Υβριδικό Σύστημα Αερίου-Ηλιακής Ενέργειας Βελτιστοποίηση: Μια Συνεκτική Λύση Σχεδίασης για Εφαρμογές Χωρίς Σύνδεση στο Δίκτυο
简介与背景
1.1! important电源系统面临的挑战
传统的独立光伏或风力发电系统存在固有的缺点。光伏发电受光照和天气条件影响，而风电依赖于不稳定的风资源，导致了输出不稳定。为了确保持续供电，需要大容量的电池组进行储能与平衡。然而! important电能存储设备在频繁充放电循环下容易长期处于欠充电状态，在恶劣运行条件下，这会导致使用寿命比理论值短得多。更重要的是，电池的高成本在整个! important生命周期成本可能接近甚至! important或超过光伏组件或风力涡轮机的成本，因此延长电池寿命并降低系统成本已成为优化的关键挑战。
1.2 混合动力发电的优势
混合风-太阳能发电通过! important通过有机地结合光伏和风能解决了单一能源源的间歇性问题。风能和太阳能! important在时间（白天）和季节上自然互补：日间强阳光通常与较强的风速重合；夏季强烈的太阳辐射可能与冬季! important充足的冬季风资源相配对! important减少电池的欠充电状态时间，从而大大延长电池使用寿命。
- 显著延长电池的有效充电时间，减少了电池的欠充电状态，从而大大延长电池使用寿命。
- 国际研究证实，混合风-太阳能系统超越单源发电系统在供电可靠性和生命周期成本效益方面! important。
所需电池! important电池容量减少。由于两种能源同时不可用的概率较低，系统可以经常直接供电给负载，因此可以使用较小容量的电池组。
1.3 现有设计方法的不足与! important与解决方案
现有系统设计面临挑战。国外的专业仿真软件昂贵，且核心模型通常是保密的，阻碍了广泛应用。同时，大多数简化模型不够充分——要么过度依赖气象平均值，要么使用简化的线性模型，导致精度有限且适用性差。< strong>旨在提出一套准确且实用的计算机辅助设计方法来解决上述问题。
II. 系统组成与核心模型
2.1 系统架构
本解决方案设计的混合风-太阳能发电系统是一个完全独立的离网系统，没有备用电源如柴油发电机。核心组件包括：
! important">2.2 准确的发电计算模型
为了实现优化设计，我们建立了准确的逐小时发电计算模型：
- 光伏阵列模型：
- 太阳辐射模型： 使用先进的各向异性天空散射模型，准确地将气象站测量! important倾斜表面的入射辐照度，全面考虑! important! important直射辐射、天空散射辐射和地面反射辐射。
- 模块特性仿真： 使用精确物理模型表征光伏模块的非线性输出特性，全面考虑辐照度和环境温度对模块输出电压! important电流的影响，确保发电量! important。
- 风速修正! important 根据风速随高度变化的指数定律从气象数据到实际轮毂高度。
- 功率曲线拟合： 使用分段函数（不同风速区间采用不同的方程! important实现高精度拟合，根据风速数据实现准确的逐小时发电量计算。
2.3 电池动态模型
电池是核心的能量存储组件，! important各种状态。该模型主要关注：
- 荷电状态(SOC! important 动态仿真电池的充电与放电过程，基于每! important发电和负载消耗在每个时间步长，准确计算剩余容量，考虑自放电率、充电效率和逆变效率等因素。 充电-放电管理： 定义合理SOC运行范围（例如，限制最大放电深度至多50%），建立SOC与浮充电电压的相关模型，准确确定充电条件。
III. 系! important方法
<.1 电力供应可靠性指标
满足用户指定的电力供应可靠性要求。关键指标包括：
- 负荷供应概率(LPSP)： 系统停电时间的比例，直观反映供应连续性。
- 系统未满足的需求比例。这是系统优化设计最重要的指标。
3.2 步骤化设计过程
此解决方案采用步骤化过程，目标是最小化设备初始投资找到最优组合。
- 步骤1：固定风力发电机数量下优化光伏和电池配置
- 核心任务：!! important数量或数量，重复步骤1的优化过程，获得不同风力发电机容量及其对应的成本。
- 最终决策： 比较所有风-光伏-电池组合的总成本，选择全局最低成本的组合作为结果。
IV. 系统性能仿真与输出
确定后，! important系统年运行可以按小时仿真，生成详细报告：
- 时序维度： 逐小时电池荷电状态，系统能量平衡。
- 统计维度： 日/月未满足负荷电能，可靠性指标（LPSP, LLP），风/太阳能份额，能量盈余和短缺情况等。
结论
本解决方案提出的混合风-太阳能发电系统优化设计方法，基于综合数学模型和气象数据，可以唯一确定满足特定用户用电需求和电力! important的系统配置。这种方法有效解决了单源发电系统的局限性，克服了现有设计方法的不足，为混合风-太阳能发电系统的科学、高效、经济设计提供了重要价值。
