电、氢协同互动的系统规划方法及装置与流程

1.本发明涉及储能规划技术领域，尤其是涉及一种电、氢协同互动的系统规划方法及装置。


背景技术：

2.目前，针对电、氢系统的规划没有充分考虑电-氢协同互动，电力系统规划仅考虑电源、电网、负荷、储能的发展方案，且基本按照传统的电力平衡方式将负荷需求视为规定常数；氢能系统规划只关注制氢、输氢、储氢、用氢的发展趋势。然而随着近年来电制氢技术、氢燃料电池技术的日趋成熟，未来氢能系统将与电力系统产生密切互动。电力系统的规划将极大地影响电解水制氢项目布局，并进一步影响中游氢气储运、以及下游氢气消费的规划；而燃料电池发电项目也将进一步影响电源、电网发展方案的设计优化。因此，亟需构建基于电-氢协同互动的系统规划方法以统筹考虑电力系统的电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧各类资源，以及氢能生产、存储、运输、消费等关键环节，实现系统整体优化。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种电、氢协同互动的系统规划方法及装置，旨在解决现有技术中的上述问题。
4.本发明提供一种电、氢协同互动的系统规划方法，包括：s1、通过获取电力系统及氢能系统的交互数据获取电力系统与氢能系统的交互关系；s2、设置基准年，获取基准年的电力系统和氢能系统的发展数据作为电、氢协同互动的系统规划的起始状态；s3、根据交互关系及起始状态设置电、氢协同互动的系统规划模型，电、氢协同互动的系统规划模型以规划期内系统总成本净现值最小化为目标函数；s4、通过设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件对目标函数进行求解，从而获取电、氢协同互动的系统规划方案。
5.本发明提供一种电、氢协同互动的系统规划装置，包括：交互关系获取模块，用于通过获取电力系统及氢能系统的交互数据获取电力系统与氢能系统的交互关系；起始状态构建模块，用于设置基准年，获取基准年的电力系统和氢能系统的发展数据作为电、氢协同互动的系统规划的起始状态；构建模型模块，用于根据交互关系及起始状态设置电、氢协同互动的系统规划模型，电、氢协同互动的系统规划模型以规划期内系统总成本净现值最小化为目标函数；模型求解模块，用于通过设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件对所述目标函数进行求解，从而获取电、氢协同互动的系统规划方案。
6.采用本发明实施例，统筹考虑电力系统源、网、荷、储各类资源以及氢能制、储、输、
用各类设备在系统中的交互关系，通过构建电、氢协同互动的系统规划模型，求解系统规划优化问题，得到各类电源、电网、储能、制氢、储氢、输氢等规划方案。
附图说明
7.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1是本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划方法的流程图；图2是本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划装置的示意图；图3是本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划优化概念示意图；图4是本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划建模思路示意图。
具体实施方式
9.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
