本發明涉及一種考慮制氫成本的海上風機負載調度方法，屬于海上風電。

背景技術：

1、隨著全球對可再生能源利用需求的增加，風電作為清潔能源的重要組成部分，正逐步擴大其裝機容量。然而，由于風能本身的不穩定性，風電場的輸出功率波動較大，直接并網可能導致電網穩定性問題。將多余的風電用于制氫成為解決這一問題的重要技術途徑。

2、通過電解水制氫技術，將可再生電能轉化為氫氣儲存，不僅提高了風電利用率，還實現了能源的靈活調度，特別是在綠氫領域，展現出廣闊的應用前景。

3、盡管風電制氫技術已在實驗和小規模應用中取得一定進展，但仍存在以下主要問題：風電輸出具有隨機性和間歇性；制氫裝置通常對輸入功率有較高的穩定性要求，波動會導致效率下降；長期高負載或頻繁波動會加劇風機部件的疲勞損耗，縮短使用壽命；風電制氫系統中，未充分利用低谷電價策略；

技術實現思路

1、為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提出了一種考慮制氫成本的海上風機負載調度方法。

2、本發明的技術方案如下：

3、一方面，本發明提供了一種考慮制氫成本的海上風機負載調度方法，包括以下步驟：

4、采集海上風電場中風機及制氫裝置的運行數據并對數據進行預處理；

5、基于預處理后的數據構建考慮風電利用效率、負載平衡以及制氫成本的多目標優化模型計算期望平均功率；

6、將每臺風機的功率與期望平均功率進行比較后將風機分為高功率組與低功率組；

7、取高功率組中的風機時間功率序列和低功率組中風機時間功率序列逐個計算相似度，并根據相似度進行匹配；

8、在每個匹配組內設定目標平均功率以及軟閾值范圍，基于目標平均功率以及軟閾值范圍對風機負載進行調度。

9、作為本發明的優選實施方式，對所述海上風電場中風機及制氫裝置的運行數據使用統計方法識別并排除異常值，同時檢查缺失數據，使用插值法填補缺失數據。

10、作為本發明的優選實施方式，所述多目標優化模型具體如下式所示：

11、minimizez＝w1·eol+w2·ec+w3·pu

12、其中：z表示期望平均功率；eol表示風機運行壽命消耗；ec表示制氫電能成本；pu表示風機利用率波動；w1、w2、w3分別表示權重系數。

13、作為本發明的優選實施方式，所述風機運行壽命消耗的計算公式為：

14、

15、其中：kf表示疲勞損傷系數；α表示風機結構部件材料疲勞特性指數；σ(t)表示t時刻風機運行應力；σmax表示結構部件材料最大允許應力；kp表示負載波動系數；p(t)表示t時刻風機輸出功率；pavg表示t時刻內風機平均輸出功率；prated表示風機額定功率；ke表示環境影響系數；f表示環境影響函數；tenv表示環境溫度；henv表示環境濕度；senv表示環境風沙量。

16、作為本發明的優選實施方式，所述制氫電能成本的計算公式為：

17、

18、其中：pinput，t表示制氫裝置在t時刻的電能輸入功率；ct表示t時刻的單位電價；pbuffer,t表示儲能系統在t時刻的輸出功率；cbuffer表示儲能單位成本；ηbuffer表示儲能系統效率；表示氫氣產量。

19、作為本發明的優選實施方式，所述風機利用率波動計算公式為：

20、

21、其中：par表示峰值因子。

22、作為本發明的優選實施方式，所述計算相似度，并根據相似度進行匹配的具體步驟為：

23、選取高功率組中的風機時間功率序列與低功率組中的風機時間功率序列逐次按下式進行計算皮爾遜相關系數，具體如下式所示：

24、

25、其中：x、y分別表示兩臺風機的時間功率序列；r表示皮爾遜相關系數；n表示時間功率序列中的元素總數；分別表示x、y的元素均值；xi表示x中的第i個元素；yi表示y中的第i個元素；

26、選取皮爾遜相關系數最高的兩臺風機組成匹配組。

27、作為本發明的優選實施方式，在每個匹配組內設定目標平均功率tg以及軟閾值范圍α；

28、當監測到任一匹配組內總功率低于(tg-α)時，啟動若干高功率組風機或增加當前匹配組內高功率風機的負載；

29、當監測到任一匹配組內總功率高于(tg+α)時，關閉若干高功率組風機或減少當前匹配組內高功率風機的負載。

30、另一方面，本發明還提供一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現如本發明任一實施例所述的方法。

31、再一方面，本發明還提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執行時實現如本發明任一實施例所述的方法。

32、本發明具有如下有益效果：

33、1、本發明引入綜合壽命消耗以及環境影響函數，將風機壽命、溫度、濕度、風沙等因素引入壽命評估和風機調度決策延長設備壽命，提高了風電場長期運行的可靠性。

34、2、本發明引入優化電能成本模型，顯著降低制氫過程中的單位氫氣成本，實現風電資源的高效利用，助力綠氫經濟的發展。

技術特征：

1.一種考慮制氫成本的海上風機負載調度方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種考慮制氫需求的海上風機負載調度方法，其特征在于，對所述海上風電場中風機及制氫裝置的運行數據使用統計方法識別并排除異常值，同時檢查缺失數據，使用插值法填補缺失數據。

3.根據權利要求1所述的一種考慮制氫需求的海上風機負載調度方法，其特征在于，所述多目標優化模型具體如下式所示：

4.根據權利要求3所述的一種考慮制氫需求的海上風機負載調度方法，其特征在于，所述風機運行壽命消耗的計算公式為：

5.根據權利要求4所述的一種考慮制氫需求的海上風機負載調度方法，其特征在于，所述制氫電能成本的計算公式為：

6.根據權利要求5所述的一種考慮制氫需求的海上風機負載調度方法，其特征在于，所述風機利用率波動計算公式為：

7.根據權利要求1所述的一種考慮制氫需求的海上風機負載調度方法，其特征在于，所述計算相似度，并根據相似度進行匹配的具體步驟為：

8.根據權利要求1所述的一種考慮制氫需求的海上風機負載調度方法，其特征在于，在每個匹配組內設定目標平均功率tg以及軟閾值范圍α；

9.一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述程序時實現如權利要求1至8任一項所述的方法。

10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該程序被處理器執行時實現如權利要求1至8任一項所述的方法。

技術總結
本發明涉及一種考慮制氫成本的海上風機負載調度方法，包括以下步驟：采集海上風電場中風機及制氫裝置的運行數據并對數據進行預處理；基于預處理后的數據構建考慮風電利用效率、負載平衡以及制氫成本的多目標優化模型計算期望平均功率；將每臺風機的功率與期望平均功率進行比較后將風機分為高功率組與低功率組；取高功率組中的風機時間功率序列和低功率組中風機時間功率序列逐個計算相似度，并根據相似度進行匹配；在每個匹配組內設定目標平均功率以及軟閾值范圍，基于目標平均功率以及軟閾值范圍對風機負載進行調度。

技術研發人員：李棟,吳科達,賴志超,桑源,吳凡熙,張鴻儒,龔匡敏,莫向明
受保護的技術使用者：福州大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28