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预装式多元储能电站容量优化配置研究

【摘要】:中国西部存在若干尚未与主电网相连的边防哨所,这些边防哨所多位于交通不便、地势坎坷的偏远地区,若建立一个与主网相连的电网,投资成本巨大且无法实现效益最大化。国家和国网公司提出建设微网来解决此问题,综合考虑设备后期维护以及运输的便捷度,迫切需要一种新型的小型化、模块化且能适应特殊环境的预装式微网储能电站建设方案。根据电网的实际需求,不同的应用场景会需要不同类型的储能单元,因此如何根据微网实际需求的不同选择与需求匹配的储能单元、配置不同储能单元的容量以及如何进行集装箱箱体内部储能单元的布局优化问题,是一个重要且具有意义的研究课题。本文主要的工作主要有以下几点:针对储能单元的选型问题,分析各类储能单元特性,从环境、技术以及经济指标对参与储能单元选型的方案进行探究。提出一种定性和定量相结合、系统化、层次化的层次分析法。构建了层次结构模型、两两判断矩阵、矩阵一致性校验及模糊综合评价模型。针对预装式储能电站中储能单元协调优化配置问题,通过分析微网平衡功率频谱,基于不同类型储能单元响应特性,确定多元储能单元功率分配策略;为了避免保证某些尖端负荷的用电而无限大地配置储能的容量,进行了补偿功率的调整。通过储能系统成本结构分析,以年综合成本最小为目标,考虑集装箱功率密度、剩余电量、能量溢出率与负荷缺电率等约束,确定了以遗传算法求解模型的思路。针对预装式储能电站内部布局优化的问题,即同时兼顾集装箱内部通风散热效果最好与储能容量最大,提出一种基于Surrogate的预装式储能电站布局优化方案。以进、出风口半径、通风道宽度为决策变量,利用拉丁超立方抽样法生成样本。设计一种基于Kirging建模方法的Surrogate优化算法,构建了误差检测模型。最后,基于上述模型,以某一风光互补微网为算例,对预装式储能电站中涉及选型、容量配置、布局优化等一系列问题进行求解,结果表明:含氢储能、锂电池和超级电容器的储能单元选型方案综合经济层面、技术层面以及环境层面为最优方案;与常规锂电池和超级电容器的混合储能单元相比,含氢储能的多元储能方案在功能和经济上优势明显;进风口在前、出风口在上为预装式储能电站最优散热方案且在进风口半径为584mm,出风口半径为300mm,散热通道为242mm时,此时可以兼顾预装式储能电站通风散热效果最好且储能容量最大。算例分析验证了本文所提方法的科学性与适用性,为预装式储能电站的设计提供了参考,对设备生产厂家提供了借鉴。

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