基于粒子群算法的混合儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置.doc

獨創(chuàng)性聲明關于論文使用授權的說明艿難宦畚腦誚餉芎笥袷卮誦阺月日 實驗表明，當負載脈動時，將二者混合的儲能系統(tǒng)提高了儲能系統(tǒng)的功率輸出能力，減少了蓄電池的輸出電流，延長工作時間，減少了內部損耗。其次，建立了以儲能裝置的生命周期費用為目標函數，以負荷缺電率等為約束條件的獨立風電儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化模型，比較傳統(tǒng)蓄電池儲能、改進蓄電池儲能、傳統(tǒng)混合儲能和改進的混合儲能這四種儲能方法的優(yōu)缺點。再次，在風光互補發(fā)電系統(tǒng)中，以蓄電池和超級電容器作為混合儲能裝置，以儲能系統(tǒng)的全生命周期年費用最小為目標，以系統(tǒng)的缺電率等運行指標為約束條件，建立了一種混合儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置模型。分別用標準的粒子群算法、權重改進的粒子群算法和加速因子改進的粒子群算法進行求解。最后，系統(tǒng)進行仿真，仿真結果表明：改進的混合儲能系統(tǒng)具有更低的全生命周期費用；采用加速因子改進的粒子群優(yōu)化算法可以得到更好優(yōu)化效果，不僅能加快收斂速度，同時也降低了生命周期費 ， 瑃 琤 ， 寧夏大學碩士學位論文第一章緒論源。據估算，全國各個地方太陽的年輻射總量達到，中值為。作溫度范圍寬等一系列的要求。因此，提出了混合儲能技術?；旌蟽δ芟到y(tǒng)通過采用容量大、相對循環(huán)次數受到限制、能量比高、功率比低的儲能環(huán)節(jié)輔助容量小、壽命長、功率比高的儲能環(huán)節(jié)，與單一的儲能技術相比較，具有更好的經濟性和系統(tǒng)特性。目前應用比較廣泛的是將超級電容器和蓄電池混合作為儲能裝置，可以減少蓄電池充電和放電的次數，平抑功率的波動，延長蓄電池的循環(huán)使用壽命。 第一章緒論在我們生活的地球上，風能和太陽能到處都有，可以隨時隨地的開發(fā)利用，也不會存在運輸雖然風能和太剛能具有上述的優(yōu)點，但是也存在一些缺點： 寧夏大學碩士學位論文第一章緒論麗厶礎嗣士鏹攀藉誦磙鞩。謦冀 匿蠶 寧夏大學碩士學位論文第一章緒論鬻德國圖年全球五大風電市場新增的裝機容量電力調峰改善電能質量 第一章緒論和超級電容器混合使用，不僅綜合了不同儲能技術的特點，還能有效的提高儲能技術的經濟性超級電容器和蓄電池在性能上具有很好地互補性。超級電容器的充放電速度快、效率高，使用壽命長，功率密度高，適合于功率人的充放電場合利循環(huán)次數多的場合，但是超級電容器的能量密度偏低，不太適合大規(guī)模的儲能場合。而蓄電池與超級電容器的性能相反，它的能量密度較人，但是充放電的效率比較低，使用壽命也比較短，功率密度也較小。將二者混合使用，使得二者的優(yōu)點相互結合，這會使得儲能系統(tǒng)的性能得到很大的提高。國內外的研究表明，超級電容器和蓄電池混合使用，可以降低儲能系統(tǒng)的內部損耗、提高儲能系統(tǒng)的輸出功率的能力、增加了放電的時間：縮小了儲能系統(tǒng)的體積，減小了蓄電池的充電和放電次數、延長電需求。延長了蓄電池的使用壽命。 第一章緒論的方法，實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的優(yōu)化。電池單獨儲能和混合儲能的成本，表明混合儲能具有更好的經濟性。文章中以微電網中常見的分布式電源和儲能單元的運行機理結構為依托，對這些單元建立了詳細的仿真模型。選擇超級電容器和蓄電池結合的儲能系統(tǒng)，對超級電容器和蓄電池混合儲能系統(tǒng)進行了性能分析和仿真驗證，分析表明混合儲能技術比單一的儲能技術更合理。