优化型风光互补混合发电系统技术方案
【技术实现步骤摘要】
优化型风光互补混合发电系统
本专利技术涉及风光混合供电系统多目标优化配置及能量管理与控制方法，属于电气工业应用领域。
技术介绍
于风光混合供电系统而言，系统的优化配置是设计过程中首先需要解决的重要步骤。风光互补独立供电系统的容量配置问题，其决策变量不仅需要考虑风力发电机类型，容量、光伏电池的容量、蓄电池的容量，而且还要考虑到风速模型，光伏电池的倾角等变量，是一个非线性整数规划问题，也是一个NP问题。其复杂性使得单纯由规划人员依靠以往工作的经验进行规划已无法满足实际工作的要求，这往往会造成设计的系统过大造成经济浪费或者过小满足不了用户负荷的需求，而且还可能导致储能电池频繁进行充放电过程，大大降低其使用寿命。在以往的实际工程设计中通常仅仅是将风力发电机和光伏组件进行简单的组合，在构造模型时，缺乏详细的数学模型。这样的结果使得最终设计的风光互补系统达不到最佳的运行效果，系统的经济性、可靠性较差。风光互补独立供电系统的容量配置问题，其决策变量不仅需要考虑风力发电机类型，容量、光伏电池的容量、蓄电池的容量，而且还要考虑到风速模型，光伏电池的倾角等变量，是一个非线性整数规划问...
【技术保护点】
一种优化型风光互补混合发电系统，其特征在于：供电系统混合发电系统由不同型号的风力发电机组、光伏电池板和蓄电池组成；风力发电系统(WTG)及函数构建风力发电机输出特性为：当风速大于启动风速vc时，风机开始工作；当风速大于切断风速vf时，风机停止工作；当风速在vc和vf之间时，风机输出功率是条曲线。因此，风力发电机的输出特性方程通过用最小二乘法对其输出特性曲线拟合得到，为了保证拟合的精度，可采用三个二项式进行拟合。风力发电机输出特性方程可以如下:
【技术特征摘要】
1.一种优化型风光互补混合发电系统，其特征在于：供电系统混合发电系统由不同型号的风力发电机组、光伏电池板和蓄电池组成；风力发电系统(WTG)及函数构建风力发电机输出特性为：当风速大于启动风速vc时，风机开始工作；当风速大于切断风速vf时，风机停止工作；当风速在vc和vf之间时，风机输出功率是条曲线。因此，风力发电机的输出特性方程通过用最小二乘法对其输出特性曲线拟合得到，为了保证拟合的精度，可采用三个二项式进行拟合。风力发电机输出特性方程可以如下:式中Pw(v)表示当风速为v时风力发电机输出的电功率；v表示风力发电机转轴高度处的风速；vc和vf分别表示风力发电机的启动和切断风速；由风力发电机的输出特性方程和转轴高度处每小时的平均风速可以很容易计算出风力发电机每小时的发电量；光伏发电系统(PV)及函数构建1)太阳能资源特性分析(1)太阳地理位置的描述地面上某处所接受到的太阳辐射能量的大小与太阳相对于地球的位置有关，为此，采用一系列的太阳角，对上述位置进行描述；①赤纬角地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角称为赤纬角，由于倾斜角永远保持不变，致使赤纬角随时都在变化，它与所在地区无关，世界上不同地区，只要日期相同，就具有相同的赤纬角，其计算公式如下：式中，δ为一年中第n天的赤纬角，n为一年中的日期序号；②太阳时角地球自转一周为360°，相应的时间为24h，每1h地球自转的角度为360°/24＝15°，时角定义正午时为零，其计算公式如下：w＝(t-12)×15°(t＝1,2...,24)(3)式中t代表时刻；w为t时刻的时角；③太阳天顶角地球表面上某点水平面的法线与太阳射线之间的夹角称为太阳天顶角θz：cosθz＝sinφsinδ+cosφcosδcosw(4)式中φ为当地纬度；δ为赤纬角；w为太阳时角；④任意平面的倾斜角任意倾斜平面与水平面之间的夹角称为该平面的倾斜角θ。对于垂直面，θ＝90°；对于水平面，θ＝0°；⑤任意平面的方位角任意倾斜面的法线在水平面的投影与正南方向线之间的夹角称为任意平面的方位角γ。倾斜平面面向正南时为零，面向东时为负，面向西时为正；⑥太阳光入射角太阳入射线与平面法线之间的夹角称为阳光入射角i，倾斜角θ、方位角γ与太阳光入射角i之间的几何关系；太阳光入射角i计算公式如下：cosi＝(sinφcosθ-cosφsinθcosγ)sinδ+(cosφcosθ+sinφsinθcosγ)cosδcosw+sinθsinγcosδsinw(5)式中φ为当地纬度；θ为平面倾斜角；γ代表平面方位角；δ代表赤纬角；w代表太阳时角。(2)入射到光伏板上的辐射量计算①水平面上直辐射量Hb＝H-Hd(6)式中Hb代表水平面上直辐射量；H代表太阳总辐射量；Hd代表水平面上的散射辐射量。