10.方法实施例根据本发明实施例，提供了一种电、氢协同互动的系统规划方法，图1是本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划方法具体包括：s1、通过获取电力系统及氢能系统的交互数据获取电力系统与氢能系统的交互关系，s1具体包括：统筹考虑电力系统源、网、荷、储各类资源以及氢能制、储、输、用各类设备在系统中的交互关系，特别是电制氢、氢燃料电池、燃氢机组等设备对电力平衡、电量平衡、调峰平衡等的贡献作用。
11.（1）分析包括氢燃料电池、燃氢机组在内的电源技术特性；获取煤电机组、水电机组、风电机组、光伏机组、氢燃料电池、燃氢机组等各类电源的固定投资成本、运维成本、利用小时、排放因子、调峰深度、调节速率等相关技术经济参数。
12.（2）分析输电线路、输氢管网技术特性；获取输电线路的固定投资成本、运维成本、利用小时上限、典型输电距离与功率曲线等相关技术经济参数，以及输氢管道的固定投资成本、运维成本、典型流量曲线等相关技术经济参数。
13.（3）分析包括电解水制氢设备在内的负荷侧资源技术特性；获取电解水制氢设备的固定投资成本、运维成本、可调节范围、调节速率、电-氢转换效率等关键技术经济参数，分析其对系统电力平衡、电量平衡、新能源消纳的贡献价值属性等。此外，分析包括需求响应、能效电厂在内的各类资源的利用成本。
14.（4）分析储能技术特性；分析电化学储能、抽水蓄能、储氢罐等储能设备的固定投资成本、运维成本、效率系数、输出功率范围等，获取相关技术经济参数。
15.（5）进行电力、电量、用氢量预测；对规划期内各区域的电力需求、电量需求、氢气需求进行预测，整理规划期内各区域逐年的电力需求、电量需求、氢气需求数据。可通过弹性系数法、负荷密度法以及最大负荷利用小时数法对电力需求进行预测，通过用电单耗法以及人均用电法对电量需求进行预测，通过用氢单耗法对氢气需求进行预测。
16.s2、设置基准年，获取基准年的电力系统和氢能系统的发展数据作为电、氢协同互动的系统规划的起始状态；s3、根据交互关系及起始状态设置电、氢协同互动的系统规划模型，电、氢协同互动的系统规划模型以规划期内系统总成本净现值最小化为目标函数，s3具体包括：通过建立数学优化模型，将规划期内各年份、各区域、各类电源、电网、负荷侧资源、储能、电解水制氢、储氢、输氢管网等发展规模设为待求解变量，设置好目标函数与约束条件，通过计算机求解，得出满足各项约束条件且使得目标函数值最小的解。
17.模型的目标函数是使规划期内系统总成本净现值最小化，具体如下所示：；其中，t为规划期时间长度，为区域的合集，为电源种类的合集，具体包括风电、光伏、水电、煤电、气电、燃氢机组、氢燃料电池，和分别为第年、第个区域、第种电源的容量和单位容量的成本，为储能的合集，具体包括电化学储能、抽水蓄能，、、分别为第年、第个区域、第种储能的容量、最大充电功率下的充电时间以及单位容量的成本，、、分别为连接第个区域和第个区域输电线路的容量、距离和单位容量距离的成本，和为第年、第个区域、第种电源的碳排放系数和年利用小时数，为碳排放成本，表示第年、第个区域、第种电源的运维成本，和分别为连接第个区域和第个区域输氢管道的容量和单位容量距离的成本，和分别为第年、第个区域电解槽
的容量和单位容量的成本，和分别为第年、第个区域储氢设备的容量和单位容量的成本。
18.s4、通过设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件对目标函数进行求解，从而获取电、氢协同互动的系统规划方案。
19.s4中设置的模型的约束条件如下：（a）各区域电力平衡约束该约束的目的在于确保各区域电力供需的平衡，并将跨区输电及相应线损纳入考虑。
20.；其中，为第种电源在区域的峰荷出力置信系数，为区域向第个区域输送的电力值，为第个区域向区域输送的电力值，为连接第个区域和第个区域输电通道的线损率，为区域内平均输配电线损率，为电负荷的备用系数，为第年区域的最大电力负荷预测值；（b）各区域氢气产销平衡约束该约束的目的在于确保各区域氢气流量产销平衡，并将跨区输氢及相应损耗纳入考虑。
