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1、第24卷第4期太阳能学报Vol.24,No.42003年8月ACTAENERGIAESOLARISSINICAAug.,2003文章编号:0254-0096(2003)04-0540-08风光互补发电系统的优化设计(I)CAD设计方法1,3213艾斌,杨洪兴,沈辉,廖显伯(1.中国科学院广州能源研究所,广州510070;2.香港理工大学屋宇设备工程系,香港九龙;3.中国科学院半导体研究所,北京100083)摘要:给出了一整套利用CAD进行风光互补发电系统优化设计的方法。为了精确确定系统每小时的运行状态,采用了更精确地表征组件特性及评估实际获得的风光
2、资源的数学模型。为了寻找出以最小设备投资成本满足用户用电要求的系统配置,首先在风力发电机容量固定不变的前提下,计算了与该容量风力发电机匹配的不同容量的PV方阵和蓄电池所组成的风/光/蓄组合的全年功率供给亏欠率LPSP,根据总的设备投资成本最小化的原则筛选出一组与该容量风力发电机对应的满足用户给定系统供电可靠性即LPSP值的风/光/蓄组合;然后通过改变风力发电机的容量,优选出多个与不同容量风力发电机对应的既能满足用户用电要求同时总的设备购置成本又是最低的风/光/蓄组合,比较它们的成本最终唯一确定出以最小投资成本满足用户用电要求的优化的系统配置。关键词
3、:风光互补发电系统;优化设计;CAD方法中图分类号:TK614文献标识码:A众所周知,合理的匹配设计是充分发挥风光互0引言补发电优越性的关键。准确合理的匹配设计可以保由于昼夜的更替和天气变化的影响,使用单独证蓄电池工作在尽可能理想的条件下,最大限度地的光伏或风力发电都存在发电量不稳定的缺陷,往延长蓄电池的使用寿命,降低供电成本,获得以最小往需要采用较大容量的蓄电池来平衡供电。而风、投资成本达到满足用户用电要求的效果。近年来,光系统中的蓄电池又工作在非常苛刻的条件下,不国外已相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发但始终处于时断时续频繁的充放电循环之中
4、,甚至电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统还会长期处于亏电状态。这种非理想的工作条件使配置的性能表现和供电成本可以优化出最佳的系统得蓄电池的实际使用寿命一般都比较短,而目前蓄[1]配置。由于这些工具软件包的价格不匪,大部分电池的价格又相当昂贵,风、光系统使用寿命期内的光伏系统设计人员无法使用到这样的软件工具;另蓄电池总成本已接近甚至大于购买单独的PV组件一方面,作为商业秘密,模拟所使用的表征风力发电或风力发电机的成本,如何最大限度的延长蓄电池机、PV组件和蓄电池特性的数学模型也未被公开。组的使用寿命是光伏系统设计人员极需解决的重大有许多工作
5、致力于探索一种相对简单的设计光问题。利用风光互补发电可以有效延长蓄电池的充伏及其互补发电系统的方法,然而它们中的绝大部电时间,大大缩短蓄电池处于亏电期的时间,进而延长其使用寿命;另一方面,风光互补发电两者同时不分忽略了系统性能的精确确定。有些工作把重点放[2]供电的几率很小,并且在很多情况下可以直接向负在气象数据的统计学特征对系统性能的影响或载供电,这就大大降低了对蓄电池储能的要求,即可组件特性的非线性和系统操作方案对系统设计的影[3]以使用更小容量的蓄电池。国内外的研究结果都表响;还有一些工作以时间为步长进行系统性能的明风光互补发电是一种比单一光
6、伏或风力发电更经模拟,并以此为基础试图找出连系有限个气象特征济的选择。参数和系统配置关系的公式。然而模拟所使用的表收稿日期:2002-11-29基金项目:国家重点科技攻关计划(96-A17-08-01);中国科学院1998年度光电转换及功能材料“百人计划”项目资助4期艾斌等:风光互补发电系统的优化设计(I)541征组件特性的数学模型往往过于简单,譬如用线性PV方阵和蓄电池容量关系的平衡曲线,再通过画模型表征组件特性;另外,负载通常也被假定是恒定用斜率表示PV组件和蓄电池成本关系的平衡曲线不变的,这些都造成了所推导出的公式的适用范围的切线,可以唯一确
7、定出与该容量风力发电机对应[4,5,6]非常有限。Borowy等人给出了一种更直接的的以最小投资成本满足这种供电可靠性要求的优化确定风光互补发电系统中蓄电池和PV方阵最佳容的系统配置。[7]量组合的方法。然而他们直接使用了PV组件和1数学模型蓄电池的个数来设计系统,并未将PV组件和蓄电池的串联数和并联数区分开来,事实上在设计系统1.1风光互补发电系统的示意图时两者需要分开考虑。另外,确定系统工作状态所本文所研究的风光互补发电系统如图1所示。使用的表征组件特性及评估实际获得的风光资源的该系统为独立发电系统,且不使用柴油发电机等后数学模型也需要进一步完
8、善。备电源。由于绝大多数用电器使用交流电源,在负本文将在文献[7]的基础上,给出一整套利用载的前级使用了逆变器。泄荷器的作
