基于粒子群算法的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置.doc

獨(dú)創(chuàng)性聲明關(guān)于論文使用授權(quán)的說明艿難宦畚腦誚餉芎笥袷卮誦阺月日 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)負(fù)載脈動(dòng)時(shí)，將二者混合的儲(chǔ)能系統(tǒng)提高了儲(chǔ)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(shí)間，減少了內(nèi)部損耗。其次，建立了以儲(chǔ)能裝置的生命周期費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，以負(fù)荷缺電率等為約束條件的獨(dú)立風(fēng)電儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量優(yōu)化模型，比較傳統(tǒng)蓄電池儲(chǔ)能、改進(jìn)蓄電池儲(chǔ)能、傳統(tǒng)混合儲(chǔ)能和改進(jìn)的混合儲(chǔ)能這四種儲(chǔ)能方法的優(yōu)缺點(diǎn)。再次，在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，以蓄電池和超級(jí)電容器作為混合儲(chǔ)能裝置，以儲(chǔ)能系統(tǒng)的全生命周期年費(fèi)用最小為目標(biāo)，以系統(tǒng)的缺電率等運(yùn)行指標(biāo)為約束條件，建立了一種混合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置模型。分別用標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法、權(quán)重改進(jìn)的粒子群算法和加速因子改進(jìn)的粒子群算法進(jìn)行求解。最后，系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明：改進(jìn)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)具有更低的全生命周期費(fèi)用；采用加速因子改進(jìn)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(shí)也降低了生命周期費(fèi) ， 瑃 琤 ， 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論源。據(jù)估算，全國各個(gè)地方太陽的年輻射總量達(dá)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(chǔ)能技術(shù)?；旌蟽?chǔ)能系統(tǒng)通過采用容量大、相對(duì)循環(huán)次數(shù)受到限制、能量比高、功率比低的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)輔助容量小、壽命長、功率比高的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，與單一的儲(chǔ)能技術(shù)相比較，具有更好的經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)特性。目前應(yīng)用比較廣泛的是將超級(jí)電容器和蓄電池混合作為儲(chǔ)能裝置，可以減少蓄電池充電和放電的次數(shù)，平抑功率的波動(dòng)，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(fēng)能和太陽能到處都有，可以隨時(shí)隨地的開發(fā)利用，也不會(huì)存在運(yùn)輸雖然風(fēng)能和太剛能具有上述的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一些缺點(diǎn)： 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論麗厶礎(chǔ)嗣士鏹攀藉誦磙鞩。謦冀 匿蠶 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論鬻德國圖年全球五大風(fēng)電市場(chǎng)新增的裝機(jī)容量電力調(diào)峰改善電能質(zhì)量 第一章緒論和超級(jí)電容器混合使用，不僅綜合了不同儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)，還能有效的提高儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性超級(jí)電容器和蓄電池在性能上具有很好地互補(bǔ)性。超級(jí)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(chǎng)合利循環(huán)次數(shù)多的場(chǎng)合，但是超級(jí)電容器的能量密度偏低，不太適合大規(guī)模的儲(chǔ)能場(chǎng)合。而蓄電池與超級(jí)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(diǎn)相互結(jié)合，這會(huì)使得儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能得到很大的提高。國內(nèi)外的研究表明，超級(jí)電容器和蓄電池混合使用，可以降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部損耗、提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率的能力、增加了放電的時(shí)間：縮小了儲(chǔ)能系統(tǒng)的體積，減小了蓄電池的充電和放電次數(shù)、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(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化。電池單獨(dú)儲(chǔ)能和混合儲(chǔ)能的成本，表明混合儲(chǔ)能具有更好的經(jīng)濟(jì)性。文章中以微電網(wǎng)中常見的分布式電源和儲(chǔ)能單元的運(yùn)行機(jī)理結(jié)構(gòu)為依托，對(duì)這些單元建立了詳細(xì)的仿真模型。