基于储能控制策略及改进NSGA-Ⅱ算法的风光氢蓄综合能源系统容量优化配置

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全球范围内清洁能源的发展趋势已经无法逆转,能源生产和消费模式正在发生重大转变,逐渐枯竭的传统化石能源以及由化石能源的使用对环境造成的严重污染,对世界经济的可持续发展有很大程度上阻碍。综合能源系统不仅可以提高能源利用效率还可以满足多元化用能需求,作为新型的一体化能源系统对于能源可持续发展具有促进作用。氢能具有来源众多、清洁无污染、较大的能量密度、可再生、易存储、用途广泛等特性,适宜作为可再生能源的二次载体。氢储能与风光互补发电系统结合并作为可再生能源发电的能量存储,可以很大程度上改善大规模风光发电对电网的影响。电解槽也可以降低弃风弃光率,提高并网电能质量。首先,阐述论文研究背景意义和国内外现状,并搭建风光氢蓄综合能源系统模型,分析系统中风机、光伏、蓄电池、制氢储氢系统的特性,根据用户用电负荷需求、风力、光伏分布数据等约束条件确定系统中各组件单元的模型,完成器件选型工作。然后,研究系统储能单元的控制策略,并在后续仿真中加入控制策略。分析已有的蓄电池充放电方式的优缺点,提出蓄电池充放电分区控制策略,对蓄电池充电阶段进行划分,根据蓄电池SOC值所处的阶段不同,采用不同的充电方式,从而达到蓄电池快速、高效、低损伤的充电。研究蓄电池-氢储能混合储能单元的控制策略,根据氢储能慢响应特性提出相应的控制策略,从而降低氢能单元的启停频率,达到延长氢能单元寿命的目的。其次,分析带精英策略的快速非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ),对其进化算子不能根据迭代次数和外界环境而自发进行变化,从而影响优化结果这一不足进行详细研究,提出一种适应性进化算子,在非支配排序分层的基础上,通过提高自身的自适应能力,使算法优化过程中的交叉率、变异率、交叉分布指数、变异分布指数根据不同迭代阶段和临时种群优劣个体数量进行自适应变化,并通过ZDT函数仿真验证,证明改进后的算法搜索效率得到提高,种群多样性得到提升,具有抑制算法早熟和加快算法收敛的效果,使算法的全局能力得到有效提升。最后,根据某地的风力、光伏、用户负荷分布曲线和系统各组件选型结果,利用改进后具有自适应算子的算法,加入储能单元的控制策略,以系统成本和负荷缺电率为优化目标,对系统容量进行仿真实验,对系统各单元的容量进行配置。仿真结果表明优化后的配置方案负荷缺电率和系统成本都得到有效降低,负荷缺电率最低仅为0.065,系统成本为60629752.58元;提出的储能控制策略在运行过程中使得蓄电池均匀放电,未出现过冲过放现象,有效地延长了储能系统的使用寿命,提高了整个系统的稳定性。
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