低压直流微电网储能优化控制方法研究

作     者：李炫 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：韩晓娟;李蕊

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：直流微电网 储能选型 K均值聚类 容量配置 优化运行 

摘      要：随着微电网的不断发展和直流负荷比例的提高,基于储能装置的低压直流微电网受到了广泛关注。在低压直流微电网系统中,光伏和储能装置等直流型单元可以减小逆变器的使用,提高转换效率,但系统中同时存在着可再生能源出力不确定性较大,弃光率较高等问题。在满足负荷需求的前提下,合理的配置光伏装机容量和储能容量,提高可再生能源消纳率并提高运行经济效益是目前研究的重点。本文围绕基于储能装置的低压直流微电网优化进行了研究,提出了基于光伏多种出力场景下的容量配置方法,建立了计及储能使用寿命的低压直流微电网系统优化运行模型,采用多目标灰狼算法迭代寻优,提升了运行经济性,降低了系统碳排放,提高了储能使用寿命。论文主要研究内容如下:首先,分析了国内外微网运行优化,阐述了储能技术在直流微电网中的研究现状及应用,介绍了低压直流微电网的结构,对系统内各单元出力特点进行分析,阐述各单元出力的相关影响因素与约束限制。其次,针对储能在低压直流微电网中的工况适应性进行分析,建立了基于主成分分析法的储能选型评估方法。通过对相关的指标参数进行处理,计算特征值找出主成分,实现数据降维并进行评分,得到最佳储能选型方案。然后,针对低压直流微电网容量配置方法进行研究,利用K均值聚类算法对光伏全年出力情况进行聚类,得到光伏功率4种典型日以及对应的概率。在不同典型日基础上,考虑并网变换器不同的运行状态对系统运行模式进行划分,以系统年化总投资成本最低作为目标函数,设置储能充放电功率、负载失电率等约束条件,利用人工蜂群优化算法进行求解,得到系统不同运行模式下各单元容量配置结果,并进行对比和分析。最后,针对直流微电网中的经济性、低碳性以及储能使用寿命等问题,建立了计及储能使用寿命的低压直流微电网优化运行模型,利用等效电量权重法对储能电池寿命进行评估,以日净收益最大、电池等效充放电量最小和二氧化碳排放量最小为目标函数,设置功率平衡和储能荷电状态等约束,根据多目标灰狼算法迭代寻优得到最优帕累托解集,利用TOPSIS算法求得最优解,实现了储能在低压直流微电网系统下的经济性与低碳性优化运行,并提高了储能的使用寿命。