選擇超級(jí)電容器和蓄電池結(jié)合的儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)超級(jí)電容器和蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了性能分析和仿真驗(yàn)證，分析表明混合儲(chǔ)能技術(shù)比單一的儲(chǔ)能技術(shù)更合理。并且提出了超總結(jié)儲(chǔ)能技術(shù)的作用和發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)總結(jié)了儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。通過功率變換器并聯(lián)三種方式進(jìn)行建模仿真，并且分析了混合儲(chǔ)能的性能。 寧夏大學(xué)碩學(xué)位論文第一章緒論 第二章風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成及特性分析第二章風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成及特性分析分光互補(bǔ)系統(tǒng)的主要組成系統(tǒng)主要由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、功率變換器、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載組成。太剛能發(fā)電儲(chǔ)能裝置：當(dāng)風(fēng)能和太陽能供電充足時(shí)，儲(chǔ)存能量；當(dāng)風(fēng)能和太陽能不足時(shí)，向負(fù)載供電。由等效電路圖可得：， 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章風(fēng)光互補(bǔ)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(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成及特性分析 寧夏人學(xué)幀學(xué)位論文第二章風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成及特性分析式中：兄圖風(fēng)能利用系數(shù)的仿真模型 寧夏人學(xué)碩上學(xué)位論文第二章風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成及特性分析 第二章風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成及特性分析超級(jí)電容器不像蓄電池在能量轉(zhuǎn)換過程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，岡此溫度的變化對(duì)超級(jí)電容器的雙電層型的超級(jí)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(duì)的電極中間填充電解液，當(dāng)兩端加電壓時(shí)，電極收集的正，負(fù)電子，在電場(chǎng)作用下電解液中的正離子和負(fù)離子，聚集和正極板，負(fù)極板相對(duì)于接口，形成兩層。多孔特性的超級(jí)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(chǔ)上，根據(jù)雙電層超級(jí)電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(xué)碩士學(xué)位論文第二章風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成及特性分析 寧夏大學(xué)碩學(xué)位論文第三章超級(jí)電容器蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究第三章超級(jí)電容器蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究超級(jí)電容器也被稱之為電化學(xué)電容，它具有良好的脈沖充放電性能，以及可以實(shí)現(xiàn)人容量的有上面可以看出來，超級(jí)電容器和蓄電池有著良好的互補(bǔ)特性，所以將兩者混合起來使用，可以提高儲(chǔ)能裝置的負(fù)載適應(yīng)能力和供電的可靠性，改善儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。并且使得蓄電池的輸出電流峰值減小了，內(nèi)部損耗降低了、放電的時(shí)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(jí)電容器混合儲(chǔ)能目前主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車、移動(dòng)通訊設(shè)備、可再生能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。超級(jí)電容器和蓄電池的并聯(lián)方式可以分為一卜三類：直接進(jìn)行并聯(lián)、通過電感進(jìn)行并混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的模型分析 寧夏人學(xué)碩學(xué)位論文將蓄電池與超級(jí)電容器直接并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖所示。在中搭建直接并聯(lián)模蓄電池輸出約占負(fù)載的兜縟萜韉牡緦髟頰幾涸氐緦韉備涸氐牡緦魑狾時(shí)，蓄電池仍然輸出電流，此時(shí)為超級(jí)電容器進(jìn)行充電。隨時(shí)間增加，蓄電池的輸出電流也增大。因此超級(jí)電容的輸出電流幅值與負(fù)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(jìn)而保護(hù)蓄電池不受大電流沖擊。蓄電池的電壓慢慢下降。與單獨(dú)蓄電池供電相比，直接混合儲(chǔ)能具有較好的可靠性?，v翰穋 寧夏人學(xué)碩士學(xué)位論文第三章超級(jí)電容器蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究一狫 了砷 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文通過電感器并聯(lián)的儲(chǔ)能系統(tǒng) 第三章超級(jí)電容器蓄池混合儲(chǔ)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。