21.；其中，为电解槽的效率，为电能与氢能之间的热值转换系数，为区域向第个区域输送的氢流量值，为第个区域向区域输送的氢流量值，为连接第个区域和第个区域输氢管道的损耗率，为氢负荷的备用系数，为第年区域的最大绿氢需求预测值；（c）各区域电量平衡约束该约束的目的在于确保各区域电量供需的平衡。
22.；其中，为第年、区域向第个区域输送的电量，为第年、第个区域向区域输送的电量，第年区域的电量需求预测值，为第类储能的充放电效率；（d）各区域氢气质量平衡约束该约束的目的在于确保各区域氢气质量产销的平衡。
23.；其中，为第年、第个区域电解槽的利用小时数，为第年、区域向第个区域输送的氢气质量，为第年、第个区域向区域输送的氢气质量，为第年区域的绿氢需求预测值，为储氢的充放效率；（e）输电容量约束该约束的目的在于确保各跨区域输电通道功率不超过其容量。
24.；（f）输氢功率约束该约束的目的在于确保各跨区域输氢管道流量值不超过其容量。
25.；（g）输电电量约束该约束的目的在于确保各跨区域输电线路年输电量不超过其年最大输电量。
26.；式中：其中，为连接第个区域和第个区域输电线路的最大利用小时数；（h）输氢质量约束该约束的目的在于确保各跨区域输氢管道年输氢量不超过其年最大输氢量。
27.；式中：其中，为连接第个区域和第个区域输氢管道的最大利用小时数；（i）各区域系统调节能力约束
该约束的目的在于确保系统调节资源需满足负荷波动与风电、光伏等不确定性电源出力波动的调节需求。
28.；其中，为具有调节能力的电源集合，为第个区域、第类电源的平均调峰深度，为第个区域电解槽的可调节范围；为第年、第个区域的负荷峰谷差率预测值，为不确定性电源集合，为第年、第个区域、第类电源的调峰需求系数；（j）各区域系统调节速率约束该约束的目的在于确保系统调节资源的调节速率可以满足负荷波动与风电、光伏等不确定性电源出力波动调节速率的需求。
29.；式中：、分别为区域第类电源和电解槽的出力调节速率，为第个区域单位时间负荷需求变化率；（k）设备建造规模约束该约束的目的在于充分考虑原材料供应、资源禀赋以及建设速度等因素，使得各区域设备建造规模不超过其最大建造能力。
30.；式中：为第年、第个区域、第类设备的容量，包括电源、储能、电解槽、储氢扥设备，为第年、第个区域、第类设备的最大建设能力；（l）输电通道建造规模约束该约束的目的在于充分考虑原材料供应以及建设速度等因素，使得跨区域输电通道建造规模不超过其最大建造能力。
31.；式中：为第年、连接第个区域和第个区域输电通道的最大建设能力；（m）输氢管道建造规模约束该约束的目的在于充分考虑原材料供应以及建设速度等因素，使得跨区域输氢管道建造规模不超过其最大建造能力。
32.；式中：为第年、连接第个区域和第个区域输氢管道的最大建设能力；
（n）二氧化碳排放约束该约束的目的在于设置二氧化碳排放总量的上限，以促进电力系统低碳转型发展。
33.；式中：为第年电力系统碳排放的上限。
34.图4是本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划建模思路示意图。针对上述搭建的基于电-氢协同互动的系统规划模型进行优化求解后，计算得出包含燃氢机组在内的各类电源、电网、储能、电解槽、输氢管道、储氢等逐年的发展规模，并进行进一步的整理与分析。
35.本发明实施例通过分析包括氢燃料电池、燃氢机组在内的电源、输电线路、输氢管网、包括电解水制氢设备在内的负荷侧资源技术的技术经济特性，以及电力、电量、用氢量预测，构建基于电-氢协同的规划问题构建数学模型，并进行统筹优化求解，进而得出电力系统、氢能系统相关规划结果，图3是本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划优化概念示意图。
36.通过采用本发明实施例，具备如下有益效果：采用本发明实施例，统筹考虑电力系统源、网、荷、储各类资源以及氢能制、储、输、用各类设备在系统中的交互关系，通过构建电、氢协同互动的系统规划模型，求解系统规划优化问题，得到各类电源、电网、储能、制氢、储氢、输氢等规划方案。
