技术领域
[0001] 本申请涉及电力技术，尤其涉及一种氢储能选址方法及装置。
相关背景技术
[0002] 随着我国现代科技的繁荣稳定发展，在电力系统网络中应用储能技术可以有效促进电力系统网络的高效运行，同时在电力系统网络中应用储能技术，也给该技术带来了新的发展机遇，对推动电力系统网络储能技术的创新有重要意义。新型电力系统构建的一个关键特征是电源侧和电力负荷侧的灵活性能力提升，基于国家“双碳”目标，对现有的电力系统网络进行优化，需要在电力系统网络中配置氢储能。氢储能作为重要的调节资源，对于促进新能源高比例消纳和保障电力电量实时平衡具有重要作用。
[0003] 目前，现有的电力系统网络储能方式大多为电池储能，仅考虑经济性或可靠性指标来进行储能电站的选址。氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，利用氢储能可有效补充电池储能的不足，助力新型电力系统的发展，成为未来实现能源结构转型的重要技术方向。氢储能区别于电池储能，其既可以做电源又可以做负荷，与其连接的线路区别于一般负荷，电流需要双向流动来发挥氢储能充放电的特性。但现有的电池储能选址方案无法适用到氢储能选址中，因此如何进行氢储能的选址建设成为当前亟待解决的问题。
具体实施方式
[0023] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0024] 本申请中的用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思，并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记或区分使用，不是对其对象的先后顺序或数量限制。此外，附图中的不同元件和区域只是示意性示出，因此不限于附图中示出的尺寸或距离。下面以具体的实施例对技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
[0025] 电力系统是由许多节点组成的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。这里的节点包括但不限于发电机、负载等。其中，负载指用电主体，其具体方式不限，比如在电力系统网络中可以将一个城市视为一个负载。电力网络是电力系统中除发电机和负载以外的部分。存在连接关系的发电机和负载之间可以通过连接路径连接，比如，电力网络。电力网络包括变电、输电、配电3个环节，它把分布在广阔地域内的发电机和负载连成一体，把集中生产的电能送到分散用电的各个城市。电力网络主要由电力线路、变电所和换流站组成。按功能可分为输电线路、区域电网、联络线和配电网络。联络线用于实现网络互联，可以合理调剂区域间的电能，提高供电可靠性和发电设备利用率，使电力系统运行的经济性、稳定性都得以改善。其中，存在连接关系的方式可以包括两个节点之间不存在其它节点，即直接连接；或者，也可以为间接连接，比如两节点之间连接有其它节点。
[0026] 对于电力系统网络而言，发电机与负载之间需要处于一种动态的平衡。在发电容量大于负载需求期间，可将电能以适当形式的能量储存起来，在负载需要时将储存的能量转换为电能送入系统，或直接供负载使用。如图1所示，图1中示例性示出了一种电力系统网络拓扑图。图1所示的电力系统网络采用电池储能。具体的，储能电站大多集中在选定的负载处加入电池储能，比如在城市中建设电池储能装置。
[0027] 随着我国“双碳”目标的提出，未来新能源将成为电力供应的主体，新能源大规模开发利用，给电网安全运行带来挑战，迫切需要通过发展氢储能等措施，提高系统灵活调节能力。氢储能技术可在提高可再生能源消纳比例、保障电力系统安全稳定运行等方面发挥重要作用，对推动构建清洁低碳、安全高效的能源体系，更好地服务碳达峰、碳中和具有重要意义。
[0028] 图2中示例性示出了在电力系统网络中加入氢储能后的电力系统网络拓扑图。如图2所示，加入氢储能后，电力系统网络中的负载包括但不限于加入有氢储能的负载(例如图中的节点5)或未加入氢储能的常规负载(例如图中的节点6)。在不同位置的负载上叠加氢储能，对电力系统网络的影响不同，因此如何准确实现氢储能的选址，成为了一个亟待解决的问题。
[0029] 本申请实施例的一些方面涉及上述考虑。以下结合一些实施例对方案进行示例介绍。
[0030] 图3中示例性示出了本申请实施例一提供的氢储能选址方法的流程示意图，本实施例的执行主体可以为氢储能选址装置，如图3所示，该方法包括：
[0031] 步骤101、针对电力系统网络中的每个负载，计算在该负载位置处加入氢储能后，电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量，作为该负载所在位置对应的所有线路的等效阻抗和等效线路容量；
[0032] 步骤102、根据每个负载所在位置对应的所有线路的等效阻抗和等效线路容量，计算在该负载处加入氢储能后，电力系统网络的电网传输能力以及电网节点介数，作为该负载所在位置对应的电力系统网络的电网传输能力以及电网节点介数；
[0033] 步骤103、根据每个负载所在位置对应的电力系统网络的电网传输能力和电网节点介数，得到每个负载所在位置对应的电力系统网络的运行能力，并将最大运行能力对应的负载所在位置确定为氢储能的选址位置。
[0034] 实际应用中，该方法的执行主体可以为氢储能选址装置，氢储能选址装置的实现方式有多种，比如，可以通过计算机程序实现，例如，应用软件等；或者，也可以实现为存储有相关计算机程序的介质，例如，U盘、云盘等；再或者，还可以通过集成或安装有相关计算机程序的实体装置实现，例如，芯片等。
