Эффективті жүзеге асырылуы және сақталуы бар шамал-КУФ гибрид жүйесін оптимизациялау

1. Шығыс және күн энергиясының фотоэлектрлік құбылыстарының қолданылуының өзара салыстырылымы

Шығыс және күн энергиясының фотоэлектрлік (PV) құбылыстарын талдау - бұл комплементерлік гибридті жүйені жоспарлаудың негізі. Аймақтың жыл сайындық шығыс жылдамдығы мен күн ағысуының статистикалық талдауына қарап, шығыс ресурстарының мезгілдік өзгеруі анықталады, қышқыл және көктемде жылдамдықтары жоғары, ал жаз және күзде төмен. Шығыс энергиясының өндіруі шығыс жылдамдығының кубына пропорционалды, бұл оның өте зор өзгерулеріне әкеледі.

Күн ресурстары, басқа жағдайда, айнымалы күн сағаттары мен мезгілдік өрнектерін көрсетеді - жазда уақыттың ұзақ және жоғары радиациясы, ал күзде жеңіл шарттар. PV әсерділікті жоғары температура тағы жоғарылатында теріс етеді. Шығыс және күн энергиясының уақыттық таралуын салыстыру арқылы, олардың күн сайын және жыл сайын цикстерде комплементерлік өзара қарым-қатынасы анықталады. Бұл комплементерлік, оптималды қуаттың екі бетінің ең жақсы қатынасын конфигурациялау арқылы, тұрақты және тұрақты қуаттың жүйелерін құруға мүмкіндік береді.

2. Шығыс-күн гибридті қуаттың өндіру жүйелерінің модельдеуі

2.1 Шығыс қуат подсистемасының модельі

Шығыс қуат подсистемасының модельі шығыс жылдамдығының деректерінің және турбинаның өзара салыстырылымдарына негізделген. Вейбулл тартауы шығыс жылдамдығының імовестік тартауына қолданылады, оның статистикалық өзара салыстырылымын так анықтайтын. Тұрбина шығыс қуаты мен шығыс жылдамдығының арасындағы өзара салыстырылым кескін функция арқылы, маңызды параметрлер сияқты шығыс жылдамдығының ең жақсы мәндері, рейтингді шығыс жылдамдығы және шығыс жылдамдығының ең жоғары мәндерін қамтиды. 

Эң кіші квадраттар әдісі тұрбина қуатының графигіне қолданылады, ол қуат шығысы мен шығыс жылдамдығының математикалық өзара салыстырылымын береді. Шығыс жылдамдығының рандомдылығын ескере отырып, Монте Карло симуляция әдісі шығыс электростанциясының өндіруді болжау үшін енгізіледі. Модель шығыс қуат системаларының динамикалық өзара салыстырылымдарын так айналдырады және жүйені оптимизациялау үшін негіз болады. Ол да шығыс бағытының өзгеруінің өндіру әсерділікті қосымша әсерін енгізіп, болжау әсерділікті жақсартады.

2.2 Фотоэлектрлік қуат подсистемасының модельі

Фотоэлектрлік (PV) подсистемасының модельі күн ағысуы, аймақтық температура және PV модуль өзара салыстырылымдарын толық қарастырады. Күн ағысуының статистикалық модельі оның уақыттық өзгерістерін сипаттайтын. PV модулдерінің шығыс өзара салыстырылымдары I-V кестелері арқылы көрсетіледі. Температуралық әсерді бір диод теңдеуі арқылы моделидеу, оның шығыс қуаты нелиней теңдеулер жүйесін шешу арқылы есептеледі.

Модель де көріністердің және құрт накопленияның әсерін қосымша коэффициенттер арқылы қарастырайды, болжау әсерділікті жақсартады. PV модулдерінің жыл сайындық жою қатынасын енгізу арқылы, уақыттық өзгерістерді болжау мүмкін. Бұл модель PV жүйелерінің айырмашылық шарттарындағы өзара салыстырылымдарын так айналдырады.

2.3 Энергия накопления жүйесінің модельі

Энергия накопления жүйесінің модельі негізінен литий-ион батарея өзара салыстырылымдарына негізделген. Батареяның заряды (SOC) динамикалық модельі зарядтау және зарядтану процесстерін сипаттайтын. Жеке зарядтың өзгеруі мен зарядтау/зарядтану әсерділігі қарастырылады, температуралық коррекция факторы енгізіледі, ол аймақтық әсерлерді білдіреді. Батареяның мүмкін мезгілі, цикл саны мен DOD ( discharge depth) комбинациясы арқылы есептеледі, оның мүмкін мезгілін болжау үшін.