37.装置实施例根据本发明实施例，提供了一种电、氢协同互动的系统规划装置，图2是本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划装置的示意图，如图2所示，根据本发明实施例的电、氢协同互动的系统规划装置具体包括：交互关系获取模块20，用于通过获取电力系统及氢能系统的交互数据获取电力系统与氢能系统的交互关系，交互关系获取模块20具体用于：统筹考虑电力系统源、网、荷、储各类资源以及氢能制、储、输、用各类设备在系统中的交互关系，特别是电制氢、氢燃料电池、燃氢机组等设备对电力平衡、电量平衡、调峰平衡等的贡献作用。
38.(1)分析包括氢燃料电池、燃氢机组在内的电源技术特性获取煤电机组、水电机组、风电机组、光伏机组、氢燃料电池、燃氢机组等各类电源的固定投资成本、运维成本、利用小时、排放因子、调峰深度、调节速率等相关技术经济参数。
39.(2)分析输电线路、输氢管网技术特性获取输电线路的固定投资成本、运维成本、利用小时上限、典型输电距离与功率曲线等相关技术经济参数，以及输氢管道的固定投资成本、运维成本、典型流量曲线等相关技术经济参数。
40.(3)分析包括电解水制氢设备在内的负荷侧资源技术特性获取电解水制氢设备的固定投资成本、运维成本、可调节范围、调节速率、电-氢转
换效率等关键技术经济参数，分析其对系统电力平衡、电量平衡、新能源消纳的贡献价值属性等。此外，分析包括需求响应、能效电厂在内的各类资源的利用成本。
41.(4)分析储能技术特性分析电化学储能、抽水蓄能、储氢罐等储能设备的固定投资成本、运维成本、效率系数、输出功率范围等，获取相关技术经济参数。
42.(5)进行电力、电量、用氢量预测对规划期内各区域的电力需求、电量需求、氢气需求进行预测，整理规划期内各区域逐年的电力需求、电量需求、氢气需求数据。
43.起始状态构建模块22，用于设置基准年，获取基准年的电力系统和氢能系统的发展数据作为电、氢协同互动的系统规划的起始状态；构建模型模块24，用于根据交互关系及起始状态设置电、氢协同互动的系统规划模型，所述电、氢协同互动的系统规划模型以规划期内系统总成本净现值最小化为目标函数；构建模型模块24具体用于：通过建立数学优化模型，将规划期内各年份、各区域、各类电源、电网、负荷侧资源、储能、电解水制氢、储氢、输氢管网等发展规模设为待求解变量，设置好目标函数与约束条件，通过计算机求解，得出满足各项约束条件且使得目标函数值最小的解。
44.模型的目标函数是使规划期内系统总成本净现值最小化，具体如下所示：；式中：t为规划期时间长度，为区域的合集，为电源种类的合集，具体包括风电、光伏、水电、煤电、气电、燃氢机组、氢燃料电池，和分别为第年、第个区域、第种电源的容量和单位容量的成本，为储能的合集，具体包括电化学储能、抽水蓄能，、、分别为第年、第个区域、第种储能的容量、最大充电功率下的充电时间以及单位容量的成本，、、分别为连接第个区域和第个区域输电线路的容量、距离和单位容量距离的成本，和为第年、第个区域、第种电源的碳排放系数和年利用小时数，为碳排放成本，表示第年、第个区域、第种电源的运维成本，和分别为连接第个区域和第个区域输氢管道
的容量和单位容量距离的成本，和分别为第年、第个区域电解槽的容量和单位容量的成本，和分别为第年、第个区域储氢设备的容量和单位容量的成本。
45.模型求解模块26，用于通过设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件对所述目标函数进行求解，从而获取电、氢协同互动的系统规划方案。
46.模型求解模块26中设置的模型的约束条件如下：（a）各区域电力平衡约束该约束的目的在于确保各区域电力供需的平衡，并将跨区输电及相应线损纳入考虑。
47.；式中：为第种电源在区域的峰荷出力置信系数，为区域向第个区域输送的电力值，为第个区域向区域输送的电力值，为连接第个区域和第个区域输电通道的线损率，为区域内平均输配电线损率，为电负荷的备用系数，为第年区域的最大电力负荷预测值；（b）各区域氢气产销平衡约束该约束的目的在于确保各区域氢气流量产销平衡，并将跨区输氢及相应损耗纳入考虑。