[0035] 其中，线路包括电力系统网络中存在连接关系的发电机与负载对应的线路，且不同线路对应的发电机和/或负载不同。这里所说的连接关系，包括直接连接关系和间接连接关系。如图2所示，假设图中的节点“○”表示未加氢储能的负载，节点“■”表示发电机，节点“●”表示加入氢储能的负载，结合图2所示，以直接连接关系为例，图中的节点1为发电机，节点12为未加氢储能的负载，两者直接连接；再举例来说，图中的节点4为发电机，节点8为未加氢储能的负载，节点4经过节点7连接至节点8，即存在间接连接关系。需要说明的是，在本方案中，针对两者间通过多种连接路径直接或间接连接的发电机和负载，视为该两者对应有一条线路。关于两个节点之间的线路选取，在后面的内容中详细介绍。
[0036] 结合场景示例，当需要在电力系统网络中部署氢储能时，可以先评估每个负载处加入氢储能后整个电力系统网络的运行能力，再根据各负载加入氢储能后对应的电力系统网络运行能力，来选取氢储能的适合部署位置。具体的，运行能力可以通过电网传输能力和电网节点介数反映。举例来说，可以针对电力系统网络中的每个负载，计算在该负载处加入氢储能后，电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量；然后根据所有线路的等效阻抗和等效线路容量，计算出电力系统网络的电网传输能力和电网节点介数，之后根据电网传输能力和电网节点介数，计算出电力系统网络的运行能力，从而得到各负载对应的电力系统网络运行能力，最后结合运行能力选取合适的氢储能部署位置。作为示例，可以选取在此处加入氢储能后电力系统网络运行能力最大的负载所在位置，为氢储能的选址位置。
[0037] 其中，电力系统网络的运行能力的评估方法不限，比如，可以基于电网传输能力和电网节点介数进行评估。进一步的，作为示例，电网传输能力和电网节点介数均可以基于电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量获得。
[0038] 本实施例提供的氢储能选址方法中，针对电力系统网络中的每个负载，计算在该负载位置处加入氢储能后，电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量，根据电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量，计算出电力系统网络的电网传输能力和电网节点介数，根据电网传输能力和电网节点介数计算出电力系统网络的运行能力，将电力系统网络的运行能力最大的位置确定为氢储能的选址位置。本申请的方案，在选址过程中，综合考虑电网传输能力和电网节点介数两个维度，得到最大电力系统网络的运行能力，从而确定出氢储能的选址位置，提高氢储能选址的准确性和可靠性。
[0039] 图4中示例性示出了本申请实施例二提供的氢储能选址方法的流程示意图，如图4所示，在实施例一的基础上，步骤101具体包括：
[0040] 步骤201、针对电力系统网络中的每个负载，获取在该负载处加入氢储能后，电力系统网络中的所有线路；
[0041] 步骤202、针对每个线路，若线路对应的发电机与负载之间仅存在一条连接路径，则将该连接路径作为线路的等效路径；若线路对应的发电机与负载之间存在多条连接路径，则计算每条连接路径的等效线路容量，并将等效线路容量最小的连接路径作为线路的等效路径；
[0042] 步骤203、获取线路的等效路径的等效阻抗和等效线路容量，作为线路的等效阻抗和等效线路容量。
[0043] 具体的，本实施例中每个发电机与存在连接关系的任一负载组成一组节点对，每组节点对对应一个线路。结合前述内容，若某发电机节点与某负载之间存在多种连接路径，仍视为电力系统网络中的一个线路。仍结合图2所示，图中的发电机4和负载9之间存在6条连接路径，分别为4→7→8→9、4→7→8→5→9、4→7→5→9、4→5→9、4→5→7→8→9以及4→5→8→9。但针对发电机4和负载9，只获取发电机4和负载9对应的一个线路的数据(包括等效阻抗和等效线路容量)。需要说明的是，上述所说的存在连接关系，不包括经过发电机的连接，比如，图中的发电机3和负载10，尽管图示中两者之间有连线，但是该连线经过发电机2，此外不存在其它仅通过负载连接的连线，故确定两者之间不存在连接关系。
[0044] 结合考虑上述存在多种连接路径的情形，本实施例中，基于每个线路对应的连接路径，从中确定出每个线路的等效路径，获取等效路径的等效阻抗和等效线路容量，作为线路的等效阻抗和等效线路容量。具体的，当发电机与负载之间只有一条连接路径时，则该连接路径为发电机与负载之间的等效路径，计算该等效路径的等效阻抗和等效线路容量作为发电机与负载之间的等效阻抗和等效线路容量；当发电机与负载之间有多条连接路径时，计算每条连接路径的等效线路容量，选择等效线路容量最小的路径作为该发电机与负载之间的等效路径，计算该等效路径的等效阻抗和等效线路容量作为发电机与负载之间的等效阻抗和等效线路容量。结合图2所示，发电机1和负载12之间只有一条连接路径，故直接计算该连接路径的等效阻抗和等效线路容量，即为发电机1和负载12对应的线路的等效阻抗和等效线路容量；另外，图中发电机2和负载11之间存在2→11路径和2→10→11路径，则分别针对这两个连接路径，计算该两个连接路径的等效线路容量，假设2→11连接路径的等效线路容量小于2→10→11连接路径的等效线路容量，则获取2→11连接路径等效阻抗和等效线路容量，作为发电机2和负载11对应的线路的等效阻抗和等效线路容量。
[0045] 可选的，确定每个线路的等效路径后，获取等效路径的等效阻抗和等效线路容量的方法不限。在一个示例中，可以根据等效路径的电抗计算等效阻抗。具体的，步骤203中，获取线路的等效路径的等效阻抗，具体包括：
[0046] 按照等效路径经过的未加入氢储能的负载，将等效路径划分为子路径；若子路径的数量为一个，则根据子路径的电抗，计算获得子路径的等效阻抗作为等效路径的等效阻抗；若子路径的数量为多个，则根据每个子路径的电抗计算获得每个子路径的等效阻抗，对多个子路径的等效阻抗求和获得等效路径的等效阻抗。
