市场价格，以制氢成本最优为目标，提出面向同时含有电解水制氢和甲醇重整制氢工艺制氢工厂综合能源系统的运行控制方案。
[0054]
实施例
[0055]
如图1所示，本实施例提供一种面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，包括以下步骤：
[0056]
步骤一：构建基于电解水制氢和甲醇重整制氢的综合能源系统。
[0057]
如图2所示，所述的综合能源系统具体结构模型包括：氢用户、储氢设备、电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元，电解水制氢单元的供能来源包括电力流母线、上级电网、电储能单元和光伏发电单元，甲醇重整制氢单元的甲醇供应来源于甲醇市场。
[0058]
如图2所示，所述的综合能源系统的具体连接方式包括：上级电网与电力流母线连
接；电力流母线与电储能单元、光伏发电单元及电解水制氢单元连接；电解水制氢单元与储氢设备连接；甲醇重整制氢单元与储氢设备连接；储氢设备与氢用户连接。
[0059]
如图2所示，图中：实线为电力流向，点划虚线为甲醇流向，短划虚线为氢气流向。所述的综合能源系统的具体流向方式，上级电网与电力流母线之间的电能只能单向流动，从上级电网流向电力流母线；电储能单元与电力流母线之间的电能可以双向流动，当电储能单元充电时，电能从电力流母线流向电储能单元，当电储能单元放电时，电能从电储能单元流向电力流母线；光伏发电单元与电力流母线之间的电能只能单向流动，从光伏发电单元流向电力流母线，且光伏放电单元输出功率为已知；电解水制氢单元与电力流母线之间的电能只能单向流动，从电力流母线流向电解水制氢单元。
[0060]
具体地，电解水制氢单元的输入为电能，输出为氢气，其中：电解水制氢单元的能量输入端与电力流母线连接，电解水制氢单元的氢气输出端与储氢设备连接。
[0061]
甲醇重整制氢单元的输入为甲醇，输出为氢气，其中：甲醇重整制氢单元的原料输入端与甲醇市场连接，甲醇重整制氢单元的氢气输出端与储氢设备连接。
[0062]
储氢设备的氢气输入端的输入为电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元生产的氢气，储氢设备的输出端连接氢用户的加氢设备。
[0063]
步骤二：考虑综合能源系统运行参数，建立运行控制模型。
[0064]
所述综全能源系统可控的运行参数包括：电储能单元各个时段的充放电功率、电解水制氢单元各个时段制氢的功率，可体现为输入的电功率，和甲醇重整制氢单元各个时段制氢的功率，可体现为消耗的甲醇质量。其他不可控的运行参数包括：光伏发电单元各个时段的出力情况和氢用户各个时段的氢气需求量。系统各个时段从上级电网购电的总量、从甲醇市场购买甲醇的总量和储氢设备的存量等运行情况由可控的运行参数和其他不可控的运行参数共同决定，每一组设备可控的运行参数将决定一种系统的运行情况。即对工厂中储能设备、电解水制氢设备和甲醇重整制氢设备进行合理的控制，可以改变制氢工厂的制氢能耗成本。
[0065]
步骤三：以周期内生产氢气能耗成本最低为优化目标，考虑优化运行约束条件，以运行变量模型为控制变量，优化求解，得到最低制氢能耗成本的最优运行控制模型。
[0066]
所述的优化目标，周期内生产氢气能耗成本最低，表达式为：
[0067][0068]
式中，pr e
t
表示t时段制氢工厂从上级电网购电的电价；pr m
t
表示t时段制氢工厂从甲醇市场购买甲醇的甲醇价格；p
ph,t
表示t时段光伏发电单元的发电功率；t表示优化周期；δt表示单位调度时间。
[0069]
所述的运行约束条件为：从上级电网购电的功率约束、电储能单元的运行约束、电解水制氢单元的运行约束、甲醇制氢单元的运行约束、储氢设备的运行约束和氢气供需平衡约束。
[0070]
具体地，从上级电网购电的功率约束由电储能单元、光伏发电单元和电解水制氢单元的输入电功率共同确定。
[0071]
从上级电网购电的功率约束表示为：
[0072]
p
buy,t
＝p
cell,t-p
ph,t-p
ba,t
[0073]
p
buy,t
≥0
[0074]
式中，p
buy,t
表示t时段制氢工厂从上级电网购电的功率，p
cell,t
表示t时段电储能单元购电的功率，p
ph,t
表示t时段光伏发电单元购电的功率，p
