风光柴蓄混合能源系统优化设计

摘要

风光柴蓄混合能源系统因包括风力发电机、光伏板和变频直流柴油发电机三种能量来源，以及蓄电池做储能设备，可以弥补单独风力或光伏发电带来的随机性和偶然性等不确定因素造成的系统供电不稳定，可靠性低的缺点。本系统中采用变频直流柴油发电机做应急电源，降低系统投资运营成本。
　　本文主要对风光柴蓄混合能源系统进行建模与优化研究，通过动态仿真系统年运行状况验证系统配置的正确性。首先阐述了风光柴蓄混合能源系统各组成部分：风力发电机、光伏板、蓄电池和变频直流柴油发电机的工作原理及输入输出特性，在此基础上建立对应的数值分析模型。为了获得风力发电机、光伏板的最大输出功率，对比分析了其MPPT(Maximum Power Point Tracking)最大功率点跟踪控制策略。在上述研究的基础上根据风光柴蓄混合能源系统各个部件间的能量关系，建立风光柴蓄混合能源系统模型。
　　然后，根据系统供电可靠性和成本最优化要求提出以可靠性指标系统年度缺电率 LPSP(the Loss of power Supply Probability)和以系统全寿命周期成本 LCC(the Life Cycle Cost)为目标函数的优化目标。根据系统特性，分别采用自动搜索匹配算法和遗传算法进行系统优化设计，其中自动搜索算法因数据量少，计算简洁，遗传算法不同之处在于，将能源调度策略的非线性因素考虑在内，可以更大化利用风力发电机、光伏板和变频直流柴油发电机产生的能量，从而进一步降低系统运营成本。
　　最后，为了保证用户负载用电可靠性，需预测出全年8760小时逐时数据，进行系统优化配置计算，即首先根据已有风速、光辐射资料进行数据预测。在此基础上，采用自动搜索匹配算法进行配置优化，分别得出不同可靠性LPSP的系统优化。由于自动搜索匹配算法只对系统的投资成本进行优化，实际上在系统运行时，在风力发电机和光伏板不能供给用户负载时，如何选择柴油机和蓄电池供电，是一个非线性问题，因此采用了改进能量调度策略的遗传算法进行研究，通过仿真所得优化下风光柴蓄混合能源系统的年工作状况，对比分析了两种算法所得配置的正确性及适用性，能够满足系统的生命周期成本最低化和用户可靠性要求。

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第一章 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 风光柴蓄混合能源系统建模

2.1风光柴蓄混合能源系统总体结构

2.2风力发电机模型

2.3光伏板模型

2.4变频直流柴油发电机模型

2.5蓄电池组件

2.6风光柴蓄混合能源系统模型

2.7本章小结

第三章 风光柴蓄混合能源系统优化设计

3.1系统优化设计模型

3.2风光柴蓄混合能源系统优化算法研究

3.3风速、太阳辐射预测方法研究

3.4本章小结

第四章 风光柴蓄混合能源系统的优化设计仿真分析

4.1风速、太阳辐射逐时气象数据预测仿真

4.2风光柴蓄混合能源系统配置仿真分析

4.3本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果