[0047] 本示例中，在计算等效路径的等效阻抗时，先把等效路径按照经过的未加入氢储能的负载，划分成各个子路径。前述所说的线路指存在连接关系的发电机和节点对应一个线路，连接关系进一步包括直接或间接连接，结合图2，发电机1与负载12连接，为直接连接关系，其等效路径仅包括一个子路径；发电机1通过负载11与负载10连接，为间接连接关系，其等效路径包括两个子路径。若只有一个子路径，则从电网数据库中获取该子路径的电抗，计算出该子路径的等效阻抗，作为等效路径的等效阻抗；若有多个子路径，则从电网数据库中获取各个子路径的电抗，计算出各个子路径的等效阻抗，将各个子路径的等效阻抗相加作为等效路径的等效阻抗。
[0048] 通过本示例的方案，能够针对等效路径包含的子路径数量的不同情形，准确快速获得等效路径的等效阻抗，从而后续进行电力系统网络的能力评估，实现氢储能的准确选址。
[0049] 实际应用中，为了有效管理和利用数据，通常会将电力系统网络中的一些数据统一存储。比如，存储在电网数据库中。这些数据包括但不限于子路径的电抗、未经过氢储能的子路径的等效线路容量、氢储能装置可储存的总能量、第一路径段的等效线路容量、第二路径段的等效线路容量、氢储能的充电效率、氢储能的放电效率、发电机与负载之间线路的有功功率等。在实际操作需要时，可以直接从电网数据库中获取得到这些数据。需要说明的是，上述只是一种示例，并未排除其它的获取电抗数据的方式。
[0050] 具体的，通过电网数据库获取每个子路径的电抗，根据子路径电抗的倒数得到每个子路径的电纳，忽略子路径电阻的影响，子路径的电导可以简化为零，得到每个子路径的导纳，根据子路径导纳的倒数得到子路径的等效阻抗。如下：
[0051]
[0052]
[0053] YL＝GL+jBL≈jBL
[0054]
[0055] 其中，L表示子路径的编号，BL表示子路径的电纳，XL表示子路径的电抗，RL表示子路径的电阻，GL表示子路径的电导，YL表示子路径的导纳，ZL表示子路径的等效阻抗，j表示复数中的虚部。
[0056] 当等效路径中有多个子路径时，以两个子路径为例，将两个子路径的等效阻抗相加，计算得到该等效路径的等效阻抗，如下：
[0057] Z＝Z1+Z2
[0058] 其中，Z表示等效路径的等效阻抗，Z1表示子路径1的等效阻抗，Z2表示子路径2的等效阻抗。
[0059] 此外，考虑到每个连接路径中子路径的数量可能为一个或多个。在一个示例中，为了获取等效路径的等效线路容量，步骤203中，获取线路的等效路径的等效线路容量，具体包括：
[0060] 按照等效路径经过的未加入氢储能的负载，将等效路径划分为子路径；若子路径的数量为一个，则获取子路径的等效线路容量作为等效路径的等效线路容量；若子路径的数量为多个，则获取每个子路径的等效线路容量，并将最小的等效线路容量作为等效路径的等效线路容量。
[0061] 本示例中，在计算等效路径的等效线路容量时，先把等效路径按照经过的未加入氢储能的负载，划分成各个子路径。可以理解，若只有一个子路径，则视为划分得到一个子路径，相应的，从电网数据库中获取该子路径的等效线路容量，即可得到该等效路径的等效线路容量；若等效路径划分得到多个子路径，则获取各个子路径的等效线路容量，将最小的等效线路容量作为该等效路径的等效线路容量。
[0062] 通过本示例的方案，能够针对等效路径包含的子路径数量的不同情形，均可准确快速获得等效路径的等效线路容量，从而后续进行电力系统网络的能力评估，实现氢储能的准确选址。
[0063] 可选的，子路径的等效线路容量的获取方法不限。在一个示例中，在任一示例的基础上，获取子路径的等效线路容量，具体包括：
[0064] 若子路径未经过氢储能，则从电网数据库中获取该子路径的等效线路容量；若子路径经过氢储能，则将子路径划分为该子路径的一端与氢储能之间的第一路径段以及氢储能与该子路径的另一端之间的第二路径段，获取第一路径段和第二路径段的等效线路容量以及氢储能的储能总量、氢储能的充电效率和放电效率，计算获得氢储能的充电时间和放电时间；根据氢储能的储能总量、充电时间和放电时间，计算得到子路径的等效线路容量。
[0065] 其中，子路径未经过氢储能指子路径两端的负载节点均未加入氢储能，反之，经过氢储能指子路径的至少一端的负载加入氢储能。具体的，当子路径未经过氢储能时，通过电网数据库获取子路径的等效线路容量。当子路径经过氢储能时，由于等效线路容量不同于串联电阻，因此不能像计算等效阻抗一样直接相加得到经过氢储能的子路径的等效线路容量。本示例中，基于子路径的等效线路容量与子路径单位时间传输的功率相关，功率为氢储能装置可储存的总能量与传输总时间的比值，传输总时间为氢储能充电时间和放电时间的总和，根据氢储能装置可储存的总能量与第一路径段的等效线路容量和充电效率乘积的比值以及氢储能装置可储存的总能量和放电效率乘积与第二路径段的等效线路容量的比值得到氢储能的充电时间和放电时间，得到经过氢储能的子路径的等效线路容量如下：
[0066]
[0067] 其中，C′表示子路径的等效线路容量，P表示子路径单位时间传输的功率，E表示氢储能装置可储存的总能量，t表示传输总时间，tc表示氢储能的充电时间，td表示氢储能的放电时间，C1表示第一路径段的等效线路容量，C2表示第二路径段的等效线路容量，λ1表示氢储能的充电效率，λ2表示氢储能的放电效率。氢储能装置可储存的总能量E、第一路径段等效线路容量C1，第二路径段等效线路容量C2、充电效率λ1，放电效率λ2均可从电网数据库中获得。
[0068] 上述示例中，结合子路径是否经过氢储能的情况，根据氢储能的储能总量、充电时间和放电时间，准确计算出子路径的等效线路容量，从而后续进行电力系统网络的能力评估，实现氢储能的准确选址。
[0069] 本实施例提供的氢储能选址方法中，针对在每个负载处加入氢储能的情形下，进一步结合每个线路对应的发电机与负载之间连接路径的不同情况，采用相应的处理获得每条线路的等效阻抗和等效线路容量，从而实现后续对每个负载加入氢储能后电力系统网络的运行能力进行评估，最终准确选取氢储能的选址位置。
