能量管理策略

氢燃料电池因为高能量密度与清洁低碳的特性，在供能领域受到广泛关注。但由于目前加氢基础设施较少，成本较高，且氢燃料电池动态响应较差，故常采用蓄电池和超级电容与氢燃料电池相结合的氢-电混动方式，给无人机、汽车等载运工具提供动力。混合动力系统的能量管理策略对系统动态性能、经济性及电池寿命等参数有着极大的影响，因此，其选用和设计对于控制目标至关重要。介绍了混合动力系统供能原理及方法，根据不同的控制目标，综述了不同的能量管理策略的应用现状与研究进展，分析其特性与应用场合。最后，提出了氢-电混合动力系统能量管理策略面临的挑战，并对其未来的发展方向进行了展望。

针对由于氢能生产经济性低，难以满足日益增长的氢能需求问题，提出基于斯塔克尔伯格(Stackelberg)博弈机制的光伏制氢系统能量优化管理策略。首先，在博弈模型中，氢能生产商作为上层领导者，以净收益最大为目标制定与下层用户交易的氢能价格；用户作为下层跟随者，以最大消费者剩余为目标，并兼顾上层氢能生产商制定的售氢价格，对自身用能策略进行调整，并将所需负荷量反馈上层，两者进行博弈，最终达到博弈均衡。其次，在考虑氢能生产商收益和用户用氢需求的基础上，建立光伏制氢系统能量管理模式以优化制氢系统各个设备出力，达到提高氢能生产商的经济性和满足用户氢能需求的目的。最后，通过分析氢能生产商与用户的博弈目标及策略，从理论上证明了博弈存在唯一均衡解，并调用Cplex求解器对模型进行求解。结果表明，所提出的基于Stackelberg博弈能量的优化管理策略可有效提高系统的经济性和满足用户需求，达到了博弈双方双赢的效果。

新能源制氢系统是提升风能、太阳能等新能源消纳的有效途径。目前国内外关于电解槽能量管理的研究以单电解槽为主。单电解槽能量管理未考虑电解槽非线性的工作特性，难以兼顾多个电解槽制氢效率，影响系统经济性。文中针对含有多电解槽的新能源制氢系统的能量管理问题进行了研究，以新能源消纳率、经济收益、制氢率为目标，考虑单个电解槽运行特性以及生产约束条件，建立包含风电、光伏、蓄电池、多电解槽的能量管理优化模型，并采用强度Pareto进化算法2（strength Pareto evolutionary algorithm 2，SPEA2）求解多目标优化问题。仿真研究表明，文中所提能量管理策略能够实现新能源发电的100%消纳，单位制氢收益可提升5.15%。因此，对多电解槽制氢系统进行有效的能量管理有助于提高制氢效率，可有效克服单电解槽运行及能量管理的不足。

随着分布式能源利用的日趋广泛，以分布式电源为基础的微电网也发展迅速。为了提高分布式能源的利用率以及微电网系统的稳定性和可控性，本文提出了一种基于时域分层的微电网能量管理策略。该策略把典型微电网系统的能量管理以时域的不同将能量管理分为了3层，通过3层能量管理之间的协调运行来实现整个系统的能量管理。并以石家庄微电网示范项目为原型构建MATLAB能量管理仿真模型，验证了本文中实时能量管理的可行性。

针对电氢混合储能系统在平抑直流微网中功率波动时面临的功率分配问题，提出了一种基于级联式模糊控制的电氢耦合直流微网能量管理策略。该策略中一次模糊控制器依据储氢罐储氢状态(state of hydrogen storage, SOH)与锂电池荷电状态(state of charge, SOC)求解出一次功率分配因子，对直流微网净功率进行一次分配；二次模糊控制器结合一次功率分配参考值与SOH对一次功率分配因子作出校正。此外，为使氢储能系统中具有非线性工作特性的电流控制型装置(电解槽、燃料电池)能够对能量管理系统作出高效响应，采用插值法将功率分配参考值转换为电流参考值。通过Matlab/Simulink仿真结果证明，所提能量管理策略有效缩小了氢储能系统在非合理区间的功率波动范围并提高了氢储能系统中装置的响应精度与速度。

随着社会用电量攀升，极端天气频发，电力中断事件时有发生，导致小区等用户用电质量下降。针对该问题，对具有应急电源功能的住宅小区微电网运行策略进行研究。首先，建立了考虑应急电源功能的住宅小区微电网模型，包含分布式光伏、储能、电动汽车等调控资源。然后，在常规状态下，提出以最小购电成本为目标、能量预存为约束的风险评估与能量预管理策略。外部供电中断时，在保证必要负荷供电正常的前提下，提出以资源利用率最大和运行成本最小为目标、以储能容量为约束的应急能量管理策略。最后，通过住宅小区负荷中断场景的仿真实验，验证了所提运行策略的有效性。该运行策略有效解决了住宅小区供电中断问题，在保证住宅供电安全性与可靠性的同时，兼顾了应急供电资源的利用率和经济运行效益。

随着分布式资源接入技术和可交易能源市场的快速发展，海量异构多能产消者电热能源共享和源荷强不确定性给联盟能量管理带来极大挑战。基于此，提出一种基于核仁聚类估计和数据驱动分布鲁棒优化的海量异构多能产消者联盟能量管理策略。该方法以联盟及个体在多重不确定性影响下的社会福利最大为目标，建立了考虑电热网络动态差异性的海量产消者能量管理模型，以解决联盟能量管理可扩展性、公平性和隐私性难以兼顾的问题。另外，考虑到核仁计算的复杂度和源荷不确定性的不利影响，分别提出了基于高斯混合聚类的核仁估计方法和基于数据驱动Wasserstein距离的分布鲁棒优化模型，实现了模型求解速度与精度的均衡。算例结果表明，所提方法有效提升了产消者联盟在多重不确定性影响下的社会福利，实现了联盟能量管理可扩展性、公平性和隐私性的均衡，促进了更多的产消者参与本地能源点对点(peer-to-peer, P2P)交易。