独立光伏混合储能发电自治系统配置优化

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1、第33卷第9期可再生能源Vol.33No.92015年9月RenewableEnergyResourcesSept.2015独立光伏混合储能发电自治系统配置优化11，2张任，徐红伟（1.浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部浙江省重点实验室，浙江杭州310032；2.中国计量学院机电工程学院，浙江杭州310018）摘要：发电自治系统是指零排放不间断运行的系统。根据负载特性和太阳光照强度时间分布曲线，结合典型储能器件，包括蓄电池、燃料电池与电解制氢，用穷尽搜索法对独立光伏混合储能发电自治系统进

2、行了优化配置。以年为运行周期，按照蓄电池、燃料电池与电解制氢的充放电顺序，得到实现不间断供电的配置方案。根据各器件的安装和运行维护成本，计算各配置方案的年运行成本。为实现独立光伏混合储能发电自治系统的配置优化提供设计依据。关键词：光伏发电；混合储能；自治系统；优化中图分类号：TK514文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）09-1305-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.09.0050前言不适宜长期储存电能。电解制氢及燃料电池虽然独立光伏发

3、电系统是太阳能光伏发电应用的效率较低，但是氢气能够长期储存，无损耗，适合一种重要方式。由于光照强度具有间歇性和随机需要长期能量保存的场合。超级电容器储能内阻性，为向负载提供稳定电力，独立光伏发电系统需小、循环寿命长、功率密度高、响应速度快，适用于要增加储能器件，成为混合发电系统。独立光伏混处理尖峰负荷。合储能发电自治系统是指具有多种储能形式，实1.1铅酸蓄电池现系统的完全零排放、无污染、绿色独立不间断运铅酸蓄电池是应用最广泛的蓄电池，具有无[1]，[2]行的光伏混合发电系统。需补充电解液、维护容易

4、、价格便宜、高倍率放电[3]～[8]目前，独立光伏混合发电已有较多研究，性能好、高低温性能良好、效率较高等优点。铅酸主要成果集中在能量平衡管理、充放电控制等方蓄电池的充电电压电流根据蓄电池的充电程度调面，对独立光伏混合储能发电自治系统的配置优整，其中恒压限流充电方式是比较有效的充电策化问题尚缺乏系统的设计方法。本文研究基于直略，既能在蓄电池放电过深时防止电流过大损坏流母线的独立光伏混合发电自治系统的优化设电池，又能防止过充电。蓄电池的缺点是存在自损[9]计，根据负载特性和往年太阳光照强度数据，利用

5、耗，不适合长时间储能。超级电容、蓄电池、燃料电池等不同储能形式的互蓄电池充放电时功率满足直线关系，设t刻补特性，对独立光伏混合储能发电自治系统进行蓄电池储能为Wba（t），考虑到蓄电池充放电和变优化配置，实现绿色零排放不间断供电。在此基础流器转换效率。每小时蓄电池充电功率变化关系上，以年运行成本为目标函数计算了各配置的经为济性。Wba（t）=Wba（t-1）+[Ppv（t-1）-Pload（t-1）]·ηcon·ηba（1）1常见储能形式式中：Ppv（t-1）为t-1时刻光伏阵列输出功率；在目前应

6、用的储能技术中，铅酸蓄电池具有Pload（t-1）为t-1时刻负载功率；ηcon为变流器转换技术成熟、价格便宜、可靠性好的优点，但蓄电池功率；ηba为蓄电池充放电效率。的功率效益比相对较低，短时间充放电电流有限，蓄电池放电功率变化关系为收稿日期：2015-04-15。基金项目：科技部“863”计划项目（2013AA050405）；教育部博士点基金（20123317110004）；科技部国际合作项目（2014DFA70980）。作者简介：张任（1977-），男，博士研究生，主要从事智能控制技术以及新

7、能源技术研究。E-mail：693212523@qq.com·1305·可再生能源2015，33（9）Wba（t）=Wba（t-1）-[Pload（t-1）-Ppv（t-1）]·ηcon·ηba（2）变流器采用单相全桥逆变器电路，实现直流母线蓄电池的自放电率按照每28天不低于85%的单相交流输出。铅酸蓄电池按照需要功率进行计算，即每个小时不高于0.02%，可得：分组管理，提高使用寿命。每组蓄电池都配置有单Wba（t）=Wba（t-1）·0.9998（3）独控制的双向DC/DC变流器，变流器与直流母

8、线1.2燃料电池与电解水制氢连接，采用二电平控制容易的双向Buck/boost电燃料电池具有清洁、安静、高能量密度和较高路。超级电容器配置双向DC/DC变流器，为使超的效率。质子交换膜燃料电池是最典型的一种。它级电容器有较好的快速响应特性，采用三电平双采用氢气作为燃料，采用空气为氧化剂，副产品为向Buck/boost电路。电解制氢和燃料电池输出能水。作为燃料的氢气由电解槽电解水得到，电解制量都是单向流动，采用二电平Buck/boost电路。氢与质子交换膜燃料电池组成了一种典型的储能