[0070] 图5中示例性示出了本申请实施例三提供的氢储能选址方法的流程示意图。在任一实施例的基础上，步骤102中，根据每个负载所在位置对应的所有线路的等效阻抗和等效线路容量，计算在该负载处加入氢储能后，电力系统网络的电网传输能力，具体包括：
[0071] 步骤301、针对每个负载所在位置对应的所有线路，根据每个线路的等效阻抗和等效线路容量，基于电网传输能力方程，计算获得在该负载处加入氢储能后，电力系统网络的电网传输能力。
[0072] 具体的，将所有线路的等效阻抗和等效线路容量带入电网传输能力方程后求和得到该负载位置的电网传输能力。电网传输能力方程如下：
[0073]
[0074] 其中，A(e)Y表示电网传输能力，NG表示电力系统网络中的发电机节点总数，ND表示gd gd电力系统网络中的负载节点总数，C 表示节点g到节点d线路的等效线路容量，Z 表示节点g到节点d的等效阻抗，节点g表示发电机节点，节点d表示负载节点，G表示发电机组节点的集合，D表示负载组节点的集合。
[0075] 可选的，计算电网传输能力的方法不限于上述的方法。上述示例中，根据每个线路的等效阻抗和等效线路容量，基于电网传输能力方程，准确计算出在负载处加入氢储能后的电力系统网络的电网传输能力，从而后续进行电力系统网络运行能力的评估，实现氢储能的准确选址。
[0076] 具体的，确定每个负载所在位置对应的电网传输能力后，计算负载所在位置对应的电网节点介数方法不限。在一个示例中，可以基于电网线路的介数方程计算电网节点介数。如图5所示，在任一示例的基础上，步骤102中，根据每个负载所在位置对应的所有线路的等效阻抗和等效线路容量，计算在该负载处加入氢储能后，电力系统网络的电网节点介数，具体包括：
[0077] 步骤302、针对每个负载所在位置对应的所有线路，根据每个线路的等效阻抗和等效线路容量，基于电网线路的介数方程，计算获得在该负载处加入氢储能后，电力系统网络的电网节点介数。
[0078] 具体的，由于电力系统网络中有多个发电机、负载和电流可以通过的线路，因此很难确定电力会受到来自某个发电机对某个负载电流的影响。但是，对于任意一个发电机或负载在电力系统网络中进行能量的输入和消纳，可以用传输分配因子表示，形成传输分配因子矩阵，如下：
[0079] agd＝(B′·A)·(AT·B′·A)‑1
[0080] 其中，agd表示节点g到节点d线路的传输分配因子，B′表示线路的电纳，A表示关联系数。若电力系统网络中发电机与负载相连，则A的数值为1；若电力系统网络中发电机与负载不相连，则A的数值为0。
[0081] 与电网传输能力方程类似，将所有线路的等效线路容量和传输分配因子带入电网线路的介数方程，如下：
[0082]
[0083] 其中，T表示电网节点介数，NG表示电力系统网络中的发电机节点总数，ND表示电力gd gd系统网络中的负载节点总数，C 表示节点g到节点d线路的等效线路容量，a 表示节点g到节点d线路的传输分配因子，节点g表示发电机节点，节点d表示负载节点，G表示发电机组节点的集合，D表示负载组节点的集合。
[0084] 通过本示例的方案，根据每个线路的等效线路容量和传输分配因子，基于电网线路的介数方程，准确计算出在负载处加入氢储能后的电力系统网络的电网节点介数，从而后续进行电力系统网络运行能力的评估，实现氢储能的准确选址。
[0085] 可选的，确定每个负载所在位置对应的电网传输能力和电网节点介数后，评估电网运行能力的方法不限。在一个示例中，可以基于电网传输能力和电网节点介数来评估电网运行能力。如图5所示，步骤103中，计算电力系统网络的运行能力，具体包括：
[0086] 步骤303、针对每个负载所在位置，计算该负载所在位置对应电力系统网络的电网传输能力和最大电网传输能力的第一比值，以及该负载所在位置对应的电力系统网络的电网节点介数和最大电网节点介数的第二比值；
[0087] 步骤304、根据预设的电网传输能力对应的第一权重以及电网节点介数对应的第二权重，对第一比值和第二比值进行加权求和，得到该负载所在位置对应的电力系统网络的运行能力。
[0088] 具体的，由于电网传输能力和电网节点介数的计算方法不同，将电网传输能力和电网节点介数都用来表征电网传输能力时，可以为二者设定权重。举例来说，第一权重和第二权重均设置为50％，用来计算电力系统网络的运行能力，计算方法可通过公式实现，例如：
[0089]
[0090] 其中，Pgo表示电力系统网络运行能力，T表示电网节点介数，Tmax表示电网节点介数最大值，A(e)Y表示电网传输能力，A(e)Ymax表示电网传输能力最大值。
[0091] 进一步的，计算出每个负载位置处加入氢储能后的电力系统网络的运行能力，将最大电力系统网络运行能力所在的负载位置确定为氢储能的选址位置。
[0092] 上述示例中，结合电网传输能力和电网节点介数来表征电网运行能力，由于电网传输能力和电网节点介数计算方法的不同，各自设置了相同的权重来评估电力系统网络的运行能力，权衡电网传输能力的电网节点介数两个因素，找到电网运行能力最大时对应的负载所在位置作为氢储能的建设位置，实现氢储能的准确选址。
[0093] 本实施例提供的氢储能选址方法中，将计算出的所有线路的等效阻抗和等效线路容量带入电网传输能力方程和电网线路的介数方程得到每个负载位置加入氢储能后的电网传输能力和电网节点介数。将电网传输能力和电网节点介数带入电力系统网络运行能力方程中，计算出电力系统网络运行能力最大值，找到电力系统网络运行能力最大值对应的负载位置，确定为氢储能的选址位置。本申请的方案，在选址过程中，综合考虑电网传输能力和电网节点介数两个维度，得到最大电力系统网络的运行能力，从而确定出氢储能的选址位置，提高了氢储能选址的准确性和可靠性。
[0094] 图6中示例性示出了本申请实施例四提供的氢储能选址方法的流程示意图，如图6所示，在任一实施例的基础上，方法还包括：