48.；式中：为电解槽的效率，为电能与氢能之间的热值转换系数，为区域向第个区域输送的氢流量值，为第个区域向区域输送的氢流量值，为连接第个区域和第个区域输氢管道的损耗率，为氢负荷的备用系数，为第年区域的最大绿氢需求预测值；（c）各区域电量平衡约束该约束的目的在于确保各区域电量供需的平衡。
49.；式中：为第年、区域向第个区域输送的电量，为第年、第个区域向区域输送的电量，第年区域的电量需求预测值，为第类储能的充放电效率；（d）各区域氢气质量平衡约束该约束的目的在于确保各区域氢气质量产销的平衡。
50.；式中：为第年、第个区域电解槽的利用小时数，为第年、区域向第个区域输送的氢气质量，为第年、第个区域向区域输送的氢气质量，为第年区域的绿氢需求预测值，为储氢的充放效率；（e）输电容量约束该约束的目的在于确保各跨区域输电通道功率不超过其容量。
51.；（f）输氢功率约束该约束的目的在于确保各跨区域输氢管道流量值不超过其容量。
52.；（g）输电电量约束该约束的目的在于确保各跨区域输电线路年输电量不超过其年最大输电量。
53.；式中：为连接第个区域和第个区域输电线路的最大利用小时数；（h）输氢质量约束该约束的目的在于确保各跨区域输氢管道年输氢量不超过其年最大输氢量。
54.；式中：为连接第个区域和第个区域输氢管道的最大利用小时数；（i）各区域系统调节能力约束
该约束的目的在于确保系统调节资源需满足负荷波动与风电、光伏等不确定性电源出力波动的调节需求。
55.；式中：其中，为具有调节能力的电源集合，为第个区域、第类电源的平均调峰深度，为第个区域电解槽的可调节范围；为第年、第个区域的负荷峰谷差率预测值，为不确定性电源集合，为第年、第个区域、第类电源的调峰需求系数。
56.（j）各区域系统调节速率约束该约束的目的在于确保系统调节资源的调节速率可以满足负荷波动与风电、光伏等不确定性电源出力波动调节速率的需求。
57.；式中：、分别为区域第类电源和电解槽的出力调节速率，为第个区域单位时间负荷需求变化率。
58.（k）设备建造规模约束该约束的目的在于充分考虑原材料供应、资源禀赋以及建设速度等因素，使得各区域设备建造规模不超过其最大建造能力。
59.；式中：为第年、第个区域、第类设备的容量，包括电源、储能、电解槽、储氢扥设备，为第年、第个区域、第类设备的最大建设能力。
60.（l）输电通道建造规模约束该约束的目的在于充分考虑原材料供应以及建设速度等因素，使得跨区域输电通道建造规模不超过其最大建造能力。
61.；式中：为第年、连接第个区域和第个区域输电通道的最大建设能力。
62.（m）输氢管道建造规模约束该约束的目的在于充分考虑原材料供应以及建设速度等因素，使得跨区域输氢管道建造规模不超过其最大建造能力。
63.；式中：为第年、连接第个区域和第个区域输氢管道的最大建设能力。
64.（n）二氧化碳排放约束
该约束的目的在于设置二氧化碳排放总量的上限，以促进电力系统低碳转型发展。
65.；式中：为第年电力系统碳排放的上限。
66.本发明实施例通过分析包括氢燃料电池、燃氢机组在内的电源、输电线路、输氢管网、包括电解水制氢设备在内的负荷侧资源技术的技术经济特性，以及电力、电量、用氢量预测，构建基于电-氢协同的规划问题构建数学模型，并进行统筹优化求解，进而得出电力系统、氢能系统相关规划结果。
67.通过采用本发明实施例，具备如下有益效果：采用本发明实施例，统筹考虑电力系统源、网、荷、储各类资源以及氢能制、储、输、用各类设备在系统中的交互关系，通过构建电、氢协同互动的系统规划模型，求解系统规划优化问题，得到各类电源、电网、储能、制氢、储氢、输氢等规划方案。
