李潇潇 杨明 韩健 徐忠良 李悦悦

摘 要：为实现风光柴储发电系统的最佳配置，本文提出基于多目标优化策略的风光柴储发电系统，设计了发电系统，提出了系统经济性最优、系统供电可靠性最优、对风能或太阳能利用率最大的三种优化策略，本文的工作可为混合发电系统的设计提供参考和借鉴。

关键词：多目标优化；风光柴储；发电系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.073

目前国内外已经开展了关于混合发电系统的相关理论研究，这些研究主要侧重于控制方法、以及对系统中各发电单元容量的优化配置等方面[1]。例如有文献提出考虑各种能源不同的特点，找出成本最低的组合，但其缺点是并未考虑安装场址实际发电效率以及场地限制等因素，并无法贴切地根据安装场址实际环境做出最佳比例配置。有些文献研究了风光互补系统的理论最佳容量配置，但没有考虑安装环境因素，对储能环节的计算和考虑也比较模糊，参数在一个较大范围内变动，降低了系统的可靠性和可用性[2-3]。

1 本课题研究的意义

为改善新能源发电系统的可靠性，提高系统供电的稳定性，可配备储能设备，形成风能、太阳能、水能、燃气轮机、储能等多种能源混合互补系统。合理的选择互补能源直接关系到整个系统的可靠性和經济性。风光柴储混合发电系统以其独立的供电方式，已经越来越广泛地应用到广大缺电的边远地区和无电的海岛地区，整个系统的优化配置和运行费用是项目成功实施的关键。

2 风光柴储混合发电系统的设计

本文设计的风光柴储混合发电系统由六部分构成，包括太阳能电池阵列、风力发电机、柴油发电机、电力变换装置、蓄电池、交直流负载（如图1所示）。太阳能电池阵列、风力发电机及柴油发电机所发出的电能以互补的方式传输给电力变换装置，转换为适合负载运行要求的电能传输给负载。如果电能在满足负载运行的同时有盈余，则经充电器给蓄电池组充电。对于风光柴储互补发电系统，它的工作情况主要由太阳能、风能、柴油发电机、蓄电池和负载的状态共同决定，发电输出的能量应与负载当前消耗的能量以及蓄电池所能储存的能量总和匹配。风光柴储互补发电系统中柴油发电机相对独立，可以单独，也可以与太阳能电池阵列或风力发电机联合输送电能。

3 多目标优化策略

本文提出针对不同优化目标而开发不同的优化策略和算法，达到对各发电方式的功率进行最优控制和调度。优化策略包括：对各发电方式的启动功率进行灵活设定，对各发电方式的运行优先级别进行划分，对各发电方式的发电功率在总功率的百分比进行智能控制等。优化目标包括三方面：系统经济性最优、系统供电可靠性最优、对风能或太阳能利用率最大。阐明如下：

（1）系统经济性最优。利用风能和太阳能在时间空间上具有较好的互补性，通过调整二者的比例，使发电量曲线接近负载的用电功率曲线，以减少柴油发电机的启动频率，并可据此削减储能单元容量的配比，提高系统的经济性。此外利用蓄电池和超级电容在功率密度和能量密度方面优势互补，在为负荷长时间持续供电时，主要考虑蓄电池的储能能力，发挥蓄电池大容量存储的特性；在为冲击性负荷供电时，则考虑超级电容器的大功率吞吐能力，发挥超级电容器能量密度大和循环寿命长的优势。二者根据负载特点按一定比例组成的混合储能系统可大大提高储能元件的寿命，提高系统的经济性。

（2）系统供电可靠性最优。由于风能、太阳能均具有随机性和不确定性，在光照强度和风力强度很弱或负荷冲击性大的情况下，通过柴油发电和储能系统为负载提供足够的电能输出，保证供电电能质量和持续性。在光伏、风电甚至柴油发电机都无法正常工作的情况较多时，需要提高系统中储能装置的配比，满足为重要负载提供稳定的电能，保证供电的可靠性。

（3）对风能或太阳能利用率最大。如果当地风能资源更丰富，可增加风机容量的配置；如果当地太阳能资源更丰富，则增加光伏阵列容量的配置。以此提高混合系统的整体发电效率，并调整储能系统的容量，保证在光照充足或风力较大时储能系统能够充分吸收过剩的太阳能或风能。

4 结语

本文设计了风光柴储发电系统，提出了针对不同优化目标而开发不同优化策略的方法，综合考虑了风光柴储混合发电系统中各单元的发电特性、建设地点的自然条件、负荷用电需求、储能系统特性等，旨在保证混合系统供电的可靠性和合理性，同时提高系统的实用性和经济性，以满足不同条件下的用电需求。

参考文献：

[1]张大顶.风光柴蓄互补发电系统的控制策略和优化设计研究[J].电子技术与软件工程，2015（04）：177-178.

[2]刘建涛，张建成，王珂等. 独立光伏发电混合储能系统容量优化研究[J].电网与清洁能源，2012，28（03），85-90.

[3]何勇琪，张建成.独立型风光互补系统中储能容量优化研究[J].电力科学与工程，2012，28（04）：9-13.

作者简介：李潇潇（1980-），男，辽宁沈阳人，博士，高级工程师，主要研究方向：光伏系统优化和光伏建筑一体化发电系统设计。