ba,t
表示t时段电解水制氢单元购电的功率。
[0075]
具体地，电储能单元的运行约束具体包含三种约束：一是充放电功率约束，充放电功率不能超过安全运行的上下边界值，二是储能容量约束，储能容量不能超过安全运行的上下边界，三是总的充放电量约束，一个优化周期内电储能单元总的充电量等于总的放电量。
[0076]
电储能单元的运行约束的充放电功率约束、储能容量约束、总的充放电量约束，分别表示为：
[0077]-p
ba,max
≤p
ba,t
≤p
ba,max
[0078][0079][0080]
式中，p
ba,max
表示电储能单元充放电功率的最大允许值；orib表示电储能单元储能初始值；ba
max
表示电储能单元的最大容量。
[0081]
具体地，电解水制氢单元的运行约束为电解水制氢单元的输入电功率不能超过其安全运行的上下边界值。
[0082]
电解水制氢单元的运行约束表示为：
[0083]
p
cell,min
≤p
cell,t
≤p
cell,max
[0084]
式中，p
cell,min
表示电解水制氢单元输入电功率的最小允许值；p
cell,max
表示电解水制氢单元输入电功率的最大允许值。
[0085]
具体地，甲醇重整制氢单元的运行约束，为甲醇重整制氢单元单位时间消耗的甲醇质量不能超过其安全运行的上下边界值。
[0086]
甲醇重整制氢单元的运行约束表示为：
[0087]cmru,min
≤c
mru,t
≤c
mru,max
[0088]
式中，c
mru,min
表示甲醇重整制氢单元消耗甲醇质量的最小允许值；c
mru,max
表示甲醇重整制氢单元消耗甲醇质量的最大允许值。
[0089]
具体地，储氢设备的运行约束，为储氢设备储存的氢气质量不能超过其安全运行的上下边界值。
[0090]
储氢设备的运行约束表示为：
[0091]
由
[0092][0093]
式中，orih表示储氢设备的初始氢气存量；ni
t
表示t时段储氢设备的氢气净入量；
tan k
max
表示储氢设备的最大容量；m
hr,t
表示t时段的氢气需求量。
[0094]
具体地，氢气供需平衡约束，为在一个优化周期内电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元生产的氢气总量与氢用户总的需求量相等。
[0095]
氢气供需平衡约束，应恢复初始状态，表示为：
[0096][0097]
所述的控制变量为电储能单元的输入输出功率p
ba,t
、电解水制氢单元的输入电功率p
cell,t
和甲醇重整制氢单元消耗的甲醇质量c
mru,t
；其中：电解水制氢单元输入端的电能用功率来表示，输出端的氢气产量用质量表示，电解水制氢单元的运行变量模型为：
[0098]mcell,t
＝ε
·
η
cell
·
p
cell,t
·
δt
[0099]
式中，m
cell,t
表示t时段电解槽生产的氢气质量，ε表示电量与氢气质量的转换系数，η
cell
表示电解槽的转化效率。
[0100]
具体一：所述甲醇重整制氢单元输入端消耗的甲醇量用质量来表示，输出端的氢气产量用质量表示，所述甲醇重整制氢单元的运行变量模型为：
[0101]mmru,t
＝η
mru
·cmru,t
[0102]
式中，m
mru,t
表示t时段甲醇重整制氢设备生产的氢气质量，η
mru
表示甲醇重整制氢设备的转化效率。
[0103]
步骤四：根据最优运行控制模型，调控综合能源系统运行状态。
[0103]
制氢工厂的制氢成本对应于所述的优化目标，设备可控的运行参数对应于所述的控制变量。在对综合能源系统设备运行控制优化模型进行优化之前，需要获取电网电价、甲醇市场价格、各台设备的相关参数以及工厂生产指标等数据。随后为了使制氢工厂的制氢成本最低，需要对目标函数进行优化求解，得到至少一组能使目标函数取得最小值的控制变量。最后，根据得到的控制变量分别对电储能单元、电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元各个时段的运行状态进行控制，在此控制方法下制氢工厂的制氢成本最低。
[0104]