②任意时刻在倾斜面上的直射分量和在水平面上直射分量之间的比例系数Rb＝cosi/cosθz(7)式中i为倾斜面太阳光入射角；θz为太阳天顶角；③倾斜面上的直射辐射量Hbθ＝HbRb(8)式中Hb代表水平面直射辐射量，Rb代表倾斜面上的直射分量和在水平面上直射分量之间的比例系数；④倾斜面上的天空散射辐射量式中Hd为水平面散射辐射量；Hb代表水平面直射辐射量；H0代表大气层外面水平的太阳辐射量；θ为倾斜角。若不考虑天空散射的各项不同性，则式(9)可简化为：⑤倾斜面上的地面反射辐射量通常可将地面的反射辐射看成是各向同性的，其大小为：式中H代表水平面总辐射；ρ代表地物表面的反射率，在工程计算中一般取0.2，有雪覆盖的地面取0.7。⑥斜面上的太阳总辐射量Hθ＝Hbθ+Hdθ+Hrθ(12)式中Hbθ代表倾斜面上的直射辐射量；Hdθ代表倾斜面上的天空散射辐射量；Hrθ代表倾斜面上的地面反射辐射量。2.如权利要求1所述的优化型风光互补混合发电系统，其特征在于：光伏电池发电量计算由于光伏电池的特性方程是没有解析解的超越方程，这里使用了最大功率点跟踪器,那么认为光伏电池总是工作在最佳工作点,则利用下面的公式计算任意条件下光伏电池的最佳工作点电流和电压：C1＝(1-Imp/Isc)·exp[-Vmp/(C2·Voc)](14)ΔV＝VPV-Vmp(17)ΔT＝TA+0.02·Hθ-Tt(18)以上公式中，IPV代表任意条件下光伏电池的最佳工作点电流；VPV代表任意条件下光伏电池的最佳工作点电压；Isc代表光伏电池的短路电流；Voc代表光伏电池的开路电压；Imp代表光伏电池的最大功率点电流；Vmp代表光伏电池的最大功率点电压；Hθ代表光伏板上的太阳总辐射量；Ht代表标准光强，取1000W/m2；TA代表环境温度；Tt代表标准温度，取25℃；因此，光伏电池发电量计算如下：PPV＝VPV·IPV(20)式中IPV代表任意条件下光伏电池的最佳工作点电流；VPV代表任意条件下光伏电池的最佳工作点电压；光伏电池发电量(Ps(t))与倾斜角(β)最终可以建立函数关系如下：Ps(t)＝Φ(Vm,Im)＝Φ(Vm(β),Im(β))(21)。3.如权利要求2所述的优化型风光互补混合发电系统，其特征在于：蓄电池系统混合系统中蓄电池的能量是不断变化的，t时刻蓄电池的状态与前一时刻的蓄电池状态和t-1时刻到t时刻电量的供求状况有关。当光伏电池和风力发电机的总输出大于负载用电量时,蓄电池处于充电状态。t时刻蓄电池的荷电量可以由下式表示：否则，蓄电池处于放电状态。则t时刻蓄电池的荷电量可以由下式表示：上式中ηinv、ηbatt：分别表示逆变器的效率和蓄电池的充电效率；Pd(t)代表t时刻所需的负荷；为电池规定的最小储量；为电池在t时刻的储能量，为电池在t时刻可以提供的能量，为电池规定的最小储量，Ptotal(t)为混合系统风力发电机、太阳能光伏板在t时刻供电量：该计算忽略蓄电池每小时自放电率。Ptotal(t)＝Pw(t)+Ps(t)(24)。4.如权利要求3所述的优化型风光互补混合发电系统，其特征在于：优化问题的描述(1)优化目标函数优化设计目标是在满足系统性能指标的情况下，系统投资、运行、可靠性等综合成本最小，其目标函数如下：minCt＝min(Cw+Cs+Cb+Cr)(25)(25)式中Ct为系统总成本；Cw、Cs、Cb、Cr分别为系统风力发电机总成本、光伏发电系统总成本、蓄电池总成本以及计及供电可靠性方面的系统电量损失总成本；1)风力发电机总成本2)太阳能电池总成本3)蓄电池总成本式(26)、(27)、(28)中，Wn，Sn，Bn分别为风力发电机、太阳能电池以及蓄电池的类型；ai，bj，ck分别为第i，j，k类型风力发电机、光伏电池以及蓄电池的单位造价(＄/kW)；Pi，Pj，Pk分别为i，j，k类型风力发电机、光伏电池以及蓄电池的容量；u(Pi)，u(Pj)，u(Pk)为对应的年维护和运行费用；m：设备的折旧年限；r0：贴现率；4)计及供电可靠性方面的系统电量损失总成本Cr＝coe×EENS(29)coe表示赔偿系数；EENS为系统电量不足期望值；在计算时，采用时间序列和蒙特卡罗方法，即：时间序列法分为许多相等的时间段,认为在时间段内,风速、光强、载荷等都是不变的，然后运用蒙特卡罗方法对随机选取的采样值进行可靠性计算，在运行时间T(8760小时)内系统电量不足期望值(kMh/year)计算如下(当t时刻供电量大于或等于负荷需求时其值为0)：在系统可靠性未满足，计算系统电量损失总成本时比较困难，目前适合...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨琦，鹿园园，
申请(专利权)人：上海特跃售电有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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