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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

钟宇峰  
【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(Battery Energy Storage System, 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。


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