一种考虑电池容量衰减的微电网容量优化配置方法技术

本发明专利技术涉及微电网优化配置技术领域，尤其涉及一种考虑电池容量衰减的微电网容量优化配置方法，解决了背景技术中的技术问题，其包括根据微电网系统内各设备的数学模型，建立微电网系统优化配置的目标函数；对微电网各设备进行建模并建立运行约束，运行约束包括功能平衡约束、储能电池剩余容量约束、储能电池的充/放电功率约束和可靠性约束；根据目标函数和运行约束，构建考虑储能容量衰减的微电网容量优化模型；选取改进粒子群算法对储能电池实际容量进行求解，获得储能电池的容量配置结果。本发明专利技术能满足系统各个设备协调运行条件的同时，选择最合适的设备容量，使得经济效益达到最优，找到可靠性指标与综合成本的最佳平衡点。找到可靠性指标与综合成本的最佳平衡点。找到可靠性指标与综合成本的最佳平衡点。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑电池容量衰减的微电网容量优化配置方法


[0001]本专利技术涉及微电网优化配置
，尤其涉及一种考虑电池容量衰减的微电网容量优化配置方法。

技术介绍

[0002]南极大陆是最晚被发现的一个可以作为科学实验“天堂”的干净大陆，是目前世界上最大的冰盖，淡水储量极高。气候变化的冷源均系于此，全球气候直接受到南极地区环境变化的影响而随之变化，诸如大洋、大气环流变化都至关重要。因此世界各国均建立科考队考察南极生态环境变化，便于及时掌握世界环境变化及其对我们生活造成的影响。
[0003]目前，南极几乎所有科考站都是依靠柴油发电机运行发电保证站区电力设备运行，使用化石燃料的过程不仅减少了相应资源的储量，还产生了大量废料、废气，给未来的生态环境留下了重大的隐患。为保护南极环境，在极区建立风
‑
光
‑
储交直流微电网系统是因地制宜实现绿色供能的优选方案。风
‑
光
‑
储交直流微电网系统的结构如图1所示，微电网中同时包含有交流母线、直流母线，其中不可控源包括风电机组、光伏阵列，可控源为储能电池(蓄电池)；新能源电源设备根据发电特性分别连接到最符合其特点的母线上，交流负荷、直流负荷由两类母线单独供电，功率交互通过功率变换器完成。
[0004]微电网中储能设备(锂离子电池)是整个系统的核心，使得供电更加平稳可靠。由于极地气候寒冷，全年可分为冬夏两季，冬季月平均气温是
‑
16℃～
‑
20℃，夏季月平均气温为/>‑
4℃～
‑
10℃，全年温度都很低，对锂离子电池的工作性能影响很大，导致其放电容量不再是固定的额定容量，而是一个变化的量，所以需要对其进行容量估计。微电网系统的容量优化配置以及机组协调运行，是提高系统的经济效益和孤岛模式下可靠运行的重要保证。
[0005]所以有必要针对极地考虑电池容量衰减的交直流微电网容量优化配置进行研究，提高微电网可靠性与经济效益。

