[发明专利]优化型风光互补混合发电系统

说明书

本发明公开了一种优化型风光互补混合发电系统，该混合发电系统由不同型号的风力发电机组、光伏电池板和蓄电池组成。这些电源具有各自不同的成本、对用户供电的可靠性不同以及对环境适应性不同，因此集中在一起相互补偿，在满足系统性能指标的条件下，获得最经济的发电方案。

技术领域

本发明涉及风光混合供电系统多目标优化配置及能量管理与控制方法，属于电气工业应用领域。

背景技术

于风光混合供电系统而言，系统的优化配置是设计过程中首先需要解决的重要步骤。风光互补独立供电系统的容量配置问题，其决策变量不仅需要考虑风力发电机类型，容量、光伏电池的容量、蓄电池的容量，而且还要考虑到风速模型，光伏电池的倾角等变量，是一个非线性整数规划问题，也是一个NP问题。其复杂性使得单纯由规划人员依靠以往工作的经验进行规划已无法满足实际工作的要求，这往往会造成设计的系统过大造成经济浪费或者过小满足不了用户负荷的需求，而且还可能导致储能电池频繁进行充放电过程，大大降低其使用寿命。

在以往的实际工程设计中通常仅仅是将风力发电机和光伏组件进行简单的组合，在构造模型时，缺乏详细的数学模型。这样的结果使得最终设计的风光互补系统达不到最佳的运行效果，系统的经济性、可靠性较差。

风光互补独立供电系统的容量配置问题，其决策变量不仅需要考虑风力发电机类型，容量、光伏电池的容量、蓄电池的容量，而且还要考虑到风速模型，光伏电池的倾角等变量，是一个非线性整数规划问题，也是一个NP问题。目前，部分学者对风光互补独立供电系统的容量优化配置问题进行了研究，提出了一些很有价值的建议，然而在其研究中还存在模型不精确或未能考虑光伏电池的倾角等问题。在问题求解过程中，部分文献采用了传统的优化方法，但其计算效率低下。已有部分学者采用遗传及粒子群等新型智能优化算法，在一定程度上提高了问题寻优的速度，但依然未能保证解的全局收敛性。另外，一些文献将负载假定为恒定不变的，这都造成了所推导的公式的适用范围非常有限。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种优化型风光互补混合发电系统，其中，具体技术方案为：

供电系统

混合发电系统由不同型号的风力发电机组、光伏电池板和蓄电池组成；

风力发电系统(WTG)及函数构建

风力发电机输出特性为：当风速大于启动风速v_c时，风机开始工作；当风速大于切断风速v_f时，风机停止工作；当风速在v_c和v_f之间时，风机输出功率是条曲线。

因此，风力发电机的输出特性方程通过用最小二乘法对其输出特性曲线拟合得到，为了保证拟合的精度，可采用三个二项式进行拟合。风力发电机输出特性方程可以如下:

式中P_w(v)表示当风速为v时风力发电机输出的电功率；v表示风力发电机转轴高度处的风速；v_c和v_f分别表示风力发电机的启动和切断风速；由风力发电机的输出特性方程和转轴高度处每小时的平均风速可以很容易计算出风力发电机每小时的发电量；

光伏发电系统(PV)及函数构建

1)太阳能资源特性分析

(1)太阳地理位置的描述

地面上某处所接受到的太阳辐射能量的大小与太阳相对于地球的位置有关，为此，采用一系列的太阳角，对上述位置进行描述；

①赤纬角

地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角称为赤纬角，由于倾斜角永远保持不变，致使赤纬角随时都在变化，它与所在地区无关，世界上不同地区，只要日期相同，就具有相同的赤纬角，其计算公式如下：