工业用户型光伏微电网的电池储能系统优化配置方法

近年来,能源危机和生存环境的不断恶化推动了人们发展清洁能源,提高能源效率的意愿,各国政府也纷纷出台政策鼓励和推进新能源发展。将分布式光伏安装在工业园区,构建工业用户型光伏微电网,不仅安装方便,还能提高光伏的就地消纳,减少输电线路上的功率传输,对电网起到降低损耗和削峰填谷的作用,具有很好的发展前景。为了保持微电网在孤网运行的稳定性,提高光伏消纳水平,需要为工业用户型微电网配置适当的储能。目前,关于微电网储能配置的研究大多从经济性、可靠性和环保节能特性等方面进行,对于工业负荷中重要负荷的启动冲击特性和产线负荷的运行特性分析较少,对于储能变流器组合的能量转换效率也没有进行深入的分析。本文针对上述问题进行了研究,首先提出了工业光伏微电网集中型电池储能的容量优化配置方法,进而对储能变流器组合的能效问题进行了分析：针对工业用户型光伏微电网的集中型电池储能系统优化配置问题,将所需配置储能分为刚性容量和柔性容量两部分。首先以保证系统中重要负荷在孤网情况下的稳定运行为原则配置刚性储能,然后对促进光伏消纳的柔性储能进行优化。本文结合工业负荷与光伏出力匹配情况和工业分时电价特性制定了适合工业用户型光伏微电网的储能充放电策略,考虑重要负荷的能量要求、功率要求以及储能电池性能约束,建立了以年净利润最大化和光伏消纳最大化为目标的优化模型,并最终采用NSGA-Ⅱ算法进行求解。在储能电池容量和储能变流器功率优化配置的基础上,依据常见变流器能效模型,提出了一种基于能效最大化的储能变流器组合优化方法。首先对微电网的光伏净功率数据进行统计分析,确定合理的变流器总功率范围,进而依据不同规格储能变流器的能效曲线,考虑变流器规格、变流器总功率、净功率分配以及变流器投资成本等约束条件,确立了以储能系统充电过程中总的变流器能量转换损失最小为目标的优化模型。为实现上述优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法对各组合在每个储能充电时刻中变流器上分配的功率进行优化,使得储能变流器组合在每个充电时刻的能量转换损失最小,从而达到在总的充电过程中能量损失最小的目的,最终得到最优的储能变流器组合方案。将所提方法应用于广东某实际运行的工业用户型光伏微电网中,结果证明,本文所提方法在系统孤网运行时能保证系统中重要负荷的稳定运行；在并网情况下能够为微电网投资者在储能配置的经济性与促进光伏消纳之间的决策提供丰富的参考信息,同时大大提高储能变流器模块整体的能量转换效率。