“”州辯瓣鬻囂獬鬻鬻。”蕖秎麓鬻尊渤熏鬻嚳鬻鬻??！絆耄狠吵噶醉肜璞楨鱥鬻圖蓄電池、超級(jí)電容器、負(fù)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(shù)設(shè)置見表，其中脈動(dòng)負(fù)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(dòng)負(fù)載的電流峰值的兜縟萜髟蛞3械唷罰：屯：較，在每一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)負(fù)載波動(dòng)的時(shí)候，蓄電池的電流變得比較平滑，明顯削弱了由于負(fù)載功率脈動(dòng)而帶來的波動(dòng)性。雖然通過電感并聯(lián)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率輸出能力，對(duì)蓄電池的放電過程進(jìn)行了優(yōu)化，但是和直接并聯(lián)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)一樣，都存在系統(tǒng)的配置不靈活的問 寧夏人學(xué)碩士學(xué)位論文P畹緋刈艿姆諾縭奔?；UP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(jí)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(xué)碩學(xué)位論文其中：一；翰飛耗二壘混合儲(chǔ)能系統(tǒng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相比較，節(jié)約的總能量為 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章超級(jí)電容器莆電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究圖混合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)以電容電壓和電感電流為狀態(tài)變量，應(yīng)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(xué)碩：學(xué)位論文一其中： 寧夏人學(xué)碩上學(xué)位論文風(fēng)能是一種清潔能源，但由丁自然條什的變化，風(fēng)速和風(fēng)向不斷的、隨機(jī)的變化，導(dǎo)致風(fēng)力儲(chǔ)能毆備的協(xié)調(diào)配合，可以提高風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的可調(diào)度性和可控性。圖獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 蓄電池儲(chǔ)能的充放電過程放電時(shí) 后毛咭凇毛女一一占口強(qiáng)駙尼巨咭籄n量；為超級(jí)電容器充電效率；為超級(jí)電容器放電效率。 寧夏人學(xué)碩士學(xué)位論文圖為改進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電過程。改進(jìn)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(zhuǎn)換率之積，那么蓄電池就以額定量進(jìn)行充電，充電后當(dāng)前時(shí)刻蓄電池的儲(chǔ)則超級(jí)電容器以衄一邑進(jìn)行充電。如果不平衡量小于蓄電池與功率變換器轉(zhuǎn)換率之積，則 與功率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換率之積，則蓄電池以額定進(jìn)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(chǔ)能量為最小量，超級(jí)電容器以不平衡量與最小量之差進(jìn)行放電，否則以平衡量進(jìn)行放電，蓄電池不放電。圖改進(jìn)混合儲(chǔ)能的放電過程 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文基于粒子群算法的儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置，負(fù)荷缺電率是負(fù)荷缺電量與負(fù)荷總需求量的比值。即當(dāng)風(fēng)電功率滿足負(fù)荷需求時(shí)，負(fù)荷缺電量，儲(chǔ)能裝置充電，當(dāng)風(fēng)電功率不。粒子群算法是通過迭代找到一個(gè)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(xué)碩上學(xué)位論文整的參數(shù)較少，精度高，魯棒性好，很適合在撼淌導(dǎo)杏反映種群中粒子的運(yùn)動(dòng)，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(jìn)化方程中首次引入慣性權(quán)重國：彩耙弧狢評(píng)估每個(gè)粒子的適應(yīng)度函數(shù)，將當(dāng)前每個(gè)粒子的位置和適應(yīng)度值都存儲(chǔ)在，中，將所 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文訓(xùn)，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(chǔ)能容量。具體參數(shù)見表。圖所示為某地風(fēng)電輸出功率和負(fù)荷功率在小時(shí)內(nèi)的變化曲線，結(jié)合表所列蓄電池和超級(jí)電容器的參數(shù)及各項(xiàng)約束指標(biāo)，優(yōu)化目標(biāo)在小時(shí)里儲(chǔ)能裝置的總費(fèi)用，運(yùn)用粒子群算法在環(huán)境下編程求解，得到了最優(yōu)點(diǎn)近似值。優(yōu)化后所得的詳細(xì)值見表中。表儲(chǔ)能系統(tǒng)的參數(shù) 第四章獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電混合儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置小時(shí)內(nèi)風(fēng)電輸出功率負(fù)荷功率曲線 寧夏人學(xué)碩士學(xué)位論文川，而且延長了蓄電池的使川壽命。 