技术实现思路

[0006]为解决由于极地的恶劣环境所造成的微电网中储能电池的容量变化，导致现有微电网系统的容量优化配置方案不满足需求的技术问题，本专利技术提供了一种考虑电池容量衰减的微电网容量优化配置方法。
[0007]本专利技术提供了一种考虑电池容量衰减的微电网容量优化配置方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、根据微电网系统内各设备的数学模型，获得微电网系统的经济成本模型，建立微电网系统优化配置的目标函数，采用等年值综合成本C
eac
作为其中一个优化目标，用于衡量微电网系统的经济性，经济指标对应的经济成本模型表示为：
[0009]C
eac
＝C
aic
+C
arc
+C
aomc
(1)
[0010]式(1)中，C
aic
为微电网系统的换算为等年值的初始投资成本，C
arc
为微电网系统的换算为等年值的中期置换成本，C
aomc
为微电网系统的换算为等年值的运维成本，其中：
[0011][0012][0013][0014]式(2)中，C
WT,aic
、C
PV,aic
、C
BAT,aic
分别表示风电机组、光伏阵列、储能电池的初始投资成本；f
CRF
表示计算等年值成本时的折算系数；r代表折现率；Y代表该项目的研究周期；式(3)中，N
fr
表示在项目周期内所需更换电池的次数；L表示电池的实际使用寿命；C
BAT
表示置换一次的成本；式(4)中，N
pc
表示项目周期；f表示年通胀率；C
tom
(1)表示微电网第一年的全部运维成本；求和式子的子式中n代表第几年，子式整体代表某年的总运维成本；
[0015]采用全年负荷缺电率作为另一个优化目标，用于衡量微电网系统的可靠性，一年无法满足供电的负载所用电量占正常运行总电量的比值用符号δ
LPSP
表示，且：
[0016][0017]式(5)中，P
load
(t)表示负荷正常运行所需电量，P
op
(t)表示该时刻的系统可供电的设备输出有功总和，P
PV
(t)、P
WT
(t)和P
PV
(t)分别表示该时刻光伏电池、风电机组、锂电池的出力值；
[0018]步骤2、对微电网各设备进行建模并建立运行约束，运行约束包括功能平衡约束、储能电池剩余容量约束、储能电池的充/放电功率约束和可靠性约束；
[0019]其中功能平衡约束表示为：
[0020][0021]式(6)中，P
ch
(t)表示该时刻锂电池充电功率；P
dis
(t)表示该时刻锂电池放电功率；
[0022]在运行中，储能电池每时每刻的剩余容量应满足剩余能量约束，剩余能量约束表示为，
[0023][0024]式(14)中，C
b
(t)、C
b
(t
‑
1)分别表示该时刻与上一时刻储能电池的剩余容量；C
bat,max
、C
bat,min
类比在额定可用容量下约束的容量边界，在此分别表示在综合考虑多方因素下计及容量衰减后修正的实时容量下的电池实际设置的最大容量和最小容量，C
bat,max
、C
bat,min
为变量；
[0025]其中，储能电池的充/放电功率约束表示为：
[0026][0027]式(15)中，I
dis
(t)、I
ch
(t)为储能电池的充放电运行状态，0代表未运行，1分别代表处于放电、充电状态，I
dis
(t)和I
ch
(t)不可同时为1，P
ch,max
、P
dis,max
表示最大充、放电功率；
[0028]当储能系统剩余可放电的容量无法满足该时刻放电所需时，则将此时的放电能力调整其功率为，
[0029][0030]当储能系统的剩余可充电的容量无法满足充电所需时，则对其充电功率进行调整，
[0031][0032]其中可靠性约束为，
[0033]δ
LPSP
≤δ
max
ꢀꢀꢀ
(18)
[0034]δ
max
为最大的LPSP值；
[0035]步骤3、根据步骤1得到的目标函数和步骤2得到的运行约束，构建考虑储能容量衰减的微电网容量优化模型，在不同温度、不同循环倍率下对储能电池进行充放电老化测试，得到多组储能电池的容量数据，把电池老化作为因变量，即选定综合容量退化量作为参考序列，选定影响其变化的温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑电池容量衰减的微电网容量优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据微电网系统内各设备的数学模型，获得微电网系统的经济成本模型，建立微电网系统优化配置的目标函数，采用等年值综合成本C
eac
作为其中一个优化目标，用于衡量微电网系统的经济性，经济指标对应的经济成本模型表示为：（1）式（1）中，C
aic
为微电网系统的换算为等年值的初始投资成本，C
arc
为微电网系统的换算为等年值的中期置换成本，C
aomc
为微电网系统的换算为等年值的运维成本，其中：（2）（3）（4）式（2）中，C
WT,aic
、C
PV,aic
、C
BAT,aic
分别表示风电机组、光伏阵列、储能电池的初始投资成本； 表示计算等年值成本时的折算系数；r代表折现率；Y代表该项目的研究周期；式（3）中，N
fr
表示在项目周期内所需更换电池的次数；L表示电池的实际使用寿命；C
BAT
表示置换一次的成本；式（4）中，N
pc
表示项目周期；f表示年通胀率；C
tom
(1)表示微电网第一年的全部运维成本；求和式子的子式中n代表第几年，子式整体代表某年的总运维成本；采用全年负荷缺电率作为另一个优化目标，用于衡量微电网系统的可靠性，一年无法满足供电的负载所用电量占正常运行总电量的比值用符号δ
LPSP
表示，且：（5）式（5）中，P
load
(t) 表示负荷正常运行所需电量，P
op
(t) 表示该时刻的系统可供电的设备输出有功总和，P
PV
(t)、P
WT
(t) 和P
PV
(t) 分别表示该时刻光伏电池、风电机组、锂电池的出力值；步骤2、对微电网各设备进行建模并建立运行约束，运行约束包括功能平衡约束、储能电池剩余容量约束、储能电池的充/放电功率约束和可靠性约束；其中功能平衡约束表示为：
（6）式（6）中， P
ch
(t)表示该时刻锂电池充电功率；P
dis
(t)表示该时刻锂电池放电功率；在运行中，储能电池每时每刻的剩余容量应满足剩余能量约束，剩余能量约束表示为，（14）式（14）中，C
b
(t) 、C
b
(t
‑
1) 分别表示该时刻与上一时刻储能电池的剩余容量；C
bat,max
、C
bat,min
类比在额定可用容量下约束的容量边界，在此分别表示在综合考虑多方因素下计及容量衰减后修正的实时容量下的电池实际设置的最大容量和最小容量，C
bat,max
、C
bat,min
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟润泉，韩肖清，魏斌，李婷婷，窦银科，乔森，王进，马跃，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：