Модель батареяның айырмашылық жағдайларындағы өзара салыстырылымдарын так айналдырады, оптималды өлшемді және қолдану стратегияларын қолдайды. Ол да иштейтін сопротивление өзгеруін функционалдық өзара салыстырылымдар арқылы, сопротивление, цикл саны және температура қарастырып, динамикалық өзара салыстырылымдарды дәл симуляциялауға мүмкіндік береді. Негізгі шығыстар реалды SOC, мүмкін мезгіл, зарядтау/зарядтану қуаты және мүмкін мезгіл—оптималды иштету және қолдану үшін толық деректерді қолдайды.

2.4 Жүйелердің интеграциялану модельі

Интеграцияланған жүйе модельі шығыс, күн және накопления подсистемаларын бірден бір құрама құрылымға біріктіреді. Теңдеу әдісі түсіндіру үшін қолданылады, жүйе қуатының теңдігін жасайды. LOLP (Loss of Load Probability) және EENS (Expected Energy Not Supplied) сияқты надеждылық индексілер енгізіледі, жүйе өзара салыстырылымдарын бағалау үшін. Уақыт сериясы симуляциясы жүйенің айырмашылық уақыт мерзімдерінде қолданылады.

Модель подсистемалардың өзара әсерлерін қарастырады, мысалы, PV панелерінің тұрбина тенин. Ол да жүйелік интерфейс енгізіледі, тарифтердің уақыттық өзгеруі және жүйелік частота регуляциясы қолдану стратегияларын талдау мүмкіндігін береді. Шығыстардың жалпы қуат өндіру, жүкке жоғары қанағаттану және экономикалық өзара салыстырылымдары, жүйенің планировка, дизайны және эксплуатациялық шешімдері үшін толық теориялық негіз береді.

3. Шығыс-күн гибридті жүйелердің оптимизациялау әдістері мен эксперименттік талдауы

3.1 Мақсаттық функция және шектеулер

Оптимизациялау мақсаттық функциясы экономикалық, надеждылық және экологиялық қарастыруларды біріктіреді. Экономикалық мақсат барлық жүйе құнын, бастапқы инвестиция, иштету және қызметкерлерге қызмет ету (O&M), және замена құнын минималдайтын. Надеждылық мақсат қуаттың қамтамасыз ету әсерділікті максималдайтын, LOLP (Loss of Load Probability) минимумын есептеу арқылы. Экологиялық мақсат углерод құбылыстарын азайту максимума арқылы өлшенеді.

Шектеулер қуаттың теңдігі, энергия накопления мүмкін мезгілі және құрылғылардың иштету шектеулерін қамтиды. Қуаттың теңдігі шектеуі қолданылатын жүк талаптарын барлық уақытта қанағаттандыру үшін. Накопления мүмкін мезгілі шектеулері DOD (discharge depth) шектеулерін қамтиды, батарея мүмкін мезгілін ұзарту үшін. Құрылғылардың шектеулері компоненттердің рейтингді қуаты және иштету өзара салыстырылымдарын қарастырады. Көптеген мақсаттық салыстырылым әдісі бұл мақсаттарды бір мақсаттық функцияға біріктіреді, салыстырулар қарастырылған және қолданылу жағдайларына қарай анықталады.

3.2 Патриц Сwarm Optimization (PSO) әдісінің қолданылуы

Патриц Сwarm Optimization (PSO), интеллектуалды оптимизация әдісі, шығыс-күн гибридті жүйелердің дизайнда қолданылады. Жұлдыздардың қозғалысын симуляциялау арқылы, PSO шешім ауданында оптималды шешімдерді іздедеді. Ар бір патриц потенциалды жүйе конфигурациясын көрсетеді, шығыс тұрбина қуаты, PV қуаты және накопления қуаты сияқты шешім айнымалыларын қамтиды. Патрицтың орны және жылдамдығы итерациялар арқылы жаңартылады, глобалды оптимумға жетеді.

Бағыттаушы масса әдісі қолданылады, ал бастапқыда қатаң глобалды іздеу, содан кейін локалды іздеу қаттылауы. Адаптивті мутация енгізіледі, локалды оптимумдарды избегу үшін. Есептің түріне қарай, дискретті және жалпы айнымалыларды бөлу үшін иерархиялық кодтау әдісі қолданылады. Алгоритм максималды итерация санына немесе қолданылған оптималды мәндердің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің өзгеруінің ө......