68.以上所述仅为本文件的实施例而已，并不用于限制本文件。对于本领域技术人员来说，本文件可以有各种更改和变化。凡在本文件的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种电、氢协同互动的系统规划方法，其特征在于，包括：s1、通过获取电力系统及氢能系统的交互数据获取电力系统与氢能系统的交互关系；s2、设置基准年，获取基准年的电力系统和氢能系统的发展数据作为电、氢协同互动的系统规划的起始状态；s3、根据交互关系及起始状态设置电、氢协同互动的系统规划模型，所述电、氢协同互动的系统规划模型以规划期内系统总成本净现值最小化为目标函数；s4、通过设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件对所述目标函数进行求解，从而获取电、氢协同互动的系统规划方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力系统与氢能系统的交互关系具体包括：电力系统中电源、电网、负荷、储能的各类资源以及氢能系统中的制氢、储氢、输氢、用氢的各类设备在系统中的交互关系。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s1具体包括：s11、分析氢燃料电池、燃氢机组的电源技术特性，具体包括：获取各类电源的固定投资成本、运维成本、利用小时、排放因子、调峰深度以及调节速率，所述各类电源包括：煤电机组、水电机组、风电机组、光伏机组、氢燃料电池以及燃氢机组电源；s12、分析输电线路、输氢管网技术特性，具体包括：获取输电线路的固定投资成本、运维成本、利用小时上限、典型输电距离与功率曲线，获取输氢管道的固定投资成本、运维成本以及典型流量曲线；s13、分析电解水制氢设备的负荷侧资源技术特性，具体包括：获取电解水制氢设备的固定投资成本、运维成本、可调节范围、调节速率、电-氢转换效率，通过数理统计方法分析其对系统电力平衡、电量平衡、新能源消纳的贡献价值属性，分析需求响应、能效电厂的利用成本；s14、分析储能技术特性，具体包括：通过数理统计方法分析电化学储能、抽水蓄能、储氢罐储能设备的固定投资成本、运维成本、效率系数、输出功率范围；s15、进行电力、电量、用氢量预测，具体包括：对规划期内各区域的电力需求、电量需求、氢气需求进行预测，整理规划期内各区域逐年的电力需求、电量需求、氢气需求数据。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s3具体包括：以规划期内系统总成本净现值最小化为目标函数，具体如下所示：；
其中，t为规划期时间长度，为区域的合集，为电源种类的合集，具体包括风电、光伏、水电、煤电、气电、燃氢机组、氢燃料电池，和分别为第年、第个区域、第种电源的容量和单位容量的成本，为储能的合集，具体包括电化学储能、抽水蓄能，、、分别为第年、第个区域、第种储能的容量、最大充电功率下的充电时间以及单位容量的成本，、、分别为连接第个区域和第个区域输电线路的容量、距离和单位容量距离的成本，和为第年、第个区域、第种电源的碳排放系数和年利用小时数，为碳排放成本，表示第年、第个区域、第种电源的运维成本，和分别为连接第个区域和第个区域输氢管道的容量和单位容量距离的成本，和分别为第年、第个区域电解槽的容量和单位容量的成本，和分别为第年、第个区域储氢设备的容量和单位容量的成本。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件具体包括：设置各区域电力平衡约束：；其中，为第种电源在区域的峰荷出力置信系数，为区域向第个区域输送的电力值，为第个区域向区域输送的电力值，为连接第个区域和第个区域输电通道的线损率，为区域内平均输配电线损率，为电负荷的备用系数，为第年区域的最大电力负荷预测值；设置各区域氢气产销平衡约束：；其中，为电解槽的效率，为电能与氢能之间的热值转换系数，为区域
