微电网中电池储能系统的动态优化调度及可靠性建模问题研究

摘要

微电网作为一种包含分布式电源(DG)、储能装置以及各类负载的新型能源网络化供应与管理技术，由于其能源利用率高和环境友好等优点，正受到越来越广泛的关注。由于风能、太阳能固有的波动性和随机性，如何利用有限的储能系统容量，实现微电网系统发用电的动态平衡，并获得最优效益，是微网集成控制与能量管理研究的重要内容。本文对微电网系统中电池储能系统(BatteryEnergyStorageSystem，BESS)的优化调度以及可靠性问题进行研究，为未来微电网中BESS的应用提供参考与借鉴，主要进行了以下几个方面的工作:
　　首先，以典型的风-光-热-储混合的微电网系统为例，建立微电网各组成单元出力的数学模型。针对风力、太阳能等能源随机不可调度的特点，研究风力、光伏等电源出力的预测模拟方法;并结合BESS的参数特性，考虑BESS的容量和充放电约束，重点建立BESS容量模型和充放电模型。
　　其次，针对BESS在微电网系统中发挥的作用，本文以经济性、环保性、可靠性、对可再生能源的响应特性等为目标，在满足微电网功率平衡约束、电源出力约束，以及BESS的容量、充放电和寿命约束等条件下，建立基于BESS动态调度的微电网运行优化模型。通过模糊理论和隶属函数将多目标优化转化为单目标优化问题，以获得综合考虑各个因素下的BESS最优控制策略。
　　然后，考虑到动态规划算法能较好地模拟BESS的充放电动作，处理模型中的不连续、非线性约束等优点，采用动态规划求解微电网多目标运行优化模型，并通过算例进行了验证，结果表明，多目标优化基于对各目标重要性的设定，通过BESS的动态优化调度，能很好地满足微电网的运行要求，改善各方面指标，并能充分体现BESS的功能定位。
　　最后，基于电池储能系统并网结构在可靠性分析中属于串联系统的特点，结合其物理结构，运用状态空间分析法对其进行可靠性建模。分别计算得到各组成部分及系统的等效故障率和修复率，为微电网中BESS的调度以及容量或数量的配置、微电网的可靠性评估提供数据参考。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 微电网储能技术国内外研究现状

1．2．1 微电网研究发展现状

1．2．2 微电网储能技术研究发展现状

1．3 电池储能系统在微电网中的作用

1．4 本文的主要工作

第二章 风-光-热-储混合的微电网系统模型

2．1 引言

2．2 风力发电技术

2．2．1 风力发电机模型

2．2．2 风速预测模拟模型

2．3 光伏发电技术

2．3．1 光伏发电系统模型

2．3．2 光伏发电输出功率预测模型

2．4 微型燃气轮机

2．5 电池储能系统

2．5．1 电池储能系统基本参数

2．5．2 电池储能系统数学模型

2．6 本章小结

第三章 基于BESS动态调度的微电网运行优化模型

3．1 引言

3．2 微电网优化运行目标

3．2．1 目标1：微电网系统的经济效益最大

3．2．2 目标2：微电网系统的可靠性最高

3．2．3 目标3：平抑可再生能源输出功率波动

3．2．4 目标4：符合可再生能源发电计划曲线的要求

3．3 约束条件

3．4 多目标优化问题的转换

3．4．1 模糊理论与隶属函数

3．4．2 目标函数隶属度转换

3．4．3 转化为单目标优化

3．5 本章小结

第四章 基于动态规划的优化模型求解及算例分析

4．1 多阶段决策过程与动态规划算法

4．2 基于动态规划的优化模型求解方法

4．3 算例分析

4．3．1 单目标优化结果

4．3．2 多目标优化结果

4．3．3 BESS功能定位对多目标优化的影响

4．4 本章小结

第五章 微电网中电池储能系统并网可靠性模型研究

5．1 引言

5．2 电池储能系统并网物理结构

5．3 电池储能系统并网可靠性建模

5．3．1 状态空间分析法

5．3．2 电池储能系统并网可靠性模型

5．3．3 并网储能系统等效故障率和修复率

5．4 并网储能系统等效可靠性参数的求解

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表和录用的学术论文