Beyond Higher-Pulse Rectification: Operational Harmonic Coordination in Renewable P2H Systems
作者: Yangjun Zeng, Yiwei Qiu, Jie Zhu, Yi Zhou, Tao Wu, Xin Meng, Shi Chen, Buxiang Zhou, Kaigui Xie
分类: math.OC, eess.SY
发布日期: 2026-09-03
💡 一句话要点
提出操作谐波协调方案以解决可再生能源P2H系统谐波问题
🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)
关键词: 晶闸管整流器 可再生能源 制氢系统 谐波协调 电力系统 随机编程 成本降低
📋 核心要点
- 现有的高脉冲整流器方案成本高，且谐波可能违反电网规范，限制了可再生能源的应用。
- 论文提出了一种操作谐波协调方案，通过协调12脉冲TR的运行来满足谐波要求，降低成本。
- 实验证明，该方案使利润提高31%，并且在谐波合规性上，12脉冲TR可替代24脉冲整流器，降低整流阶段成本37.5%。
📝 摘要（中文）
本论文探讨了晶闸管整流器（TRs）在可再生能源制氢（ReP2H）系统中的应用，指出其谐波可能违反电网规范。与传统的高脉冲整流器（如24脉冲）方案不同，本文提出了一种操作谐波协调方案，使低成本的12脉冲TR能够通过协调操作满足谐波要求。研究首先建立了谐波模型，量化了整流变压器（RCT）抽头位置和电解电流的影响，从而实现多个电解槽（ELZs）之间的谐波抵消。接着，采用两层框架协调氢气生产与谐波缓解，利用随机编程和改进的渐进对冲算法进行小时调度，确保在可再生能源不确定性下的谐波可行区域内进行ELZ承诺。案例研究表明，该方法在利润上比现行调节提高了31%。
🔬 方法详解
问题定义：本论文旨在解决可再生能源制氢系统中晶闸管整流器引发的谐波问题，现有的高脉冲整流器方案成本高且难以满足电网规范。
核心思路：提出了一种操作谐波协调方案，通过协调12脉冲TR的运行，利用谐波模型和调度算法来满足谐波要求，从而降低整体成本。
技术框架：整体架构包括谐波模型、两层协调框架和调度算法。谐波模型量化整流变压器抽头位置和电解电流的影响，协调框架则负责氢气生产与谐波缓解的调度。
关键创新：最重要的创新在于通过协调操作使12脉冲TR能够满足谐波要求，替代高成本的24脉冲整流器，显著降低了投资成本。
关键设计：采用随机编程和改进的渐进对冲算法进行小时调度，确保在可再生能源不确定性下的谐波可行区域内进行ELZ承诺，同时使用分解算法提高计算效率。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果显示，提出的协调方案使得利润提高了31%，并且通过协调的12脉冲TR在谐波合规性上能够有效替代24脉冲整流器，降低整流阶段成本达37.5%。这些结果表明该方法在实际应用中的显著优势。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括可再生能源发电、氢能生产及其相关的电力系统。通过降低整流器成本和提高谐波合规性，能够促进可再生能源的更广泛应用，推动绿色能源转型。未来可能影响电力市场的结构和政策制定。
📄 摘要（原文）
Thyristor rectifiers (TRs) are cost-effective electrolysis power supplies for renewable power-to-hydrogen (ReP2H) systems, but their harmonics may violate grid-code limits. In contrast to conventional solutions that rely on higher-pulse (such as 24-pulse) rectifiers, this paper proposes an operational harmonic coordination scheme that enables low-cost 12-pulse TRs to meet harmonic requirements through coordinated operation. First, a harmonic model quantifies the effects of rectifier transformer (RCT) tap positions and electrolytic currents, enabling harmonic cancellation among multiple electrolyzers (ELZs). A two-layer framework then coordinates hydrogen production and harmonic mitigation. Hourly scheduling determines ELZ commitment within the harmonic feasible region under renewable uncertainty using stochastic programming and a modified progressive hedging algorithm, while minute-level dispatch tracks renewable power and mitigates harmonics. A decomposition algorithm separates production dispatch from harmonic mitigation to improve computational efficiency. Case studies based on real-life projects show that the proposed method increases profit by 31% over current-only regulation. Annual simulations further show that coordinated 12-pulse TRs can replace 24-pulse rectifiers for harmonic compliance by exchanging additional RCT tap actions for lower transformer investment, reducing rectification-stage cost by 37.5%.