基于分时电价的离并网混合光伏发电系统经济性运行优化研究

【摘要】：能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。随着能源危机的加剧,清洁无污染的太阳能光伏发电逐渐得到人们的青睐。随着光伏发电技术的深入发展和智能电网的日趋完善,光伏发电将成为未来社会的重要能源。因此,如何对光伏发电系统进行经济性运行优化以获得最大的经济效益正成为热点问题。 随着电力市场的发展,电力需求侧管理越来越受到业界的重视。电力需求侧管理突破了电力供应以满足需求为目标的传统,综合衡量供需双方的资源,按最大效率的原则寻求优化方案,使其产生最大社会效益和经济效益。分时电价政策是推进电力需求侧管理的核心内容,因此,在开发利用太阳能的同时,研究基于分时电价离并网混合光伏发电系统的经济性运行优化,充分发挥其调峰作用,具有重要的理论意义和应用价值。 针对离并网混合光伏发电系统,本文考虑分时电价政策,在建模方法、模型求解和优化策略等方面进行了大量的研究。主要研究工作如下： 首先,介绍光伏发电系统的分类和构成,分析离并网混合光伏发电系统各组成单元的特性及其数学模型,阐述光伏输出功率的预测方法,并建立了基于马尔科夫链的预测模型,为系统运行优化模型的建立提供基础。 其次,基于机会约束规划理论提出离并网混合光伏发电系统经济性运行优化的目标及其约束条件,建立系统的经济性运行优化模型,包括光伏电池、蓄电池、逆变器的建模和离并网混合光伏发电系统与公共电网之间电能交易的建模。 再次,基于山东大学能效研究与评估中心的10kw离并网混合光伏发电系统,结合前文建立的运行优化模型的特点,采用基于随机模拟技术的粒子群算法对模型进行求解,提出了离并网混合光伏发电系统运行优化控制策略。实例分析表明,优化结果有效地提高了用户的收益,实现了电网的“削峰填谷”,同时为政府制定峰谷时段的电价提供了参考。 最后,设计离并网混合光伏发电系统优化控制器以便监控系统运行状况以及优化控制策略的实际应用,主要包括主控制电路、通信接口电路、电压／电流检测电路、液晶显示电路以及交流接触器的驱动电路,为实现理论到应用的转化奠定了基础。 【关键词】：离并网混合光伏发电系统 分时电价 马尔科夫链 经济性运行优化模型 随机机会约束规划 随机模拟 粒子群算法
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14-17
• 1.1.1 太阳能光伏发电及系统分类14-16
• 1.1.2 分时电价政策16
• 1.1.3 课题目的及意义16-17
• 1.2 研究现状17-20
• 1.2.1 光伏发电系统输出功率的预测研究17-19
• 1.2.2 光伏发电系统运行优化研究19-20
• 1.3 现存的主要问题20-21
• 1.4 本文的主要工作21-24
• 第二章 离并网混合光伏发电系统经济性运行优化模型24-38
• 2.1 10kW离并网混合光伏发电系统的构成24
• 2.2 离并网混合光伏发电系统单元的特性及数学模型24-29
• 2.2.1 光伏电池特性24-26
• 2.2.2 蓄电池模型26-28
• 2.2.3 逆变器模型28-29
• 2.3 光伏输出功率马尔科夫链预测方法29-34
• 2.3.1 马尔科夫链预测法概述29
• 2.3.2 马尔科夫链预测模型29-31
• 2.3.3 光伏输出功率预测模型31-32
• 2.3.4 光伏输出功率预测模型算法实现32-34
• 2.4 离并网混合光伏发电系统的经济运行优化建模34-36
• 2.4.1 机会约束规划理论34-35
• 2.4.2 目标函数35
• 2.4.3 约束条件35-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第三章 离并网混合光伏发电系统经济性运行优化算法38-48
• 3.1 随机模拟38-40
• 3.1.1 随机模拟概述38-39
• 3.1.2 随机模拟算法流程39-40
• 3.2 粒子群优化算法40-42
• 3.2.1 粒子群优化算法概述40
• 3.2.2 基本粒子群优化算法40-42
• 3.2.3 基本粒子群优化算法流程42
• 3.3 随机模拟粒子群算法约束处理42-44
• 3.3.1 随机变量约束处理42-43
• 3.3.2 蓄电池约束处理43
• 3.3.3 边界约束处理43-44
• 3.3.4 终止准则44
• 3.4 随机模拟粒子群算法步骤44-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 实例分析48-62
• 4.1 马尔科夫链预测光伏输出功率实例分析48-52
• 4.2 10kW离并网混合光伏发电系统经济性运行优化实例分析52-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第五章 离并网混合光伏发电系统运行优化控制器设计62-76
• 5.1 整体方案62-63
• 5.2 硬件电路实现63-72
• 5.2.1 MCU电路63-64
• 5.2.2 网络通信接口电路64-66
• 5.2.3 串行通信接口电路66
• 5.2.4 CAN通信接口电路66-67
• 5.2.5 检测电路67-70
• 5.2.6 液晶显示电路70-71
• 5.2.7 交流接触器驱动电路71-72
• 5.3 软件实现72-74
• 5.3.1 整体程序设计72
• 5.3.2 以太网通信程序设计72-74
• 5.3.3 交流接触器控制程序设计74
• 5.4 本章小结74-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 工作总结76-77
• 6.2 研究展望77-78
• 附录78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 攻读硕士学位期间奖励86-87
• 学位论文评阅及答辩情况表87

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