摘要
随着“双碳”目标的提出，为传统能源系统的转型升级指明了方向，调整能源结构和提高能源利用率已成为当务之急。综合能源系统不仅能通过冷、热、电、气等多能流互补，实现能量的梯级利用，还对能源可持续性发展具有促进作用。氢能具有清洁低碳、便于储存的优点，随着电转气技术的成熟，基于高比例可再生能源构建含氢综合能源系统，已成为实现系统高效节能与深度脱碳的重要途径之一。然而，随着氢能的引入，更为复杂的系统结构以及不可忽略的源-荷不确定性，使系统优化运行更加困难。为此本文以含氢综合能源系统为研究对象，提出了一种高效制氢综合能源系统架构，分析了跨季节储氢以及源-荷不确定性对系统能流调度的影响，进而提出了一种适用于孤岛运行模式下含氢综合能源系统的多时间尺度优化运行方法，并搭建了仿真系统进行功能测试以及模拟优化策略的实际运行。开展的工作主要包括: (1)基于电-热-氢多能流深度耦合关系，考虑电解槽温度-效率特性，提出了基于电解槽补热的高效制氢综合能源系统架构，并介绍其运行模式及特点，建立了变制氢效率电解槽及其他典型能源设备的数学模型，为后续研究系统优化运行奠定模型基础。 (2)基于上述高效制氢系统架构，考虑源-荷不确定性以及跨季节储氢对能流调度的影响，提出了一种适用于孤岛运行模式下含氢综合能源系统多时间尺度优化运行方法。该方法基于全年源荷时序数据，利用氢气易大规模存储的优点，采用季节-日前的优化方法制定氢储能以及其他能源设备的出力计划;并基于此，采用15min时间尺度的日内滚动优化进行调整，降低源-荷不确定性给系统运行可靠性带来的影响。此外，针对氢储能跨季节调度带来系统运行参数变量倍增，优化求解规模大的问题，采用改进k-means聚类算法筛选典型日，实现快速求解。最后，通过案例分析证明了本文所提出的系统架构在制氢指标上有较大提升，同时该多时间尺度优化运行方法有助于缓解孤岛运行模式下含氢综合能源系统跨季节储氢与源-荷不确定性给系统能流调度带来的影响。 (3)基于上述系统架构搭建了含氢综合能源系统仿真平台。首先，基于Thermolib热力学仿真软件包，改进并完善了系统设备的机理模型，并设计搭建了设备层控制器;其次，解决了氢能设备仿真模型与热泵、吸收式制冷机等设备仿真模型的兼容性问题,实现各设备仿真模型间的能流交互;然后依托Python编程开发接口程序，通过调用NIVeriStand应用程序编程接口(API)实现对NIVeriStand中对应通道的操作，并将指令下发至仿真模型，实现了上位机应用管理软件NIVeriStand与数据存储服务器的数据交互。最后通过上述优化方法测试仿真平台功能，同时模拟优化策略的实际应用。
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