向第个区域输送的氢流量值，为第个区域向区域输送的氢流量值，为连接第个区域和第个区域输氢管道的损耗率，为氢负荷的备用系数，为第年区域的最大绿氢需求预测值；设置各区域电量平衡约束：；其中，为第年、区域向第个区域输送的电量，为第年、第个区域向区域输送的电量，第年区域的电量需求预测值，为第类储能的充放电效率；设置各区域氢气质量平衡约束：；其中，为第年、第个区域电解槽的利用小时数，为第年、区域向第个区域输送的氢气质量，为第年、第个区域向区域个区域向区域输送的氢气质量，为第年区域的绿氢需求预测值，为储氢的充放效率；设置输电容量约束：；设置输氢功率约束：；设置输电电量约束：；其中，为连接第个区域和第个区域输电线路的最大利用小时数；设置输氢质量约束：；
其中，为连接第个区域和第个区域输氢管道的最大利用小时数；设置各区域系统调节能力约束：；其中，为具有调节能力的电源集合，为第个区域、第类电源的平均调峰深度，为第个区域电解槽的可调节范围；为第年、第个区域的负荷峰谷差率预测值，为不确定性电源集合，为第年、第个区域、第类电源的调峰需求系数；设置各区域系统调节速率约束：；其中，、分别为区域第类电源和电解槽的出力调节速率，为第个区域单位时间负荷需求变化率；设置设备建造规模约束：；其中，为第年、第个区域、第类设备的容量，包括电源、储能、电解槽、储氢扥设备，为第年、第个区域、第类设备的最大建设能力；设置输电通道建造规模约束：；其中，为第年、连接第个区域和第个区域输电通道的最大建设能力；设置输氢管道建造规模约束：；其中，为第年、连接第个区域和第个区域输氢管道的最大建设能力；设置二氧化碳排放约束：；其中，为第年电力系统碳排放的上限。6.一种电、氢协同互动的系统规划装置，其特征在于，包括：
交互关系获取模块，用于通过获取电力系统及氢能系统的交互数据获取电力系统与氢能系统的交互关系；起始状态构建模块，用于设置基准年，获取基准年的电力系统和氢能系统的发展数据作为电、氢协同互动的系统规划的起始状态；构建模型模块，用于根据交互关系及起始状态设置电、氢协同互动的系统规划模型，所述电、氢协同互动的系统规划模型以规划期内系统总成本净现值最小化为目标函数；模型求解模块，用于通过设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件对所述目标函数进行求解，从而获取电、氢协同互动的系统规划方案。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述交互关系获取模块中获取的电力系统与氢能系统的交互关系具体包括：电力系统中电源、电网、负荷、储能的各类资源以及氢能系统中的制氢、储氢、输氢、用氢的各类设备在系统中的交互关系。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述交互关系获取模块具体用于：分析氢燃料电池、燃氢机组的电源技术特性，具体包括：获取各类电源的固定投资成本、运维成本、利用小时、排放因子、调峰深度以及调节速率，所述各类电源包括：煤电机组、水电机组、风电机组、光伏机组、氢燃料电池以及燃氢机组电源；分析输电线路、输氢管网技术特性，具体包括：获取输电线路的固定投资成本、运维成本、利用小时上限、典型输电距离与功率曲线，获取输氢管道的固定投资成本、运维成本以及典型流量曲线；分析电解水制氢设备的负荷侧资源技术特性，具体包括：获取电解水制氢设备的固定投资成本、运维成本、可调节范围、调节速率、电-氢转换效率，通过数理统计方法分析其对系统电力平衡、电量平衡、新能源消纳的贡献价值属性，分析需求响应、能效电厂的利用成本；分析储能技术特性，具体包括：通过数理统计方法分析电化学储能、抽水蓄能、储氢罐储能设备的固定投资成本、运维成本、效率系数、输出功率范围；进行电力、电量、用氢量预测，具体包括：对规划期内各区域的电力需求、电量需求、氢气需求进行预测，整理规划期内各区域逐年的电力需求、电量需求、氢气需求数据。9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述构建模型模块具体用于：获取以规划期内系统总成本净现值最小化为目标函数，具体如下所示：；其中，t为规划期时间长度，为区域的合集，为电源种类的合集，具体包括风电、
