[发明专利]一种含风光水多源互补微网混合储能容量最佳配比方法

权利要求书

1.一种含风光水多源互补微网混合储能容量最佳配比方法，包括获取当地风、光、水自然资源的分布情况，模拟风力发电、光伏发电、以及水力发电的年输出功率曲线；获取微网的年负荷曲线，其特征在于，所述方法建立以系统成本和功率波动最小的目标函数，同时确定功率平衡约束条件、最大瞬时功率约束条件、供电可靠性约束条件、超级电容充放电电流及电压约束条件和蓄电池SOC约束条件，建立含风、光、水的微网混合储能优化配置模型，采用含模糊决策的多目标规划GA-PSO算法，对目标函数进行优化求解，得到最优的混合储能容量配比；

所述含风、光、水的微网混合储能优化配置模型为：

(1)风力发电单元

假定当前风速为v_i、风机启动风速为v_m、额定风速为v_H、停机风速为v_T、额定功率为P_N，则风机在不同风速时对应的发电量分别为：

Ew1=Σ[PN·(vi/vH)3·hi](vm≤vi<vH)Ew2=Σ(PN·hi)(vH≤vi<vT)]]>

根据上式可以得到风机任一时间段内的发电总量：E_w＝E_w1+E_w2；

其中，h_i为保持当前风速v_i的小时数，单位为h；

(2)光伏发电单元

假设光伏阵列的额定功率为P_N，转换效率为η，则光伏阵列的发电量为：

E_s＝P_s·T_m＝N·P_N·η·T_m

其中，P_s为光伏阵列的实际输出功率，单位为kW；N为当月天数，单位为d；T_m为光伏阵列倾斜面上当月平均峰值日照时数，单位为h/d；

(3)水力发电单元

假设水电站的水轮机引水发电流量为Q，单位为m³/s；水电站的工作水头为H，单位为m；水电站的水能转换效率为η，可表示为η＝η₁η₂η₃，其中，η₁表示水轮机效率，η₂表示发电机效率，η₃表示机组传动效率，则水电机组的发电量为：

E_h＝P_h·T＝A·Q·H·T

其中，P_h为水电站的实际输出功率，单位为kW；A的值可根据水电站的规模进行判定，A＝6.0～8.5；T为其机组发电小时数，单位为h；

(4)蓄电池单元

忽略蓄电池的极化内阻与相间微分电容，只考虑其端电压u_b和荷电状态SOC，可将蓄电池等效为由直流电压源E与内阻R_b串联构成的电路；

蓄电池输出电压u_b与荷电状态SOC可表示为：

u_b＝E-R_b·i_b

SOC=SOC0+EbatQ]]>

其中，E为直流电压源，单位为V；R_b为其内阻，单位为Ω；i_b为其工作电流，单位为A；Q为其容量，单位为Ah；SOC₀为其初始荷电状态；为蓄电池的储能容量；

(5)超级电容单元

超级电容器可以等效为理想电容器C与电阻R_S相串联的模型；其中，U_C(t)为超级电容器的电压；I_S1、I_S2分别为超级电容器的充、放电电流；

设U₀为电容器初始电压，U₁(t)和U₂(t)分别是电容器充电和放电时的电压值，则电容器在充电和放电时，其计算公式分别为：

U1(t)=UC(t)+RS·IS1=U0+1CIS1(t)+RS·IS1]]>

U2(t)=UC(t)-RS·IS2=U0+1CIS2(t)-RS·IS2]]>

超级电容器充、放电时间分别表示为：

C·dv＝I_S1·t

C·dv-I_S2·C·R_S＝I_S2·t

其中，dv为超级电容器的端电压变化；t为超级电容的充放电时间，单位为h；

设U_w、U_v分别为电容充电完成与放电完成时的电压值，则超级电容的储能容量E_uc为：

Euc=12·C·(Uw2-Uv2).]]>

2.根据权利要求1所述的一种含风光水多源互补微网混合储能容量最佳配比方法，其特征在于，所述约束条件包括：

(1)功率平衡约束：

在任何时刻，微网系统都必须满足功率平衡：

P_bat,i+P_uc,i+P_dg,i≥P_L,i

其中，i表示某一段时间；P_bat,i、P_uc,i分别表示该段时间内蓄电池和超级电容的输出功率；P_dg,i表示经过混合储能装置平滑功率波动前的系统实际发电功率；P_L,i为该时间段微网负荷功率；

(2)供电可靠性约束：

微网系统一段时间内提供的总能量不小于负荷的用电量；

Ebat,i-1+Euc,i-1+Ew,i+Es,i+Σj=1n(Ehj,i)-EL,i≥0]]>

其中，E_bat,i-1、E_uc,i-1分别为蓄电池与超级电容前一个工作时间段所剩电量，E_w,i为该时间段内风力总发电量，E_s,i为该时间段内光伏阵列总发电量，为该时间段内水电集群总发电量，E_L,i为该时间段负荷用电量；

(3)蓄电池SOC约束：

在蓄电池的充放电过程中，必须严格控制其荷电状态的上下限，以延蓄电池的使用寿命：

SOC_min＜SOC_i＜SOC_max

其中，SOC_min为蓄电池荷电状态的下限；SOC_max为蓄电池荷电状态的上限；

(4)超级电容充、放电电流及电压约束：

超级电容在任何时候，必须满足其充、放电电流及电压约束；

0<IS≤ISmax0<U1(t)≤UmaxUmin<U2(t)≤Umax]]>

其中：U_min、U_max分别为超级电容最低与最高充、放电电压；I_S为超级电容充电电流，I_Smax为超级电容最大工作电流；

(5)最大瞬时功率约束：

在任何时刻，微网系统都必须要满足其最大瞬时功率的缺失：

Pbat,i+Puc,i≥ΔPLmax∫otPbat,idt+∫0tPuc,i≥ΔPLmax·t]]>

其中，ΔP_Lmax为该时间段内微网的最大瞬时功率缺失。