[0095] 步骤401、分别建立新建线路成本的表达式、网损成本的表达式、发动机组调度成本的表达式以及系统风险成本的表达式；
[0096] 步骤402、根据新建线路成本的表达式、网损成本的表达式、发动机组调度成本的表达式以及系统风险成本的表达式，建立电网扩展演化的目标函数；
[0097] 步骤403、根据目标函数，结合粒子群算法，评估电力系统网络加入氢储能后的线路演化。
[0098] 其中，新建线路成本为加入氢储能后电力系统网络线路的投资费用，网损成本为新建电力系统网络线路的损耗，发电机组调度成本为发电机组的成本损耗，系统风险成本为切负荷惩罚成本和弃风惩罚成本。上述各个成本表达式的建立方式不限。
[0099] 作为示例，建立新建线路成本的表达式如下：
[0100]
[0101] 其中，Cinv表示新建线路成本，节点g表示发电机节点，节点d表示负载节点，N表示电力系统网络线路节点的集合，Cgd,k表示节点g，d间第k回线路的投资费用，Igd,k表示节点g，d间第k回线路投建决策的布尔变量，若Igd,k＝1，则输电线路投建，否则输电线路不投建。
[0102] 建立网损成本的表达式如下：
[0103]
[0104] 其中，Closs表示网损成本，节点g表示发电机节点，节点d表示负载节点，N表示电力gd′ gd系统网络线路节点的集合，Z 表示新建线路后节点g，d间的等效阻抗，P 表示节点g，d间的有功功率。
[0105] 由于新建线路，因此会对电力系统网络中的等效阻抗产生影响，此时需要按照实施例二中计算等效阻抗的方法重新计算电力系统网络中所有线路的等效阻抗，有功功率从电网数据库中获得。
[0106] 建立发电机组调度成本的表达式如下：
[0107]
[0108] 其中，Cgen表示发电机组调度成本，N表示电力系统网络节点的集合，Gi表示与节点i连接的发电机组节点的集合，ai,g,bi,g,ci,g表示与节点i连接的发电机g的成本耗量特性系数， 表示与节点i连接的发电机g的发电功率。除发电机组调度成本外，以上数据均可从电网数据库中获得。
[0109] 建立系统风险成本的表达式如下：
[0110]
[0111] 其中，Cris表示系统风险成本，N表示电力系统网络节点的集合， 和 分别表示节点i的切负荷惩罚成本系数和弃风惩罚成本系数， 和 分别表示节点i的切负荷量和弃风量。除系统风险成本外，以上数据均可从电网数据库中获得。
[0112] 根据新建线路成本、网损成本、发电机组调度成本、系统风险成本建立电网扩展演化的目标函数如下：
[0113] minC＝Cinv+Closs+Cgen+Cris
[0114] 其中，C表示电网系统总成本，Cinv表示新建线路成本，Closs表示网损成本，Cgen表示发电机组调度成本，Cris表示系统风险成本。
[0115] 结合粒子群算法，采用MATLAB的yalmip工具包中的gurobi求解器对模型计算求解，本发明采用的粒子群优化算法是基于种群的并行搜索算法，粒子根据现在的位置和速度以及其他粒子的位置向最优点移动。粒子的位置和速度由以下公式进行更新：
[0116]
[0117]
[0118] 其中， 和 分别表示第k′次迭代中第i个粒子的速度和位置，ω表示惯性权重因子，c1和c2表示加速系数，r1和r2表示[0,1]之间的随机数，Pbi和Gb分别表示到目前为止的第i个粒子的个体最优解和粒子群体的最优解。在电路系统网络总成本最小的情况下，计算安装氢储能以后电力系统网络的线路演化，在MATLAB软件中输入网络数据(支路数据、节点数据、风速数据)和算法数据(种群大小、迭代次数、样本规模)等，产生规划方案。检验规划方案的连通性，通过安全性校验方法以及模型的目标函数获得规划方案的适应度。当满足最优化条件时，输出最优规划方案，不满足时，继续产生新的规划方案，直至最后完成线路的规划，具体计算流程如图7所示。
[0119] 本实施例中，在确定氢储能选址后，基于加入氢储能后的电力系统网络，分别建立新建线路成本的表达式、网损成本的表达式、发动机组调度成本的表达式以及系统风险成本的表达式，得到电网扩展演化的目标函数。本申请的方案，结合粒子群算法，考虑氢储能充放电约束、系统供需平衡以及电路系统网络总成本最小，得到配置氢储能以后的电力系统网络的线路演化情况，用于后续电力系统网络的有效运行。
[0120] 图8中示例性示出了本申请实施例五提供的氢储能选址装置的结构示意图，如图8所示，该装置包括：
[0121] 第一计算模块81，用于针对电力系统网络中的每个负载，计算在该负载位置处加入氢储能后，电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量，作为该负载所在位置对应的所有线路的等效阻抗和等效线路容量；
[0122] 第二计算模块82，用于根据每个负载所在位置对应的所有线路的等效阻抗和等效线路容量，计算在该负载处加入氢储能后，电力系统网络的电网传输能力以及电网节点介数，作为该负载所在位置对应的电力系统网络的电网传输能力以及电网节点介数；
[0123] 第三计算模块83，用于根据每个负载所在位置对应的电力系统网络的电网传输能力和电网节点介数，计算得到每个负载所在位置对应的电力系统网络的运行能力；
[0124] 确定模块84，用于将最大运行能力对应的负载所在位置确定为氢储能的选址位置。
[0125] 实际应用中，该氢储能选址装置的实现方式有多种，比如，可以通过计算机程序实现，例如，应用软件等；或者，也可以实现为存储有相关计算机程序的介质，例如，U盘、云盘等；再或者，还可以通过集成或安装有相关计算机程序的实体装置实现，例如，芯片等。
[0126] 其中，线路包括电力系统网络中存在连接关系的发电机与负载对应的线路，且不同线路对应的发电机和/或负载不同。这里所说的连接关系，包括直接连接关系和间接连接关系。需要说明的是，在本方案中，针对两者间通过多种连接路径直接或间接连接的发电机和负载，视为该两者对应有一条线路。
