【电力系统】平抑风电波动的电-氢混合储能容量优化配置附Matlab代码

原创于 2025-05-31 16:28:42 发布 · 577 阅读

20 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#matlab #开发语言

✅作者简介：热爱科研的Matlab仿真开发者，擅长数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。

🍎 往期回顾关注个人主页：Matlab科研工作室

🍊个人信条：格物致知,完整Matlab代码及仿真咨询内容私信。

🔥 内容介绍

针对风电波动导致电力系统稳定性下降的问题，本研究提出电 - 氢混合储能容量优化配置方案。通过分析电储能与氢储能的特性及互补机制，构建考虑风电波动特性、电力系统运行约束、经济性指标的混合储能容量优化模型。采用智能优化算法求解模型，以某地区实际电力系统和风电数据为例进行仿真实验。结果表明，优化配置后的电 - 氢混合储能系统能有效平抑风电波动，提高电力系统稳定性，同时在全生命周期成本、投资回报率等经济指标上表现良好，为电力系统储能配置提供了科学依据和可行方案。

一、引言

随着全球对清洁能源需求的增长，风电作为重要的可再生能源，在电力系统中的占比不断提高。然而，风电具有随机性、间歇性和波动性的特点，其输出功率的剧烈波动会对电力系统的频率稳定、电压稳定和电能质量产生负面影响，增加了电力系统调度和运行的难度。储能技术作为解决风电消纳和提升电力系统稳定性的关键手段，受到广泛关注。

电储能（如锂电池储能）具有响应速度快、能量密度较高的优点，能够快速跟踪风电功率变化，实现短期功率调节；氢储能则具有能量密度大、存储周期长的特点，适用于大规模、长时间的能量存储和调节。将电储能与氢储能相结合形成的电 - 氢混合储能系统，可充分发挥二者的优势，实现优势互补，更有效地平抑风电波动。因此，开展电 - 氢混合储能容量优化配置研究，对于提高风电消纳能力、保障电力系统稳定运行具有重要意义。

二、电 - 氢混合储能系统工作原理

2.1 电储能系统

电储能系统主要包括锂电池、铅酸电池等，其中锂电池在电力系统储能中应用较为广泛。其工作原理基于电池内部的电化学反应，在充电过程中，电能转化为化学能存储在电池中；放电过程中，化学能再转化为电能释放出来。电储能系统具有快速响应的特性，能够在短时间内（毫秒级到秒级）实现充电和放电，适合对风电功率的快速波动进行调节，如补偿风电功率的短时突增或突减。

2.2 氢储能系统

氢储能系统的工作流程主要包括电解水制氢、氢气存储和氢气发电三个环节。在风电功率过剩时，利用多余的电能驱动电解水装置，将水分解为氢气和氧气，实现电能向化学能的转化；生成的氢气通过压缩、液化等方式存储起来。当风电功率不足或电力系统需要额外电能时，存储的氢气通过燃料电池发电或燃气轮机发电，将化学能转化为电能，重新并入电力系统。氢储能系统能够实现大规模能量的长时间存储，可用于平衡风电在日、周甚至季节尺度上的能量波动。

2.3 混合储能互补机制

电 - 氢混合储能系统通过合理协调电储能和氢储能的工作模式，实现优势互补。在风电功率发生小幅度、高频次波动时，电储能系统快速响应，及时吸收或释放电能，稳定电网功率；当风电功率出现大幅度、长时间的波动，电储能系统容量不足时，氢储能系统启动，利用存储的氢气发电，补充电力供应。通过这种互补机制，混合储能系统能够更高效地平抑风电波动，提高电力系统的稳定性和可靠性。