考虑年消耗成本的独立型分布式发电系统混合储能优化配置

张艳杰

（天津理工大学中环信息学院，天津 300380）

考虑年消耗成本的独立型分布式发电系统混合储能优化配置

张艳杰

（天津理工大学中环信息学院，天津 300380）

在全球能源减排，大力发展新能源的背景下，分布式发电系统成为各国研究的热点。在独立型分布式发电系统中，储能装置作为关键的组成部分，既可以存储剩余功率，又可以补偿功率不足。本文考虑储能装置的折旧系数，将蓄电池和超级电容的容量作为变量，建立以年消耗成本最低为优化目标的数学模型，结合一个算例，运用粒子群算法，优化配置混合储能容量。

独立型分布式发电 混合储能 优化充放电控制策略 年消耗成本 粒子群算法

1 引言

近年来以风力发电和光伏发电为主的分布式发电系统已经成为国内外学者研究的热点。储能装置，作为独立型分布式发电系统中的必不可少的一部分，可以消纳多余能量，补充缺额能量。

本文采用蓄电池和超级电容混合储能方式，考虑系统投资成本、运行维护成本以及系统残值，以年消耗成本最低为优化目标，优化容量配置。

2 混合储能系统容量优化模型

2.1 目标函数

对于独立型分布式发电系统来说，储能系统的总投资成本、年运行周期的消耗成本、年运行周期结束后的系统残值、系统运行维护成本是考虑运行经济性的几个主要方面，目标函数为：

其中：

Cf_ba表示蓄电池的总投资成本，表示为：

fba表示蓄电池单位容量投资成本，元/ kW ·h； Eba表示蓄电池安装容量， kW ·h。

同理，超级电容总投资成本 Cin_uc表示为：

fuc表示超级电容单位容量成本，元/ kW ·h； Euc表示超级电容安装容量， kW·h。

COM表示运行维护费用，可表示为：

kOM表示蓄电池运行维护成本系数

CRE_ba、 CRE_uc分别表示蓄电池和超级电容经过一年运行周期后的残值，可以表示为购置成本与年折旧成本之差，即：

式（5）、（6）中的 kba、 kuc分别表示蓄电池年折旧系数和超级电容年折旧系数。

2.2 约束条件

2.2.1 系统功率约束

该公式保证了系统功率平衡。

2.2.2 系统供电约束

表1 不同储能方式投资成本对比

表2 不同储能方式年消耗成本对比

3 算例分析

某地独立型风光储分布式发电系统，风机装机容量10MW，光伏电站额定容量4MW。风机出力序列如图1所示，光辐照度数据如图2所示。当地年度负荷时间序列取自IEEE-RTS的标准负荷数据，峰值负荷为10MW，如图3所示。

本文采用粒子群算法对混合储能系统进行优化配置。设定粒子数100个，迭代次数200次。分别对单一蓄电池储能方式、单一超级电容储能方式、混合储能控制策略的储能方式进行优化，并对比优化结果，如表1所示。

由表1可以看出，由于蓄电池单位能量成本较低，所以蓄电池储能总投资成本最低，超级电容储能总投资成本最高，混合储能总投资成本居中。

由于蓄电池寿命和超级电容寿命相差较大，在不同时间尺度上比较总投资成本并不能客观的评价不同储能方式的经济性。本文所提目标函数考虑年消耗成本，这样可以在同一个时间尺度上客观评价不同储能方式的经济性，如表2所示。

通过对比表2中的结果不难看出，将不同储能方式的消耗成本统一到同一个时间尺度上，混合储能的年消耗成本最低。

4 结语

本文采用蓄电池和超级电容混合储能，建立了年消耗成本模型。考虑系统的功率平衡、蓄电池和超级电容能量管理策略以及系统的运行特性等约束条件，采用优化充放电控制策略，通过粒子群算法，得到了蓄电池和超级电容的最优容量配置。通过算例分析，本文所提的目标函数可以在相同的时间尺度上客观评价不同储能方式的经济性。

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