综上分析可知，本发明通过以周期内生产氢气能耗成本最低为优化目标，考虑含有电解水制氢和甲醇重整制氢工艺制氢工厂综合能源系统中电制氢环节、甲醇重整制氢环节、电储能单元、储氢设备等环节，建立相应的设备运行控制优化模型，在满足工厂生产安排的实际情况下，优化和控制各个时段储能、电解水制氢和甲醇重整制氢等设备的运行状态，从而降低氢气能耗成本提高整个综合能源系统运行效率。

技术特征：
1.一种面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：构建基于电解水制氢和甲醇重整制氢的综合能源系统；s2：考虑综合能源系统运行参数，建立运行控制模型；s3：以周期内生产氢气能耗成本最低为优化目标，考虑优化运行约束条件，以运行变量模型为控制变量，优化求解，得到最低制氢能耗成本的最优运行控制模型；s4：根据最优运行控制模型，调控综合能源系统运行状态。2.根据权利要求1所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，s1所述的综合能源系统包括：氢用户、储氢设备、电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元，所述电解水制氢单元的供能来源包括电力流母线、上级电网、电储能单元和光伏发电单元，所述甲醇重整制氢单元的甲醇供应来源于甲醇市场；其中：所述上级电网与所述电力流母线连接；所述电力流母线与所述电储能单元、所述光伏发电单元及所述电解水制氢单元连接；所述电解水制氢单元与所述储氢设备连接；所述甲醇重整制氢单元与所述储氢设备连接；所述储氢设备与所述氢用户连接。3.根据权利要求2所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，所述上级电网与所述电力流母线之间的电能只能单向流动，从所述上级电网流向所述电力流母线；所述电储能单元与所述电力流母线之间的电能可以双向流动，当所述电储能单元充电时，电能从所述电力流母线流向所述电储能单元，当所述电储能单元放电时，电能从所述电储能单元流向所述电力流母线；所述光伏发电单元与所述电力流母线之间的电能只能单向流动，从所述光伏发电单元流向所述电力流母线，且所述光伏放电单元输出功率为已知；所述电解水制氢单元与所述电力流母线之间的电能只能单向流动，从所述电力流母线流向所述电解水制氢单元。4.根据权利要求2或3所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，所述电解水制氢单元的输入为电能，输出为氢气，其中：所述电解水制氢单元的能量输入端与所述电力流母线连接，所述电解水制氢单元的氢气输出端与所述储氢设备连接。5.根据权利要求2或3所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，所述甲醇重整制氢单元的输入为甲醇，输出为氢气，其中：所述甲醇重整制氢单元的原料输入端与所述甲醇市场连接，所述甲醇重整制氢单元的氢气输出端与所述储氢设备连接。6.根据权利要求2或3所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，所述储氢设备的氢气输入端的输入为所述电解水制氢单元和所述甲醇重整制氢单元生产的氢气，储氢设备的输出端连接所述氢用户的加氢设备。7.根据权利要求2所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，s3所述的优化目标表达为：式中，pre
t
表示t时段制氢工厂从上级电网购电的电价；prm
t
表示t时段制氢工厂从甲醇市场购买甲醇的甲醇价格；p
ph,t
表示t时段光伏发电单元的发电功率；t表示优化周期；δt
表示单位调度时间。8.根据权利要求2所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，s3所述的控制变量为所述电储能单元的输入输出功率p
ba,t
、所述电解水制氢单元的输入电功率p
cell,t
和所述甲醇重整制氢单元消耗的甲醇质量c
mru,t
；其中：所述电解水制氢单元输入端的电能用功率来表示，输出端的氢气产量用质量表示，所述电解水制氢单元的运行变量模型为：m
cell,t
＝ε
·
η
cell
·
p
cell,t
·
δt式中，m
cell,t
表示t时段电解槽生产的氢气质量，ε表示电量与氢气质量的转换系数，η
cell
