ระบบการปรับแต่งแบบไฮบริดของลมและพลังงานแสงอาทิตย์อย่างมีประสิทธิภาพพร้อมระบบเก็บพลังงาน

1. การวิเคราะห์คุณลักษณะของการผลิตไฟฟ้าจากลมและพลังงานแสงอาทิตย์

การวิเคราะห์คุณลักษณะของการผลิตไฟฟ้าจากลมและพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) เป็นพื้นฐานในการออกแบบระบบไฮบริดที่เสริมกัน ข้อมูลสถิติของความเร็วลมและรังสีแสงอาทิตย์รายปีในพื้นที่เฉพาะชี้ให้เห็นว่าทรัพยากรลมมีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล โดยมีความเร็วลมสูงในช่วงฤดูหนาวและฤดูใบไม้ผลิ และต่ำในช่วงฤดูร้อนและฤดูใบไม้ร่วง การผลิตไฟฟ้าจากลมเป็นสัดส่วนกับกำลังสามของความเร็วลม ทำให้มีการผันผวนของกำลังผลิตอย่างมาก

ในทางกลับกัน ทรัพยากรแสงอาทิตย์แสดงถึงรูปแบบที่ชัดเจนในแต่ละวันและตามฤดูกาล—มีเวลาสว่างยาวและรังสีแรงในช่วงฤดูร้อน และอ่อนลงในช่วงฤดูหนาว ประสิทธิภาพของ PV ได้รับผลกระทบเชิงลบจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ด้วยการเปรียบเทียบการกระจายเวลาของพลังงานลมและแสงอาทิตย์ สามารถเห็นได้ว่าพวกเขามีพฤติกรรมที่เสริมกันทั้งในวงจรรายวันและรายปี การเสริมกันนี้ช่วยให้ออกแบบระบบไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพและเสถียร โดยสามารถกำหนดอัตราส่วนความจุที่เหมาะสมของแหล่งพลังงานทั้งสองเพื่อทำให้กำลังผลิตโดยรวมราบรื่น

2. การสร้างแบบจำลองของระบบการผลิตไฟฟ้าผสมจากลมและแสงอาทิตย์

2.1 แบบจำลองของระบบย่อยการผลิตไฟฟ้าจากลม

แบบจำลองของระบบย่อยการผลิตไฟฟ้าจากลมสร้างขึ้นบนข้อมูลความเร็วลมและการทำงานของกังหันลม การแจกแจง Weibull ใช้ในการปรับความน่าจะเป็นของการแจกแจงความเร็วลม ซึ่งอธิบายพฤติกรรมทางสถิติอย่างแม่นยำ ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังผลิตของกังหันลมและความเร็วลมแสดงโดยฟังก์ชันที่แบ่งเป็นชิ้น ๆ ที่รวมพารามิเตอร์สำคัญ เช่น ความเร็วลมขั้นต่ำที่เริ่มทำงาน ความเร็วลมที่กำหนด และความเร็วลมสูงสุดที่หยุดการทำงาน

วิธีการน้อยที่สุดกำลังสองใช้ในการปรับโค้งกำลังของกังหันลม ให้ได้สมการทางคณิตศาสตร์ของกำลังผลิตเทียบกับความเร็วลม เพื่อคำนึงถึงความสุ่มของความเร็วลม วิธีการจำลอง Monte Carlo ถูกนำมาใช้ในการคาดการณ์การผลิตของฟาร์มลม แบบจำลองนี้สะท้อนถึงคุณลักษณะทางไดนามิกของระบบการผลิตไฟฟ้าจากลมและให้พื้นฐานสำหรับการปรับปรุงระบบ นอกจากนี้ยังรวมถึงผลกระทบที่เกิดจากการเปลี่ยนทิศทางลมต่อประสิทธิภาพการผลิตโดยการนำเข้าปัจจัยการแก้ไขทิศทางลม ทำให้เพิ่มความแม่นยำในการทำนาย