光伏、水电、煤电、气电、燃氢机组、氢燃料电池，和分别为第年、第个区域、第种电源的容量和单位容量的成本，为储能的合集，具体包括电化学储能、抽水蓄能，、、分别为第年、第个区域、第种储能的容量、最大充电功率下的充电时间以及单位容量的成本，、、分别为连接第个区域和第个区域输电线路的容量、距离和单位容量距离的成本，和为第年、第个区域、第种电源的碳排放系数和年利用小时数，为碳排放成本，表示第年、第个区域、第种电源的运维成本，和分别为连接第个区域和第个区域输氢管道的容量和单位容量距离的成本，和分别为第年、第个区域电解槽的容量和单位容量的成本，和分别为第年、第个区域储氢设备的容量和单位容量的成本。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述模型求解模块中的设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件具体包括：设置各区域电力平衡约束：；其中，为第种电源在区域的峰荷出力置信系数，为区域向第个区域输送的电力值，为第个区域向区域输送的电力值，为连接第个区域和第个区域输电通道的线损率，为区域内平均输配电线损率，为电负荷的备用系数，为第年区域的最大电力负荷预测值；设置各区域氢气产销平衡约束：；其中，为电解槽的效率，为电能与氢能之间的热值转换系数，为区域向第个区域输送的氢流量值，为第个区域向区域输送的氢流量值，为
连接第个区域和第个区域输氢管道的损耗率，为氢负荷的备用系数，为第年区域的最大绿氢需求预测值；设置各区域电量平衡约束：；其中，为第年、区域向第个区域输送的电量，为第年、第个区域向区域输送的电量，第年区域的电量需求预测值，为第类储能的充放电效率；设置各区域氢气质量平衡约束：；其中，为第年、第个区域电解槽的利用小时数，为第年、区域向第个区域输送的氢气质量，为第年、第个区域向区域输送的氢气质量，为第年区域的绿氢需求预测值，为储氢的充放效率；设置输电容量约束：；设置输氢功率约束：；设置输电电量约束：；其中，为连接第个区域和第个区域输电线路的最大利用小时数；设置输氢质量约束：；其中，为连接第个区域和第个区域输氢管道的最大利用小时数；
设置各区域系统调节能力约束：；其中，为具有调节能力的电源集合，为第个区域、第类电源的平均调峰深度，为第个区域电解槽的可调节范围；为第年、第个区域的负荷峰谷差率预测值，为不确定性电源集合，为第年、第个区域、第类电源的调峰需求系数；设置各区域系统调节速率约束：；其中，、分别为区域第类电源和电解槽的出力调节速率，为第个区域单位时间负荷需求变化率；设置设备建造规模约束：；其中，为第年、第个区域、第类设备的容量，包括电源、储能、电解槽、储氢扥设备，为第年、第个区域、第类设备的最大建设能力；设置输电通道建造规模约束：；其中，为第年、连接第个区域和第个区域输电通道的最大建设能力；设置输氢管道建造规模约束：；其中，为第年、连接第个区域和第个区域输氢管道的最大建设能力；设置二氧化碳排放约束：；其中，为第年电力系统碳排放的上限。

技术总结
本发明公开了一种电、氢协同互动的系统规划方法及装置，涉及储能规划技术领域，其中，方法包括：通过获取电力系统及氢能系统的交互数据获取电力系统与氢能系统的交互关系；设置基准年，获取基准年的电力系统和氢能系统的发展数据作为电、氢协同互动的系统规划的起始状态；根据交互关系及起始状态设置电、氢协同互动的系统规划模型，通过设置电、氢协同互动的系统规划模型的约束条件对目标函数进行求解。本申请统筹考虑电力系统及氢能系统的交互关系通过构建电、氢协同互动的系统规划模型得出电力系统及氢能系统相关规划结果，实现电、氢协同互动的系统的整体优化。协同互动的系统的整体优化。协同互动的系统的整体优化。


技术研发人员：张宁 张丝钰 代红才 刘林 曹雨晨 时庆
受保护的技术使用者：国网能源研究院有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/8/13