风电氢能系统的耦合机制与方法研究

With the scalable development of wind power recent years in China, especially in northwest China, the stability and reliability operation of power grid has been encountered great challenges. The enhancement ofpower characteristics, power quality and economic is keys for the sustainable development of wind power. This project proposed a novel solution which adds hydrogen electrolyze in wind plant, and adjust the power profile according to the variation of wind power and power systemoperation status. Due to the flexible power regulation of hydrogen system, the frequency regulation and peak shaving can be obtained. In some area such as Xinjiang of China, gas pipeline is ready, and this solution can be effective for wind power quality and economic improvement. The characteristic and model, operation mechanism and control method based on model predictive control (MPC), system capacity plan and benefit analysisfor wind power coupling hydrogen system is conducted in detail in this project. The effectiveness of the theoreticalanalysis and relatively method are verified through a Xinjiang wind plant case study.This research can provide important base for the optimum development of wind power.

我国风电在局部地区的快速发展，给电网的运行与稳定带来了较大挑战，如何改善风电场的电源特性，提高风电的品质和风电场的综合效益，成为风电可持续发展的重要研究课题。本项目提出在风电场配置电解制氢系统，通过调节该系统的运行状态主动调节风电有功功率变化和电力系统的调峰调频。新疆是我国"西气东输"管道的源头，如果能将电解制氢过程与风电的运行状态和电力系统状态有机耦合，产氢后加压储存运输，作为燃料使用，对于提高风电品质和风电场的综合经济效益，具有重要的理论和现实意义。项目进行风电氢能耦合系统的特性分析与建模，提出了基于模型预测控制耦合控制方法，进行了系统容量配置和效益评估等研究，并通过新疆地区的典型风电场进行案例分析。本项目的研究，对于有效发挥风电氢能之间的耦合与调节作用，促进风电又好又快发展提供理论和技术基础。

我国风电在局部地区的快速发展，给电网的运行与稳定带来了较大挑战，为了改善风电场的电源特性，本项目提出在风电场配置电解制氢系统，针对风电规模化接入下的电力系统稳定与高效运行，开展了风电与氢能的耦合研究，利用电解水制氢功率调节的灵活性和快速性，实现风电品质的提高和风场效益的增加。通过探索风电与氢能在能量上的运行规律和耦合关系，并结合电力系统运行状态，研究风电氢能耦合系统在参与调频调峰下的运行控制，及相应的经济效益。通过上述理论和技术的研究，本项目为风电这一未来主要电源的电源特性改善，促进其规模化发展提供了一定的理论和技术支持，并在以下几方面做出相应的成果：.一、建立风电氢能系统的特性模型：为实现风电和氢能的有效结合，基于风电场发电过程和制氢过程特性，提取主导参量，形成相应的能流特性数学模型；完成风电场与燃氢系统建模:基于运行数据与支持向量机的风电场动态及建模；完成燃氢燃气轮机建模与结构改进；建立了风氢互补系统动态仿真模型。.二、风电氢能系统容量配置优化方法：风电氢能系统存在风电-电网-制氢的电气流，以及制氢-压缩-存储-输送的氢能流，通过一种建立的风电氢能系统数学模型，综合考虑电力系统的调峰和调频需求、系统经济成本等因素，通过算法优化形成最优配置方案。.三、风电氢能耦合系统的能量控制方法：在风电氢能耦合机制的框架内，综合考虑电气流和氢能流在公共耦合点下的控制过程，实现风电与氢能的动态优化控制，风电氢能耦合系统风功率平抑算法:提出基于风氢耦合系统状态的运行控制策略；完成微型燃气轮机发电系统建模与控制策略仿真;用于风力发电中的介电弹性体EAP换能单元.