張艷杰

（天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院，天津 300380）

考慮年消耗成本的獨(dú)立型分布式發(fā)電系統(tǒng)混合儲(chǔ)能優(yōu)化配置

張艷杰

（天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院，天津 300380）

在全球能源減排，大力發(fā)展新能源的背景下，分布式發(fā)電系統(tǒng)成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。在獨(dú)立型分布式發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能裝置作為關(guān)鍵的組成部分，既可以存儲(chǔ)剩余功率，又可以補(bǔ)償功率不足。本文考慮儲(chǔ)能裝置的折舊系數(shù)，將蓄電池和超級(jí)電容的容量作為變量，建立以年消耗成本最低為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合一個(gè)算例，運(yùn)用粒子群算法，優(yōu)化配置混合儲(chǔ)能容量。

獨(dú)立型分布式發(fā)電 混合儲(chǔ)能 優(yōu)化充放電控制策略 年消耗成本 粒子群算法

1 引言

近年來以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為主的分布式發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。儲(chǔ)能裝置，作為獨(dú)立型分布式發(fā)電系統(tǒng)中的必不可少的一部分，可以消納多余能量，補(bǔ)充缺額能量。

本文采用蓄電池和超級(jí)電容混合儲(chǔ)能方式，考慮系統(tǒng)投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本以及系統(tǒng)殘值，以年消耗成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化容量配置。

2 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

對(duì)于獨(dú)立型分布式發(fā)電系統(tǒng)來說，儲(chǔ)能系統(tǒng)的總投資成本、年運(yùn)行周期的消耗成本、年運(yùn)行周期結(jié)束后的系統(tǒng)殘值、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本是考慮運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的幾個(gè)主要方面，目標(biāo)函數(shù)為：

其中：

Cf_ba表示蓄電池的總投資成本，表示為：

fba表示蓄電池單位容量投資成本，元/ kW ·h； Eba表示蓄電池安裝容量， kW ·h。

同理，超級(jí)電容總投資成本 Cin_uc表示為：

fuc表示超級(jí)電容單位容量成本，元/ kW ·h； Euc表示超級(jí)電容安裝容量， kW·h。

COM表示運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，可表示為：

kOM表示蓄電池運(yùn)行維護(hù)成本系數(shù)

CRE_ba、 CRE_uc分別表示蓄電池和超級(jí)電容經(jīng)過一年運(yùn)行周期后的殘值，可以表示為購(gòu)置成本與年折舊成本之差，即：

式（5）、（6）中的 kba、 kuc分別表示蓄電池年折舊系數(shù)和超級(jí)電容年折舊系數(shù)。

2.2 約束條件

2.2.1 系統(tǒng)功率約束

該公式保證了系統(tǒng)功率平衡。

2.2.2 系統(tǒng)供電約束

表1 不同儲(chǔ)能方式投資成本對(duì)比

表2 不同儲(chǔ)能方式年消耗成本對(duì)比

3 算例分析

某地獨(dú)立型風(fēng)光儲(chǔ)分布式發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量10MW，光伏電站額定容量4MW。風(fēng)機(jī)出力序列如圖1所示，光輻照度數(shù)據(jù)如圖2所示。當(dāng)?shù)啬甓蓉?fù)荷時(shí)間序列取自IEEE-RTS的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷數(shù)據(jù)，峰值負(fù)荷為10MW，如圖3所示。

本文采用粒子群算法對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置。設(shè)定粒子數(shù)100個(gè)，迭代次數(shù)200次。分別對(duì)單一蓄電池儲(chǔ)能方式、單一超級(jí)電容儲(chǔ)能方式、混合儲(chǔ)能控制策略的儲(chǔ)能方式進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)比優(yōu)化結(jié)果，如表1所示。

由表1可以看出，由于蓄電池單位能量成本較低，所以蓄電池儲(chǔ)能總投資成本最低，超級(jí)電容儲(chǔ)能總投資成本最高，混合儲(chǔ)能總投資成本居中。

由于蓄電池壽命和超級(jí)電容壽命相差較大，在不同時(shí)間尺度上比較總投資成本并不能客觀的評(píng)價(jià)不同儲(chǔ)能方式的經(jīng)濟(jì)性。本文所提目標(biāo)函數(shù)考慮年消耗成本，這樣可以在同一個(gè)時(shí)間尺度上客觀評(píng)價(jià)不同儲(chǔ)能方式的經(jīng)濟(jì)性，如表2所示。

通過對(duì)比表2中的結(jié)果不難看出，將不同儲(chǔ)能方式的消耗成本統(tǒng)一到同一個(gè)時(shí)間尺度上，混合儲(chǔ)能的年消耗成本最低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用蓄電池和超級(jí)電容混合儲(chǔ)能，建立了年消耗成本模型?？紤]系統(tǒng)的功率平衡、蓄電池和超級(jí)電容能量管理策略以及系統(tǒng)的運(yùn)行特性等約束條件，采用優(yōu)化充放電控制策略，通過粒子群算法，得到了蓄電池和超級(jí)電容的最優(yōu)容量配置。通過算例分析，本文所提的目標(biāo)函數(shù)可以在相同的時(shí)間尺度上客觀評(píng)價(jià)不同儲(chǔ)能方式的經(jīng)濟(jì)性。

［1］Lemofouet Sylvain，Rufer A.A Hybrid Energy Storage System Based on Compressed Air and Supercapacitors With Maximum Efficiency Point Tracking （MEPT）［J］.Industrial Electronics，IEEE Transactions on，2006，53（4）∶1105-1115.

［2］張國(guó)駒，唐西勝，齊智平.平抑間歇式電源功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，（20）∶24-28.

［3］何勇琪，張建成，鮑雪娜.并網(wǎng)型風(fēng)光儲(chǔ)混合發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化研究［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，（04）∶1-5.