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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

作　者: 钟宇峰
导　师: 黄民翔
学　校: 浙江大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 微电网 电池储能系统 多目标优化 动态规划 可靠性建模
分类号: TM73
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


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。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景与意义  10-11
  1.2 微电网储能技术国内外研究现状  11-14
    1.2.1 微电网研究发展现状  11-13
    1.2.2 微电网储能技术研究发展现状  13-14
  1.3 电池储能系统在微电网中的作用  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-17
第二章 风-光-热-储混合的微电网系统模型  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 风力发电技术  17-19
    2.2.1 风力发电机模型  17-18
    2.2.2 风速预测模拟模型  18-19
  2.3 光伏发电技术  19-20
    2.3.1 光伏发电系统模型  19
    2.3.2 光伏发电输出功率预测模型  19-20
  2.4 微型燃气轮机  20
  2.5 电池储能系统  20-22
    2.5.1 电池储能系统基本参数  20-21
    2.5.2 电池储能系统数学模型  21-22
  2.6 本章小结  22-23
第三章 基于BESS动态调度的微电网运行优化模型  23-33
  3.1 引言  23
  3.2 微电网优化运行目标  23-27
    3.2.1 目标1：微电网系统的经济效益最大  23-25
    3.2.2 目标2：微电网系统的可靠性最高  25-26
    3.2.3 目标3：平抑可再生能源输出功率波动  26-27
    3.2.4 目标4：符合可再生能源发电计划曲线的要求  27
  3.3 约束条件  27-28
  3.4 多目标优化问题的转换  28-32
    3.4.1 模糊理论与隶属函数  28-30
    3.4.2 目标函数隶属度转换  30
    3.4.3 转化为单目标优化  30-32
  3.5 本章小结  32-33
第四章 基于动态规划的优化模型求解及算例分析  33-49
  4.1 多阶段决策过程与动态规划算法  33-35
  4.2 基于动态规划的优化模型求解方法  35-37
  4.3 算例分析  37-47
    4.3.1 单目标优化结果  39-44
    4.3.2 多目标优化结果  44-46
    4.3.3 BESS功能定位对多目标优化的影响  46-47
  4.4 本章小结  47-49
第五章 微电网中电池储能系统并网可靠性模型研究  49-60
  5.1 引言  49
  5.2 电池储能系统并网物理结构  49-52
  5.3 电池储能系统并网可靠性建模  52-56
    5.3.1 状态空间分析法  52-53
    5.3.2 电池储能系统并网可靠性模型  53-55
    5.3.3 并网储能系统等效故障率和修复率  55-56
  5.4 并网储能系统等效可靠性参数的求解  56-58
  5.5 本章小结  58-60
第六章 总结与展望  60-62
参考文献  62-67
攻读硕士学位期间发表和录用的学术论文  67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的调度、管理、通信
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