2.2 แบบจำลองของระบบย่อยการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์

แบบจำลองของระบบย่อย PV ครอบคลุมรังสีแสงอาทิตย์ อุณหภูมิแวดล้อม และคุณลักษณะของโมดูล PV สร้างแบบจำลองสถิติของรังสีแสงอาทิตย์เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงตามเวลา คุณลักษณะการผลิตของโมดูล PV แสดงโดยเส้นโค้ง I-V ผลกระทบของอุณหภูมิต่อประสิทธิภาพถูกจำลองโดยวงจรเทียบเท่าไดโอดเดียว กำลังผลิตคำนวณโดยการแก้ระบบสมการไม่เชิงเส้น

แบบจำลองยังรวมถึงปัจจัยเช่น การบดบังและสะสมฝุ่น โดยการนำเข้าสัมประสิทธิ์การแก้ไขเพื่อเพิ่มความแม่นยำในการทำนาย รวมถึงการเสื่อมสภาพของโมดูล PV โดยการรวมอัตราการเสื่อมสภาพประจำปีเพื่อทำนายการเปลี่ยนแปลงของกำลังผลิตในระยะยาว แบบจำลองนี้สะท้อนถึงประสิทธิภาพของระบบ PV ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน

2.3 แบบจำลองของระบบเก็บพลังงาน

แบบจำลองของระบบเก็บพลังงานสร้างขึ้นบนคุณลักษณะของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน สร้างแบบจำลองพลวัตของสถานะการชาร์จ (SOC) ของแบตเตอรี่เพื่ออธิบายกระบวนการชาร์จและปล่อยประจุ คำนึงถึงคุณลักษณะการปล่อยประจุเองและประสิทธิภาพการชาร์จ/ปล่อยประจุ โดยการนำเข้าสัมประสิทธิ์การแก้ไขอุณหภูมิเพื่อสะท้อนผลกระทบจากสภาพแวดล้อม อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ถูกจำลองโดยการรวมจำนวนรอบการชาร์จและระดับการปล่อยประจุ (DOD) เพื่อทำนายการเสื่อมสภาพของความจุ

แบบจำลองนี้สะท้อนถึงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ภายใต้เงื่อนไขการปฏิบัติงานที่แตกต่างกัน สนับสนุนการขนาดที่เหมาะสมและการวางแผนการใช้งาน รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานภายในโดยการสร้างความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างความต้านทาน จำนวนรอบการชาร์จ และอุณหภูมิ ทำให้สามารถจำลองพฤติกรรมทางพลวัตได้อย่างแม่นยำมากขึ้น ผลลัพธ์หลักประกอบด้วย SOC แบบเรียลไทม์ ความจุที่พร้อมใช้งาน กำลังการชาร์จ/ปล่อยประจุ และอายุการใช้งานที่คาดหวัง—ให้ข้อมูลสนับสนุนอย่างครบถ้วนสำหรับการดำเนินการและบำรุงรักษาที่เหมาะสม

2.4 แบบจำลองการรวมระบบ

แบบจำลองการรวมระบบรวมระบบย่อยจากลม แสงอาทิตย์ และการเก็บพลังงานเข้าไว้ในกรอบที่เป็นหนึ่งเดียว ใช้วิธีการโหลดเทียบเท่าในการจัดการกับการเปลี่ยนแปลงของโหลด และสร้างสมการสมดุลพลังงานของระบบ นำเข้าตัวชี้วัดความน่าเชื่อถือ เช่น ความน่าจะเป็นของการสูญเสียโหลด (LOLP) และพลังงานที่ไม่ได้จ่าย (EENS) เพื่อประเมินประสิทธิภาพของระบบ ใช้การจำลองลำดับเวลาเพื่อคำนวณสถานะการดำเนินงานของระบบในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน

แบบจำลองนี้คำนึงถึงการสัมพันธ์ระหว่างระบบย่อย เช่น การบดบังของกังหันลมต่อแผง PV รวมถึงการเชื่อมต่อกับระบบสายส่ง ทำให้สามารถวิเคราะห์กลยุทธ์การดำเนินงานที่เชื่อมต่อกับระบบสายส่ง รวมถึงการจัดสรรเศรษฐกิจภายใต้ราคาตามเวลาและบริการควบคุมความถี่ของระบบสายส่ง ผลลัพธ์ประกอบด้วยกำลังผลิตรวม ค่าตอบแทนการโหลด และตัวชี้วัดประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ ให้พื้นฐานทางทฤษฎีอย่างครบถ้วนสำหรับการวางแผน การออกแบบ และการตัดสินใจในการดำเนินงานของระบบ

3. วิธีการปรับปรุงและการวิเคราะห์ทดลองของระบบผสมจากลมและแสงอาทิตย์

3.1 ฟังก์ชันวัตถุประสงค์และการจำกัด

ฟังก์ชันวัตถุประสงค์ในการปรับปรุงรวมถึงการพิจารณาทางเศรษฐกิจ ความน่าเชื่อถือ และสิ่งแวดล้อม วัตถุประสงค์ทางเศรษฐกิจลดค่าใช้จ่ายรวมของระบบ รวมถึงการลงทุนเริ่มต้น การดำเนินงานและบำรุงรักษา (O&M) และค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนทดแทน วัตถุประสงค์ทางความน่าเชื่อถือเพิ่มความน่าเชื่อถือของการจ่ายไฟฟ้า โดยการลด LOLP วัตถุประสงค์ทางสิ่งแวดล้อมวัดโดยการลดการปล่อยคาร์บอน

การจำกัดรวมถึงสมดุลพลังงาน ขีดจำกัดความจุของการเก็บพลังงาน และขีดจำกัดการปฏิบัติงานของอุปกรณ์ การจำกัดสมดุลพลังงานรับประกันว่าความต้องการโหลดจะได้รับการตอบสนองตลอดเวลา การจำกัดความจุของการเก็บพลังงานจำกัดระดับการปล่อยประจุ (DOD) เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ การจำกัดอุปกรณ์พิจารณาพลังงานที่กำหนดและคุณลักษณะการปฏิบัติงานของส่วนประกอบ วิธีการให้น้ำหนักหลายวัตถุประสงค์รวมเป้าหมายเหล่านี้เข้าไว้ในฟังก์ชันวัตถุประสงค์เดียว ด้วยน้ำหนักที่กำหนดตามความชอบของผู้ตัดสินใจและความต้องการของสถานการณ์การใช้งาน

3.2 การใช้ Particle Swarm Optimization (PSO)

Particle Swarm Optimization (PSO) ซึ่งเป็นอัลกอริทึมการปรับปรุงอัจฉริยะ ถูกนำไปใช้ในการออกแบบระบบผสมจากลมและแสงอาทิตย์ จำลองพฤติกรรมของฝูงนก PSO ค้นหาคำตอบที่เหมาะสมที่สุดในพื้นที่คำตอบ แต่ละอนุภาคแทนที่การกำหนดค่าระบบที่เป็นไปได้ รวมถึงตัวแปรตัดสินใจ เช่น ความจุของกังหันลม ความจุของ PV และความจุของการเก็บพลังงาน ตำแหน่งและอัตราเร็วของอนุภาคถูกปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ลู่เข้าสู่ค่าเหมาะสมที่สุดทั่วโลก

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ใช้กลยุทธ์การลดน้ำหนักเฉื่อยแบบเชิงเส้น—รักษาการสำรวจทั่วโลกที่แข็งแกร่งในตอนแรกและเพิ่มการสำรวจท้องถิ่นในภายหลัง นำเข้าการกลายพันธุ์แบบปรับตัวเพื่อหลีกเลี่ยงค่าเหมาะสมที่สุดในท้องถิ่น เนื่องจากความซับซ้อนของปัญหา ใช้กลยุทธ์การเข้ารหัสแบบลำดับชั้นแยกตัวแปรต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่อง อัลกอริทึมสิ้นสุดเมื่อถึงจำนวนรอบสูงสุดหรือเมื่อค่าเหมาะสมที่สุดเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าค่า阚婕