表示电解槽的转化效率；其中：所述甲醇重整制氢单元输入端消耗的甲醇量用质量来表示，输出端的氢气产量用质量表示，所述甲醇重整制氢单元的运行变量模型为：m
mru,t
＝η
mru
·
c
mru,t
式中，m
mru,t
表示t时段甲醇重整制氢设备生产的氢气质量，η
mru
表示甲醇重整制氢设备的转化效率。9.根据权利要求2所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，s3所述的运行约束条件为：从上级电网购电的功率约束、电储能单元的运行约束、电解水制氢单元的运行约束、甲醇制氢单元的运行约束、储氢设备的运行约束和氢气供需平衡约束，其中：从上级电网购电的功率约束由电储能单元、光伏发电单元和电解水制氢单元的输入电功率共同确定；电储能单元的运行约束具体包含三种约束：一是充放电功率约束，充放电功率不能超过安全运行的上下边界值，二是储能容量约束，储能容量不能超过安全运行的上下边界，三是总的充放电量约束，一个优化周期内电储能单元总的充电量等于总的放电量；电解水制氢单元的运行约束为电解水制氢单元的输入电功率不能超过其安全运行的上下边界值；甲醇重整制氢单元的运行约束，为甲醇重整制氢单元单位时间消耗的甲醇质量不能超过其安全运行的上下边界值；储氢设备的运行约束，为储氢设备储存的氢气质量不能超过其安全运行的上下边界值；氢气供需平衡约束，为在一个优化周期内电解水制氢单元和甲醇重整制氢单元生产的氢气总量与氢用户总的需求量相等。10.根据权利要求9所述的面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，其特征在于，从上级电网购电的功率约束表示为：p
buy,t
＝p
cell,t-p
ph,t-p
ba,t
p
buy,t
≥0式中，p
buy,t
表示t时段制氢工厂从上级电网购电的功率，p
cell,t
表示t时段电储能单元购电的功率，p
ph,t
表示t时段光伏发电单元购电的功率，p
ba,t
表示t时段电解水制氢单元购电的功率；电储能单元的运行约束的充放电功率约束、储能容量约束、总的充放电量约束，分别表示为：-p
ba,max
≤p
ba,t
≤p
ba,max
式中，p
ba,max
表示电储能单元充放电功率的最大允许值；ori
b
表示电储能单元储能初始值；ba
max
表示电储能单元的最大容量；电解水制氢单元的运行约束表示为：p
cell,min
≤p
cell,t
≤p
cell,max
式中，p
cell,min
表示电解水制氢单元输入电功率的最小允许值；p
cell,max
表示电解水制氢单元输入电功率的最大允许值；甲醇重整制氢单元的运行约束表示为：c
mru,min
≤c
mru,t
≤c
mru,max
式中，c
mru,min
表示甲醇重整制氢单元消耗甲醇质量的最小允许值；c
mru,max
表示甲醇重整制氢单元消耗甲醇质量的最大允许值；储氢设备的运行约束表示为：由由式中，ori
h
表示储氢设备的初始氢气存量；ni
t
表示t时段储氢设备的氢气净入量；tank
max
表示储氢设备的最大容量；m
hr,t
表示t时段的氢气需求量；氢气供需平衡约束，应恢复初始状态，表示为：

技术总结
本发明公开了一种面向制氢工厂综合能源系统的设备运行控制方法，配电系统领域，构建基于电解水制氢和甲醇重整制氢的综合能源系统；考虑综合能源系统运行参数，建立运行控制模型；以周期内生产氢气能耗成本最低为优化目标，考虑优化运行约束条件，以运行变量模型为控制变量，优化求解，得到最低制氢能耗成本的最优运行控制模型；根据最优运行控制模型，调控综合能源系统运行状态。本发明通过考虑含有电解水制氢和甲醇重整制氢工艺制氢工厂综合能源系统中电制氢环节、甲醇重整制氢环节、电储能单元、储氢设备等环节，建立相应的运行控制优化模型，优化和控制各个时段的运行状态，从而降低氢气能耗成本提高整个综合能源系统运行效率。运行效率。运行效率。


技术研发人员：王荣根 张威 梅明星 叶吉超 范素丽 陈俊仕 赵萍 黄剑 吴文俊 沈丹涛 张智涛 叶子强 谢天佑 应彩霞
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司丽水供电公司
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/8/9