[0127] 结合场景示例，当需要在电力系统网络中部署氢储能时，第一计算模块81针对电力系统网络中的每个负载，计算在该负载处加入氢储能后，电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量；然后第二计算模块82根据所有线路的等效阻抗和等效线路容量，计算出电力系统网络的电网传输能力和电网节点介数，之后第三计算模块83根据电网传输能力和电网节点介数，计算出电力系统网络的运行能力，从而得到各负载对应的电力系统网络运行能力，最后确定模块84结合运行能力选取合适的氢储能部署位置。作为示例，可以选取在此处加入氢储能后电力系统网络运行能力最大的负载所在位置，为氢储能的选址位置。
[0128] 其中，电力系统网络的运行能力的评估方法不限，作为示例，在任一示例的基础上，第一计算模块81具体用于：
[0129] 针对电力系统网络中的每个负载，获取在该负载处加入氢储能后，电力系统网络中的所有线路；
[0130] 针对每个线路，若线路对应的发电机与负载之间仅存在一条连接路径，则将该连接路径作为线路的等效路径；若线路对应的发电机与负载之间存在多条连接路径，则计算每条连接路径的等效线路容量，并将等效线路容量最小的连接路径作为线路的等效路径；
[0131] 获取线路的等效路径的等效阻抗和等效线路容量，作为线路的等效阻抗和等效线路容量。
[0132] 具体的，本实施例中每个发电机与存在连接关系的任一负载组成一组节点对，每组节点对对应一个线路。结合前述内容，若某发电机节点与某负载之间存在多种连接路径，仍视为电力系统网络中的一个线路。需要说明的是，上述所说的存在连接关系，不包括经过发电机的连接。
[0133] 可选的，获取等效路径的等效阻抗和等效线路容量的方法不限。在一个示例中，第一计算模块81获取线路的等效路径的等效阻抗时，具体用于：
[0134] 按照等效路径经过的未加入氢储能的负载，将等效路径划分为子路径；若子路径的数量为一个，则根据子路径的电抗，计算获得子路径的等效阻抗作为等效路径的等效阻抗；若子路径的数量为多个，则根据每个子路径的电抗计算获得每个子路径的等效阻抗，对多个子路径的等效阻抗求和获得等效路径的等效阻抗。
[0135] 通过本示例的方案，能够针对等效路径包含的子路径数量的不同情形，准确快速获得等效路径的等效阻抗，从而后续进行电力系统网络的能力评估，实现氢储能的准确选址。
[0136] 实际应用中，为了有效管理和利用数据，通常会将电力系统网络中的一些数据统一存储。比如，存储在电网数据库中。这些数据包括但不限于子路径的电抗、未经过氢储能的子路径的等效线路容量、氢储能装置可储存的总能量、第一路径段的等效线路容量、第二路径段的等效线路容量、氢储能的充电效率、氢储能的放电效率、发电机与负载之间线路的有功功率等。在实际操作需要时，可以直接从电网数据库中获取得到这些数据。需要说明的是，上述只是一种示例，并未排除其它的获取电抗数据的方式。
[0137] 具体的，通过电网数据库获取每个子路径的电抗，第一计算模块81可以根据子路径电抗的倒数得到每个子路径的电纳，忽略子路径电阻的影响，子路径的电导可以简化为零，得到每个子路径的导纳，根据子路径导纳的倒数得到子路径的等效阻抗。如下：
[0138]
[0139]
[0140] YL＝GL+jBL≈jBL
[0141]
[0142] 其中，L表示子路径的编号，BL表示子路径的电纳，XL表示子路径的电抗，RL表示子路径的电阻，GL表示子路径的电导，YL表示子路径的导纳，ZL表示子路径的等效阻抗，j表示复数中的虚部。
[0143] 当等效路径中有多个子路径时，以两个子路径为例，将两个子路径的等效阻抗相加，计算得到该等效路径的等效阻抗，如下：
[0144] Z＝Z1+Z2
[0145] 其中，Z表示等效路径的等效阻抗，Z1表示子路径1的等效阻抗，Z2表示子路径2的等效阻抗。
[0146] 此外，考虑到每个连接路径中子路径的数量可能为一个或多个。在一个示例中，第一计算模块81获取线路的等效路径的等效线路容量时，具体用于：
[0147] 按照等效路径经过的未加入氢储能的负载，将等效路径划分为子路径；若子路径的数量为一个，则获取子路径的等效线路容量作为等效路径的等效线路容量；若子路径的数量为多个，则获取每个子路径的等效线路容量，并将最小的等效线路容量作为等效路径的等效线路容量。
[0148] 通过本示例的方案，能够针对等效路径包含的子路径数量的不同情形，均可准确快速获得等效路径的等效线路容量，从而后续进行电力系统网络的能力评估，实现氢储能的准确选址。
[0149] 可选的，子路径的等效线路容量的获取方法不限。在一个示例中，在任一示例的基础上，第一计算模块81获取子路径的等效线路容量时，具体用于：
[0150] 若子路径未经过氢储能，则从电网数据库中获取该子路径的等效线路容量；若子路径经过氢储能，则将子路径划分为该子路径的一端与氢储能之间的第一路径段以及氢储能与该子路径的另一端之间的第二路径段，获取第一路径段和第二路径段的等效线路容量以及氢储能的储能总量、氢储能的充电效率和放电效率，计算获得氢储能的充电时间和放电时间；根据氢储能的储能总量、充电时间和放电时间，计算得到子路径的等效线路容量。
[0151] 其中，子路径未经过氢储能指子路径两端的负载节点均未加入氢储能，反之，经过氢储能指子路径的至少一端的负载加入氢储能。本示例中，基于子路径的等效线路容量与子路径单位时间传输的功率相关，功率为氢储能装置可储存的总能量与传输总时间的比值，传输总时间为氢储能充电时间和放电时间的总和，根据氢储能装置可储存的总能量与第一路径段的等效线路容量和充电效率乘积的比值以及氢储能装置可储存的总能量和放电效率乘积与第二路径段的等效线路容量的比值得到氢储能的充电时间和放电时间，得到经过氢储能的子路径的等效线路容量如下：
[0152]
