海岛微电网规划方法的研究

在我国漫长的海岸线上,分布着大小不一数量众多的岛屿,在其中一些海岛周围蕴藏着丰富的矿产、石油、渔业等自然资源,有些海岛还有重要的军事意义。然而,由于海岛大多与大陆较远,无论是采用架空线还是架设海底电缆,都难以通过与陆上大电网进行互联的方式进行供电,因此目前我国海岛大多仍然是采用传统的燃机发电来供电。海岛上通常拥有丰富的太阳能和风能等可再生资源,如果能够进行可再生能源发电,则可以尽量减少传统发电设备的装机容量,甚至完全利用可再生能源发电来满足海岛上的日常生产、生活需要。然而,太阳能、风能等自然资源具有间歇性、随机性的特点,不采取措施直接发电的话,发电功率不可控、容易造成发电量与负荷需求量的严重不平衡等问题。组建微电网并在其中配置储能系统是有效解决这个问题的途径之一。本文首先介绍海岛微电网中主要发电设备和储能设备的基本原理,并建立了各主要设备的功率模型和能量模型。包括光伏发电功率模型、风机发电功率模型、蓄电池储能功率模型、蓄电池使用寿命估算模型、柴油发电机功率模型。然后,基于海岛的实际光照强度和风速数据,介绍了针对性的等效折算处理过程,并计算出了光伏阵列倾斜表面上的等效光照强度和风机轮毂高度的等效风速。介绍了粒子群算法的概念,对其进行了一定的改进以使其可以结合Pareto多目标决策来进行多目标粒子群优化。在此基础上,针对风/光/柴/储海岛混合独立供电系统,建立了以供电可靠性指标、能量利用效率指标、经济性指标为优化目标,采用基于时序准稳态仿真的多目标粒子群优化算法的微电网容量最优规划方法。在考虑蓄电池功率约束、容量约束和使用寿命,以及柴油发电机发电效率的情况下,总结归纳了四种储能和柴油机配合的能量管理方案,并进行对比仿真,探究四种能量管理方案的优劣以及适用场合。最后,针对含有风/柴/储的海岛混合独立供电系统,引入了概率性潮流算法来解决含有概率性变量系统的潮流计算,进而建立了基于多目标粒子群优化算法的微电网容量选址最优规划方法。参考IEEE 30节点系统的网型,建立了测试案例,并进行仿真验证研究了风机和蓄电池的不同安装位置对于系统的最优配置的影响,并对比分析对比了不同安装位置之间的优劣。