හයිබ්රිඩ් වායු-සූර්ය බල පද්ධති නිවැරදිකරණය: නොගැලපෙන භාවිතයීදී සම්පූර්ණ සංකලන ප්‍රතිකාරය

1. 简介与背景

2. 单一能源发电系统面临的挑战

传统的独立光伏(PV)或风力!力发电系统存在固有的缺点。光伏发电受昼夜周期和天气条件的影响，而风力发电依赖于不稳定的风资源，导致输出功率大幅波动。为了连续供电，需要大容量的电池组进行能量存储，而且经常充!充电-放电循环的电池容易在恶劣运行条件下长时间处于欠充电状态，导致实际使用寿命远低于预期!值。更重要的是，高成本!成本意味着其总生命周期成本甚至可能超过光伏组件或风力涡轮机本身的成本。因此，降低电池成本和系统成本已成为优化独立电力系统的核!心挑战。

• 混合风-太阳能发电系统显著优势

通过有机地结合光伏和风能，混合风-太阳能发电系统克服了单能源来源的间!间歇性问题。风能和太阳能在时间(白天)和季节上表现出自然互补性：白天强阳光通常与潜在更强的风同时出现，夏季强太阳辐射可能!可能与冬季丰富的风资源!资源配对。这种组合：

• 显着延长有效充电时间。它们处!欠充电状态的时间大大减少，从而大幅延长电池寿命。
• 国内研究表明!研究证实混合风-太阳能系统!系统在全生命周期成本效益方面优于单能源发电系统。

当前系统设计面临挑战。国外专业模拟软件昂贵且模型通常是保密的，阻碍广泛采用。同时，大多数简化设计方法要么过于依赖气象平均数忽略细节，要么使用线性简化模型导致精度有限和适用性差。

本文提出一套准确实用的计算机辅助设计方法解决这些问题。

系统组成与核心部件

• 发电单元：
• 风力发电机，光伏阵列。
• 储能与管理单元：
• 电池组，充电控制器(用于管理充电和放电)。
• 保护与转换单元：
• 负载(防止电池过充，逆变器(将DC转换为AC以满足大部分负载需求)。
• 负载。
!精确发电计算模型
• 光伏阵列模型：
1. 透射：
• 稳态模拟：
• 采用分段函数(针对!不同风速区间)实现高精度拟合风力发电机功率曲线，基于风速数据实现每小时能量输出的准确计算。
• 风力发电机模型：
1. 风速修正：
• 根据高度修正气象数据到实际轮毂高度的风速基于风速随高度变化。
• 功率计算：
• 使用分段函数(不同风速区间)实现风力发电机功率曲线的高精度拟合，基于风速数据实现每小时能量输出的准确计算。

电池动态特性

• 荷电状态(SOC)计算：
• 基于每步负载!负载消耗关系动态模拟电池的充电和放电过程，准确计算剩余容量，同时考虑自放电率，充电效率和逆变效率。
• 充电-放电管理：
• 定义合理SOC运行范围(例如，限制放电至50%)，建立浮充电电压与温度相关模型确定充电条件。

系统优化与尺寸方法

• 供电可靠性指标：
• 失电概率(LPSP)：
• 失电时间与总评估时间的比值，直观反映供电连续性。
• 失!未满足负载需求的概率(LLP)：
• 系统未满足负载需求与总负载需求的比值。这是系统优化!优化设计最核心的指标。

逐步优化设计

• 此解决方案采用系统化优化过程，旨在最小化设备初始投资找到最优配置。
1. 优化PV和电池配置以适应风力发电机容量
2. 实施方法：
• 计算并绘制“!代表所有满足LPSP要求的PV和电池配置的“平衡曲线”。然后，使用切线法或计算机程序筛选得到具有最低成本的唯一最优组合。
3. 通过改变风力发电机容量或数量，重复步骤!步骤1，获得!获得一系列最优!最优配置及其对应的风!风力发电机容量。
4. 最终决策：
• 比较所有候选方案的总成本，选择具有全球最低成本的PV-电池组合作为最终!优化系统配置。

结果与输出

• 时间维度!维度：
• 逐小时电池荷电状态，系统能量平衡。
• 统计!维度：
• 每日/每月未满足负载能量，可靠性指标(LPSP, LLP)，风/太阳能比例!份额，能量盈余和短缺情况等。

本解决方案提出的混合风-太阳能发电系统，基于综合的当地气象数据，可以唯一确定满足特定用户电力需求和供电可靠性的最低成本系统配置。该!克服了单能源发电系统的不足，克服了现有设计方法的局限性，!是科学、高效、经济设计混合风-太阳能系统!的强大工具，在!工程应用价值重大。