并且提出了超總結儲能技術的作用和發(fā)展趨勢，同時總結了儲能容量優(yōu)化配置在國內外的研究現(xiàn)狀。通過功率變換器并聯(lián)三種方式進行建模仿真，并且分析了混合儲能的性能。 寧夏大學碩學位論文第一章緒論 第二章風光互補系統(tǒng)的組成及特性分析第二章風光互補系統(tǒng)的組成及特性分析分光互補系統(tǒng)的主要組成系統(tǒng)主要由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、功率變換器、儲能裝置和負載組成。太剛能發(fā)電儲能裝置：當風能和太陽能供電充足時，儲存能量；當風能和太陽能不足時，向負載供電。由等效電路圖可得：， 寧夏大學碩士學位論文第二章風光互補系統(tǒng)的組成及特性分析圖相同光照不同溫度下的蚉曲線圖 第二章風光互補系統(tǒng)的組成及特性分析 寧夏人學幀學位論文第二章風光互補系統(tǒng)的組成及特性分析式中：兄圖風能利用系數的仿真模型 寧夏人學碩上學位論文第二章風光互補系統(tǒng)的組成及特性分析 第二章風光互補系統(tǒng)的組成及特性分析超級電容器不像蓄電池在能量轉換過程中會發(fā)生化學反應，岡此溫度的變化對超級電容器的雙電層型的超級電容器使用的是高比表面積的活性炭材料，采用活性炭材料做成多孔的電極，在相對的電極中間填充電解液，當兩端加電壓時，電極收集的正，負電子，在電場作用下電解液中的正離子和負離子，聚集和正極板，負極板相對于接口，形成兩層。多孔特性的超級電容器等效電路模型如圖所示。圖是在考慮多孔電極的基礎上，根據雙電層超級電容器內部結構建立的等效電路模型。圖效電阻；是引線的等效電阻； 寧夏人學碩士學位論文第二章風光互補系統(tǒng)的組成及特性分析 寧夏大學碩學位論文第三章超級電容器蓄電池混合儲能系統(tǒng)的研究第三章超級電容器蓄電池混合儲能系統(tǒng)的研究超級電容器也被稱之為電化學電容，它具有良好的脈沖充放電性能，以及可以實現(xiàn)人容量的有上面可以看出來，超級電容器和蓄電池有著良好的互補特性，所以將兩者混合起來使用，可以提高儲能裝置的負載適應能力和供電的可靠性，改善儲能系統(tǒng)的經濟效益。并且使得蓄電池的輸出電流峰值減小了，內部損耗降低了、放電的時間延長了，還優(yōu)化了蓄電池的充電和放電過程【。蓄電池超級電容器混合儲能目前主要應用于電動汽車、移動通訊設備、可再生能源發(fā)電并網系統(tǒng)。超級電容器和蓄電池的并聯(lián)方式可以分為一卜三類：直接進行并聯(lián)、通過電感進行并混合儲能系統(tǒng)的模型分析 寧夏人學碩學位論文將蓄電池與超級電容器直接并聯(lián)結構圖所示。在中搭建直接并聯(lián)模蓄電池輸出約占負載的兜縟萜韉牡緦髟頰幾涸氐緦韉備涸氐牡緦魑狾時，蓄電池仍然輸出電流，此時為超級電容器進行充電。隨時間增加，蓄電池的輸出電流也增大。因此超級電容的輸出電流幅值與負載電流幅值相差不火，而蓄電池輸出電流的幅值大幅度降低，進而保護蓄電池不受大電流沖擊。蓄電池的電壓慢慢下降。與單獨蓄電池供電相比，直接混合儲能具有較好的可靠性?，v翰穋 寧夏人學碩士學位論文第三章超級電容器蓄電池混合儲能系統(tǒng)的研究一狫 了砷 寧夏大學碩士學位論文通過電感器并聯(lián)的儲能系統(tǒng) 第三章超級電容器蓄池混合儲能系統(tǒng)的研究隆毒氏：一，纛鞴攀鬻端搿黲黲黼甌鎗辮粥；翹堋蓐佟痠。、。癘肼次砹汶蹀黧冀拳攀?！啊敝蒉q瓣鬻囂獬鬻鬻。”蕖秎麓鬻尊渤熏鬻嚳鬻鬻?。〗O耄狠吵噶醉肜璞楨鱥鬻圖蓄電池、超級電容器、負載的電流變化。鬻搿麓在中搭建仿真模型見圖，仿真模型中的參數設置見表，其中脈動負載的周期是伎氈仁掄娼峁繽所示，從圖中可以看出，蓄電池的輸出電流峰值大約占脈動負載的電流峰值的兜縟萜髟蛞3械唷罰：屯：較，在每一個周期內，當負載波動的時候，蓄電池的電流變得比較平滑，明顯削弱了由于負載功率脈動而帶來的波動性。