[0153] 其中，C′表示子路径的等效线路容量，P表示子路径单位时间传输的功率，E表示氢储能装置可储存的总能量，t表示传输总时间，tc表示氢储能的充电时间，td表示氢储能的放电时间，C1表示第一路径段的等效线路容量，C2表示第二路径段的等效线路容量，λ1表示氢储能的充电效率，λ2表示氢储能的放电效率。氢储能装置可储存的总能量E、第一路径段等效线路容量C1，第二路径段等效线路容量C2、充电效率λ1，放电效率λ2均可从电网数据库中获得。
[0154] 上述示例中，结合子路径是否经过氢储能的情况，根据氢储能的储能总量、充电时间和放电时间，准确计算出子路径的等效线路容量，从而后续进行电力系统网络的能力评估，实现氢储能的准确选址。
[0155] 本示例提供的氢储能选址装置中，针对在每个负载处加入氢储能的情形下，进一步结合每个线路对应的发电机与负载之间连接路径的不同情况，采用相应的处理获得每条线路的等效阻抗和等效线路容量，从而实现后续对每个负载加入氢储能后电力系统网络的运行能力进行评估，最终准确选取氢储能的选址位置。
[0156] 在任一示例的基础上，第二计算模块82具体用于：
[0157] 针对每个负载所在位置对应的所有线路，根据每个线路的等效阻抗和等效线路容量，基于电网传输能力方程，计算获得在该负载处加入氢储能后，电力系统网络的电网传输能力。
[0158] 电网传输能力方程如下：
[0159]
[0160] 其中，A(e)Y表示电网传输能力，NG表示电力系统网络中的发电机节点总数，ND表示gd gd电力系统网络中的负载节点总数，C 表示节点g到节点d线路的等效线路容量，Z 表示节点g到节点d的等效阻抗，节点g表示发电机节点，节点d表示负载节点，G表示发电机组节点的集合，D表示负载组节点的集合。
[0161] 上述示例中，根据每个线路的等效阻抗和等效线路容量，基于电网传输能力方程，准确计算出在负载处加入氢储能后的电力系统网络的电网传输能力，从而后续进行电力系统网络运行能力的评估，实现氢储能的准确选址。
[0162] 在一个示例中，在任一示例的基础上，第二计算模块82具体用于：
[0163] 针对每个负载所在位置对应的所有线路，根据每个线路的等效阻抗和等效线路容量，基于电网线路的介数方程，计算获得在该负载处加入氢储能后，电力系统网络的电网节点介数。
[0164] 对于任意一个发电机或负载在电力系统网络中进行能量的输入和消纳，可以用传输分配因子表示，形成传输分配因子矩阵，如下：
[0165] agd＝(B′·A)·(AT·B′·A)‑1
[0166] 其中，agd表示节点g到节点d线路的传输分配因子，B′表示线路的电纳，A表示关联系数。若电力系统网络中发电机与负载相连，则A的数值为1；若电力系统网络中发电机与负载不相连，则A的数值为0。
[0167] 电网线路的介数方程，如下：
[0168]
[0169] 其中，T表示电网节点介数，NG表示电力系统网络中的发电机节点总数，ND表示电力gd gd系统网络中的负载节点总数，C 表示节点g到节点d线路的等效线路容量，a 表示节点g到节点d线路的传输分配因子，节点g表示发电机节点，节点d表示负载节点，G表示发电机组节点的集合，D表示负载组节点的集合。
[0170] 通过本示例的方案，根据每个线路的等效线路容量和传输分配因子，基于电网线路的介数方程，准确计算出在负载处加入氢储能后的电力系统网络的电网节点介数，从而后续进行电力系统网络运行能力的评估，实现氢储能的准确选址。
[0171] 在一个示例中，第三计算模块83具体用于：
[0172] 针对每个负载所在位置，计算该负载所在位置对应电力系统网络的电网传输能力和最大电网传输能力的第一比值，以及该负载所在位置对应的电力系统网络的电网节点介数和最大电网节点介数的第二比值；
[0173] 根据预设的电网传输能力对应的第一权重以及电网节点介数对应的第二权重，对第一比值和第二比值进行加权求和，得到该负载所在位置对应的电力系统网络的运行能力。
[0174] 具体的，将电网传输能力和电网节点介数都用来表征电网传输能力时，可以为二者设定权重。举例来说，第一权重和第二权重均设置为50％，用来计算电力系统网络的运行能力，计算方法可通过公式实现，例如：
[0175]
[0176] 其中，Pgo表示电力系统网络运行能力，T表示电网节点介数，Tmax表示电网节点介数最大值，A(e)Y表示电网传输能力，A(e)Ymax表示电网传输能力最大值。
[0177] 进一步的，确定模块84将最大电力系统网络运行能力所在的负载位置确定为氢储能的选址位置。
[0178] 上述示例中，结合电网传输能力和电网节点介数来表征电网运行能力，由于电网传输能力和电网节点介数计算方法的不同，各自设置了相同的权重来评估电力系统网络的运行能力，权衡电网传输能力的电网节点介数两个因素，找到电网运行能力最大时对应的负载所在位置作为氢储能的建设位置，实现氢储能的准确选址。
[0179] 本申请的方案，在选址过程中，综合考虑电网传输能力和电网节点介数两个维度，得到最大电力系统网络的运行能力，从而确定出氢储能的选址位置，提高了氢储能选址的准确性和可靠性。
[0180] 图9中示例性示出了本申请实施例五提供的氢储能选址装置的结构示意图，如图9所示，在任一示例的基础上，装置还包括：
[0181] 处理模块85，用于分别建立新建线路成本的表达式、网损成本的表达式、发动机组调度成本的表达式以及系统风险成本的表达式；
[0182] 处理模块85，还用于根据新建线路成本的表达式、网损成本的表达式、发动机组调度成本的表达式以及系统风险成本的表达式，建立电网扩展演化的目标函数；
[0183] 处理模块85，还用于根据目标函数，结合粒子群算法，评估电力系统网络加入氢储能后的线路演化。
[0184] 其中，新建线路成本为加入氢储能后电力系统网络线路的投资费用，网损成本为新建电力系统网络线路的损耗，发电机组调度成本为发电机组的成本损耗，系统风险成本为切负荷惩罚成本和弃风惩罚成本。
[0185] 作为示例，建立新建线路成本的表达式如下：
[0186]
