微電網(wǎng)環(huán)境下可再生能源存儲(chǔ)與利用方法研究.pdf

1、能源是人類(lèi)社會(huì)得以延續(xù)和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。為保障能源安全，推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型，構(gòu)建低碳、高效的能源體系，發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)的廣泛共識(shí)。然而，由于可再生能源在發(fā)電過(guò)程中表現(xiàn)出隨機(jī)性、間歇性、不確定性和不可調(diào)度的特點(diǎn)，單純地利用可再生能源發(fā)電將不可避免地降低能源利用效率、影響電網(wǎng)正常運(yùn)行。因此，通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)與可再生能源的集成應(yīng)用與協(xié)同增效，結(jié)合信息科學(xué)和控制科學(xué)中的建模、估計(jì)與管理方法，形成容納可再生能源電力的“發(fā)-輸-配-儲(chǔ)-用”

2、一體化的微電網(wǎng)，是提升可再生能源滲透率、利用率及電網(wǎng)友好性的有效手段。
　　鑒于儲(chǔ)能系統(tǒng)在可再生能源轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)和利用過(guò)程中的重要作用，為實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)控，必須基于不同時(shí)間尺度下電池儲(chǔ)能系統(tǒng)表現(xiàn)出的非線性、復(fù)雜性和不確定性的差異，獲取并處理該系統(tǒng)中的有效信息，構(gòu)建電池動(dòng)態(tài)特性和老化特性的描述機(jī)制和狀態(tài)估計(jì)方法體系。進(jìn)一步地，為實(shí)現(xiàn)可再生能源與儲(chǔ)能系統(tǒng)間的協(xié)同增效，還必須充分考察具有復(fù)雜特性微電網(wǎng)的優(yōu)化指標(biāo)和

3、行為邊界，研究微電網(wǎng)調(diào)度與運(yùn)行耦合的能量?jī)?yōu)化管理機(jī)制，給出多維約束下優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)表達(dá)及其求解方法。本文通過(guò)對(duì)電池動(dòng)態(tài)特性的分析，建立了電池動(dòng)態(tài)行為的模型表達(dá)，提出了動(dòng)態(tài)工況下電池短時(shí)間尺度建模與狀態(tài)估計(jì)方法;利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法強(qiáng)非線性擬合能力的特點(diǎn)，提出了電池老化過(guò)程數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的描述方法以及長(zhǎng)時(shí)間尺度下電池狀態(tài)的估計(jì)方法;通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述、表達(dá)，以及可再生能源不確定性行為的分析，給出了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)的微電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型及

4、能量調(diào)度策略;結(jié)合微電網(wǎng)用戶(hù)的行為建模以及電池系統(tǒng)的老化行為描述，提出了多優(yōu)化目標(biāo)下的“人-電動(dòng)汽車(chē)-微電網(wǎng)”混合系統(tǒng)的管理方法。研究結(jié)果表明，本文提出的方法可以較好地解決電池儲(chǔ)能系統(tǒng)多時(shí)間尺度建模與狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，以及可再生能源和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)同增效問(wèn)題。
　　本文具體的研究工作內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1)針對(duì)電池在短時(shí)間尺度下的荷電狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，分析了不同荷電狀態(tài)和放電電流下鋰離子電池極化效應(yīng)對(duì)其端電壓影響的差異性，建立

5、了一種考慮滯后電壓的電池模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)電流工況下鋰離子電池端電壓的精確仿真。同時(shí)，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)中存在的噪聲，在上述電池模型的基礎(chǔ)上使用自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法抑制了測(cè)量噪聲的干擾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)荷電狀態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法在實(shí)際工況下依然具有較高的估計(jì)精度。
　　2)針對(duì)電池在長(zhǎng)時(shí)間尺度下的剩余使用壽命估計(jì)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)不同循環(huán)壽命下電池端電壓曲線差異性的研究，利用基于重要性采樣的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同剩余使用

6、壽命下電池端電壓數(shù)據(jù)的篩選，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了電池端電壓曲線與循環(huán)壽命之間的映射關(guān)系，從而完成了剩余使用壽命估計(jì)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)表明該方法具有較高的準(zhǔn)確度。
　　3)針對(duì)電池在長(zhǎng)時(shí)間尺度下的健康狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，提出了基于電池端電壓曲線微分幾何特性的電池健康狀態(tài)描述方法，使用集群數(shù)據(jù)處理方法，建立了電池在長(zhǎng)時(shí)間尺度下的健康模型，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池健康狀態(tài)的估計(jì)。不同類(lèi)型電池的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法的有效性和普適性。
　　4)針對(duì)可再生

7、能源與儲(chǔ)能系統(tǒng)互補(bǔ)協(xié)作微電網(wǎng)的能量調(diào)度問(wèn)題，從儲(chǔ)能系統(tǒng)能量存儲(chǔ)效率入手，研究了不同充放電電流對(duì)電池儲(chǔ)能效率的影響，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和電池機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，明確了電池儲(chǔ)能效率的數(shù)學(xué)表達(dá);考慮微電網(wǎng)中各子系統(tǒng)操作的邊界約束，利用非線性規(guī)劃算法制定了經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的微電網(wǎng)能量管理方法;針對(duì)可再生能源的不確定性，在對(duì)上述方法歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，制定了雙層的微電網(wǎng)能量調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的優(yōu)化控制，減輕了光伏發(fā)電量預(yù)測(cè)誤差對(duì)微電網(wǎng)管理、運(yùn)行結(jié)果的影響。實(shí)

8、驗(yàn)表明，該微電網(wǎng)能量調(diào)度策略可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源的充分利用，并有效提高能量利用效率、降低電力費(fèi)用。
　　5)針對(duì)“人-電動(dòng)汽車(chē)-微電網(wǎng)”混合系統(tǒng)的管理問(wèn)題，以電動(dòng)汽車(chē)剩余使用壽命為切入點(diǎn)，提出了考慮電池荷電狀態(tài)運(yùn)行區(qū)間的剩余循環(huán)次數(shù)的預(yù)測(cè)方法;在此基礎(chǔ)上，針對(duì)不同電池狀態(tài)及性能參數(shù)對(duì)用戶(hù)舒適度的影響，建立了基于電動(dòng)汽車(chē)剩余循環(huán)次數(shù)和電動(dòng)汽車(chē)荷電狀態(tài)等因素的用戶(hù)舒適度模型，提出了考慮用戶(hù)舒適度的家庭微電網(wǎng)能量管理策略。對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，