雖然通過電感并聯(lián)的混合儲能系統(tǒng)提高了儲能系統(tǒng)的功率輸出能力，對蓄電池的放電過程進行了優(yōu)化，但是和直接并聯(lián)的混合儲能系統(tǒng)一樣，都存在系統(tǒng)的配置不靈活的問 寧夏人學碩士學位論文P畹緋刈艿姆諾縭奔洌籙P畹緋氐氖涑齙繆梗為蓄電池輸出電流的有效值。而卜一一擊一丁一黜器罾畄浚膍得到超級電容器支路、蓄電池支路的電流的有效值分別為：靦 寧夏人學碩學位論文其中：一；翰飛耗二壘混合儲能系統(tǒng)和蓄電池儲能系統(tǒng)相比較，節(jié)約的總能量為 寧夏大學碩士學位論文第三章超級電容器莆電池混合儲能系統(tǒng)的研究圖混合儲能結構以電容電壓和電感電流為狀態(tài)變量，應川狀態(tài)平均的方法，得到狀態(tài)平均方程為：三等籟。钚囊煥鯮啦 寧夏大學碩：學位論文一其中： 寧夏人學碩上學位論文風能是一種清潔能源，但由丁自然條什的變化，風速和風向不斷的、隨機的變化，導致風力儲能毆備的協(xié)調配合，可以提高風力發(fā)電技術的可調度性和可控性。圖獨立風力發(fā)電系統(tǒng)的結構 蓄電池儲能的充放電過程放電時 后毛咭凇毛女一一占口強駙尼巨咭籄n量；為超級電容器充電效率；為超級電容器放電效率。 寧夏人學碩士學位論文圖為改進儲能系統(tǒng)的充電過程。改進的蓄電池的充電過樣是：如果不平衡量人丁蓄電池額定量與功率變換器轉換率之積，那么蓄電池就以額定量進行充電，充電后當前時刻蓄電池的儲則超級電容器以衄一邑進行充電。如果不平衡量小于蓄電池與功率變換器轉換率之積，則 與功率轉換器轉換率之積，則蓄電池以額定進行放電，放電后此刻蓄電池的能量如果小于最小容量，就讓此刻的儲能量為最小量，超級電容器以不平衡量與最小量之差進行放電，否則以平衡量進行放電，蓄電池不放電。圖改進混合儲能的放電過程 寧夏大學碩士學位論文基于粒子群算法的儲能容量優(yōu)化配置，負荷缺電率是負荷缺電量與負荷總需求量的比值。即當風電功率滿足負荷需求時，負荷缺電量，儲能裝置充電，當風電功率不。粒子群算法是通過迭代找到一個最佳的解來解決所要求解的問題，在該算法中，搜索空間里 寧夏人學碩上學位論文整的參數較少，精度高，魯棒性好，很適合在撼淌導杏反映種群中粒子的運動，包括群體極值祝透鎏寮怠隱。在種情況下，速度的變化”的論文筘引。在速度的進化方程中首次引入慣性權重國：彩耙弧狢評估每個粒子的適應度函數，將當前每個粒子的位置和適應度值都存儲在，中，將所 寧夏大學碩士學位論文訓，更新。，；如果停止條件暇然虻，搜索停止，輸山近似最優(yōu)解，或者返回搜索第粒子群優(yōu)化算法的流程圖見圖。圖粒子群優(yōu)化算法的流程圖算例分析狾，?，F(xiàn)在要為其配置儲能容量。具體參數見表。圖所示為某地風電輸出功率和負荷功率在小時內的變化曲線，結合表所列蓄電池和超級電容器的參數及各項約束指標，優(yōu)化目標在小時里儲能裝置的總費用，運用粒子群算法在環(huán)境下編程求解，得到了最優(yōu)點近似值。優(yōu)化后所得的詳細值見表中。表儲能系統(tǒng)的參數 第四章獨立風力發(fā)電混合儲能容量優(yōu)化配置小時內風電輸出功率負荷功率曲線 寧夏人學碩士學位論文川，而且延長了蓄電池的使川壽命。 第五章風光互補混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置為了實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)供電的連續(xù)性、可靠性以及穩(wěn)定性，實現(xiàn)日夜發(fā)電，我們可以在風能資源、 寧夏大學碩士學位論文一啤 當施時，當衄時，【新膏一也肺。