[0187] 其中，Cinv表示新建线路成本，节点g表示发电机节点，节点d表示负载节点，N表示电力系统网络线路节点的集合，Cgd,k表示节点g，d间第k回线路的投资费用，Igd,k表示节点g，d间第k回线路投建决策的布尔变量，若Igd,k＝1，则输电线路投建，否则输电线路不投建。
[0188] 建立网损成本的表达式如下：
[0189]
[0190] 其中，Closs表示网损成本，节点g表示发电机节点，节点d表示负载节点，N表示电力gd′ gd系统网络线路节点的集合，Z 表示新建线路后节点g，d间的等效阻抗，P 表示节点g，d间的有功功率。
[0191] 由于新建线路，因此会对电力系统网络中的等效阻抗产生影响，此时需要按照实施例二中计算等效阻抗的方法重新计算电力系统网络中所有线路的等效阻抗，有功功率从电网数据库中获得。
[0192] 建立发电机组调度成本的表达式如下：
[0193]
[0194] 其中，Cgen表示发电机组调度成本，N表示电力系统网络节点的集合，Gi表示与节点i连接的发电机组节点的集合，ai,g,bi,g,ci,g表示与节点i连接的发电机g的成本耗量特性系数， 表示与节点i连接的发电机g的发电功率。除发电机组调度成本外，以上数据均可从电网数据库中获得。
[0195] 建立系统风险成本的表达式如下：
[0196]
[0197] 其中，Cris表示系统风险成本，N表示电力系统网络节点的集合， 和 分别表示节点i的切负荷惩罚成本系数和弃风惩罚成本系数， 和 分别表示节点i的切负荷量和弃风量。除系统风险成本外，以上数据均可从电网数据库中获得。
[0198] 根据新建线路成本、网损成本、发电机组调度成本、系统风险成本建立电网扩展演化的目标函数如下：
[0199] minC＝Cinv+Closs+Cgen+Cris
[0200] 其中，C表示电网系统总成本，Cinv表示新建线路成本，Closs表示网损成本，Cgen表示发电机组调度成本，Cris表示系统风险成本。
[0201] 结合粒子群算法，采用MATLAB的yalmip工具包中的gurobi求解器对模型计算求解，本发明采用的粒子群优化算法是基于种群的并行搜索算法，粒子根据现在的位置和速度以及其他粒子的位置向最优点移动。粒子的位置和速度由以下公式进行更新：
[0202]
[0203]
[0204] 其中， 和 分别表示第k′次迭代中第i个粒子的速度和位置，ω表示惯性权重因子，c1和c2表示加速系数，r1和r2表示[0,1]之间的随机数，Pbi和Gb分别表示到目前为止的第i个粒子的个体最优解和粒子群体的最优解。在电路系统网络总成本最小的情况下，计算安装氢储能以后电力系统网络的线路演化情况。
[0205] 本示例中，在确定氢储能选址后，基于加入氢储能后的电力系统网络，分别建立新建线路成本的表达式、网损成本的表达式、发动机组调度成本的表达式以及系统风险成本的表达式，得到电网扩展演化的目标函数。本申请的方案，结合粒子群算法，考虑氢储能充放电约束、系统供需平衡以及电路系统网络总成本最小，得到配置氢储能以后的电力系统网络的线路演化情况，用于后续电力系统网络的有效运行。
[0206] 本实施例提供的氢储能选址装置中，第一计算模块针对电力系统网络中的每个负载，计算在该负载位置处加入氢储能后，电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量，第二计算模块根据电力系统网络中所有线路的等效阻抗和等效线路容量，计算出电力系统网络的电网传输能力和电网节点介数，第三计算模块根据电网传输能力和电网节点介数计算出电力系统网络的运行能力，确定模块将电力系统网络的运行能力最大的位置确定为氢储能的选址位置。本申请的方案，在选址过程中，综合考虑电网传输能力和电网节点介数两个维度，得到最大电力系统网络的运行能力，从而确定出氢储能的选址位置，提高氢储能选址的准确性和可靠性。
[0207] 图10为本申请实施例六提供的电子设备的结构示意图，如图10所示，该电子设备包括：
[0208] 处理器(processor)291，电子设备还包括了存储器(memory)292；还可以包括通信接口(Communication Interface)293和总线294。其中，处理器291、存储器292、通信接口293、可以通过总线294完成相互间的通信。通信接口293可以用于信息传输。处理器291可以调用存储器292中的逻辑指令，以执行上述实施例的方法。
[0209] 此外，上述的存储器292中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0210] 存储器292作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本申请实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器291通过运行存储在存储器292中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
[0211] 存储器292可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器292可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
[0212] 本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现任一实施例中的方法。
[0213] 本申请实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序被处理器执行时实现任一实施例中的方法。
[0214] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求书指出。
[0215] 应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。