第五章風(fēng)光互補(bǔ)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置為了實(shí)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(shí)現(xiàn)日夜發(fā)電，我們可以在風(fēng)能資源、 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文一啤 當(dāng)施時(shí)，當(dāng)衄時(shí)，【新膏一也肺。甜乜露一搿瞇咭切畹緋刈欏兜縟萜髯時(shí)刻的儲(chǔ)能量； 出此刻的儲(chǔ)能量后與額定的儲(chǔ)能量進(jìn)行比較，如果它大于額定的儲(chǔ)能量，就讓蓄電池此刻的儲(chǔ)能量為額定量，這是為了保護(hù)蓄電池，讓蓄電池一直保持額定量，減少它的充電次數(shù)。如果小于額定量，此刻的儲(chǔ)電量不變。同樣超級(jí)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(zhuǎn)換效率之積，那么蓄電池以額定容量進(jìn)行充電，充電完成后，如果當(dāng)前蓄電比較，如果不平衡量大于超級(jí)電容器的最大值，那么超級(jí)電容器就以最大容量進(jìn)行充電，如果小乞遞磊砸籰瓦，倪怊乓。瓻。倒臻： 寧夏人學(xué)碩上學(xué)位論文第五章風(fēng)光互補(bǔ)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置積，則蓄電池以額定量進(jìn)行放電，將放電后蓄電池在此刻的儲(chǔ)能量與它的最小容量進(jìn)行比較，如的最大儲(chǔ)能量，則超級(jí)電容器以最大容量進(jìn)行放電，如果小于它的最大容量，就以不平衡量進(jìn)行放電，而此時(shí)蓄電池不放電，它的儲(chǔ)能量還是前刻的儲(chǔ)能量。最后將超級(jí)電容器當(dāng)前時(shí)刻的儲(chǔ)能量與它的最小儲(chǔ)能量進(jìn)行比較，如果小于它的最小儲(chǔ)能量，就有負(fù)荷缺電量的產(chǎn)生，即此刻的負(fù)荷缺電量為最小缺電量與當(dāng)前時(shí)刻儲(chǔ)電量之差，而此刻的儲(chǔ)能量是最小儲(chǔ)能量。睢疽砸籰一最，如 口衄改進(jìn)加速因子的粒子群算法能飛躍整個(gè)搜索空間，實(shí)現(xiàn)多樣性，避免過早收斂于局部極值。一。痥。基于粒子群算法的儲(chǔ)能容量配置的流程如下：算例分析以某地區(qū)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)為例，圖是風(fēng)機(jī)全年的發(fā)電量曲線，圖則是光伏陣列的發(fā) 寧夏人學(xué)碩學(xué)位論義第五章風(fēng)光互補(bǔ)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置 第五章風(fēng)光互補(bǔ)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置表蓄電池和超級(jí)電容器的參數(shù) 第五章風(fēng)光互補(bǔ)混合儲(chǔ)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(jié)果重改進(jìn)的粒子群算法優(yōu)化后的費(fèi)用變大了。 第五章風(fēng)光互補(bǔ)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置混合儲(chǔ)能結(jié)果蓄電池個(gè) 寧夏火學(xué)碩士學(xué)位論文打似町啪當(dāng)，、蔥，保秩汗婺，最大迭代次數(shù)是圖蓄電池個(gè)超級(jí)電容器個(gè)當(dāng)，俊蔥，緲保秩汗婺，最大迭代次數(shù)是 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文第五章風(fēng)光互補(bǔ)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置慣性權(quán)重人時(shí)，收斂速度也較慢。由以上可以看出，慣性權(quán)重較小時(shí)，收斂速度變快，但是過早收斂于極值，慣性權(quán)重較人時(shí)，收斂速度變慢，但是求得全生命周期費(fèi)用較小；而對(duì)稱區(qū)間的加速度岡子的尋優(yōu)效果弱丁不對(duì)稱的加速度岡子尋優(yōu)效果。圖混合儲(chǔ)能結(jié)果蓄電池個(gè) 第五章風(fēng)光互補(bǔ)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置滿足負(fù)荷的要求。與此同時(shí)，在風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)中配置合理容量的儲(chǔ)能器件，可以有效地降低儲(chǔ)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(duì)稱改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法可以得到更好 寧夏人學(xué)碩士學(xué)位論文構(gòu)、工作性能和容量的優(yōu)化配置進(jìn)行了一定的研究，但由于個(gè)人學(xué)識(shí)水平和實(shí)驗(yàn)條件的限制，對(duì)周期成本，包括購買成本，維護(hù)成本、運(yùn)行成本、處理成本四項(xiàng)組成，在以后的研究中可以考慮 寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論義諸如環(huán)境岡素等其他的成本，使得對(duì)系統(tǒng)的評(píng)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(jié)果可以看出收斂速度比較慢，儲(chǔ)能裝置的優(yōu)化配置，可以考慮以小時(shí)為單位進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 寧夏人學(xué)碩士學(xué)位論文參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)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(dòng)化，簓 ： ：甌： ，克鏌