甜乜露一搿瞇咭切畹緋刈欏兜縟萜髯時刻的儲能量； 出此刻的儲能量后與額定的儲能量進行比較，如果它大于額定的儲能量，就讓蓄電池此刻的儲能量為額定量，這是為了保護蓄電池，讓蓄電池一直保持額定量，減少它的充電次數。如果小于額定量，此刻的儲電量不變。同樣超級電容器也要與最人容量比較，人了就等丁最人容量。如果不電池的額定容量與轉換效率之積，那么蓄電池以額定容量進行充電，充電完成后，如果當前蓄電比較，如果不平衡量大于超級電容器的最大值，那么超級電容器就以最大容量進行充電，如果小乞遞磊砸籰瓦，倪怊乓。瓻。倒臻： 寧夏人學碩上學位論文第五章風光互補混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置積，則蓄電池以額定量進行放電，將放電后蓄電池在此刻的儲能量與它的最小容量進行比較，如的最大儲能量，則超級電容器以最大容量進行放電，如果小于它的最大容量，就以不平衡量進行放電，而此時蓄電池不放電，它的儲能量還是前刻的儲能量。最后將超級電容器當前時刻的儲能量與它的最小儲能量進行比較，如果小于它的最小儲能量，就有負荷缺電量的產生，即此刻的負荷缺電量為最小缺電量與當前時刻儲電量之差，而此刻的儲能量是最小儲能量。睢疽砸籰一最，如 口衄改進加速因子的粒子群算法能飛躍整個搜索空間，實現(xiàn)多樣性，避免過早收斂于局部極值。一。痥?；诹Ｗ尤核惴ǖ膬δ苋萘颗渲玫牧鞒倘缦拢核憷治鲆阅车貐^(qū)風光互補發(fā)電系統(tǒng)為例，圖是風機全年的發(fā)電量曲線，圖則是光伏陣列的發(fā) 寧夏人學碩學位論義第五章風光互補混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置 第五章風光互補混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置表蓄電池和超級電容器的參數 第五章風光互補混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置表基本粒子群算法的優(yōu)化結果重改進的粒子群算法優(yōu)化后的費用變大了。 第五章風光互補混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置混合儲能結果蓄電池個 寧夏火學碩士學位論文打似町啪當，、蔥，保秩汗婺，最大迭代次數是圖蓄電池個超級電容器個當，俊蔥，緲保秩汗婺，最大迭代次數是 寧夏大學碩士學位論文第五章風光互補混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置慣性權重人時，收斂速度也較慢。由以上可以看出，慣性權重較小時，收斂速度變快，但是過早收斂于極值，慣性權重較人時，收斂速度變慢，但是求得全生命周期費用較??；而對稱區(qū)間的加速度岡子的尋優(yōu)效果弱丁不對稱的加速度岡子尋優(yōu)效果。圖混合儲能結果蓄電池個 第五章風光互補混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置滿足負荷的要求。與此同時，在風光互補系統(tǒng)中配置合理容量的儲能器件，可以有效地降低儲能裝置的全生命周期成本。比較可以得到采用加速因子不對稱改進的粒子群優(yōu)化算法可以得到更好 寧夏人學碩士學位論文構、工作性能和容量的優(yōu)化配置進行了一定的研究，但由于個人學識水平和實驗條件的限制，對周期成本，包括購買成本，維護成本、運行成本、處理成本四項組成，在以后的研究中可以考慮 寧夏大學碩士學位論義諸如環(huán)境岡素等其他的成本，使得對系統(tǒng)的評估更加全面、合理。源芟低橙萘坑嘔蠼饈輩?，}了粒子群算法，但是從結果可以看出收斂速度比較慢，儲能裝置的優(yōu)化配置，可以考慮以小時為單位進行進一步的研究。 寧夏人學碩士學位論文參考文獻參考文獻鉉漚#醢追齲綣饣夠旌瞎縵低扯嗄勘曖嘔杓芠電力系統(tǒng)白動化，簓 ： ：甌： ，克鏌