风光互补发电1-CAD

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1、万方数据第24卷第4期太阳能学报vd24．N。42003年8月AcTAENERGJAEs0I。ARlssIN㈦AAIJg，2003文章编号：0254．0096【2003】04054008风光互补发电系统的优化设计(I)CAD设计方法艾斌1一，杨洪兴2，沈辉1，廖显伯3(I叶]国科学院广州能源研究所，广州510070：2香港理工大学屋宇设备工程系，香港儿止3中国科学院、r导体研究所，北京100083)摘要：给出了一整套利用cAD进行M光互补发电系统优化设计的方法。为了精确确定系统每小时的运行状态，采用了更

2、精确地表征组件特性及评估实际获得的风光资源的数学模型。为，寻找出以最小设备投资成本满足用户蹦电要求的系统配臂，首先在风力发电机容量固定不变的前提下，计算了与该容萤风力发电机匹配的不同容量的Pv方阵和蓄电池所组成的风／光／蓄组合的全年功率供给亏欠率LPSP，根据总的设备投资成本最小化的原则筛选出一组与该容量风力发电机对应的满足用户给定系统供电可靠性即I，PsP值的风／光／蓄组合；然后通过改变风力发电机的容量，优选出多个与小同容茸风力发电机对应的既能满足用户用电要求同时总的设备购置成本又是最低的风／光／蓄组

3、合．比较它们的成奉最终唯一确定m以最小投资成本满足用户用电要求fl勺优化的系统配置。关键词：风光瓦补发电系统；优化设计；cAD方法中图分类号：TK614文献标识码：AO引言由于昼夜的更替和天气变化的影响，使用单独的光伏或风力发电都存在发电量小稳定的缺陷，往往需要采用较大容量的蓄电池来平衡供电。而风、光系统中的蓄电池又工作在非常苛刻的条件下，不但始终处于时断时续频繁的充放电循环之中，甚至还会K期处于亏电状态。这种非理想的工作条件使得蓄电池的实际使用寿命般都比较短，而目前蓄电池的价格又相当昂贵，风、光系统使

4、J口寿命期内的蓄电池总成本已接近甚至大下购买单独的Pv组件或风力发电机的成奉，如何最大限度的延长蓄电池维的使用寿命足光伏系统设计人员极需解决的重大问题。利用风光互补发电可以有效延长蓄电池的充电时问，大大缩短菁电池处于亏电期的时间，进而延长其使用寿命；另一方面，风光互补发电两者同时不供电的几率很小，并且在很多情况下可以直接向负载供电，这就大大降低了对蓄电池储能的要求，即可以使用更小容量的蓄电池。国内外的研究结果都表明风光虿补发电是一种比单一光伏或风力发电更经济的选择。收稿日期：2002．11．29基金项目

5、：国家重点科技攻关计划(96A”【}8一()1)：中国科学院】90R年度光电转换及功能材料“百^计划”项目资助众所周知，合理的匹配设计是充分发挥风光互补发电优越性的关键。准确台理的匹配设计可以保证蓄电池T：作在尽可能理想的条件下，最大限度地延K蓄电池的使用寿命，降低供电成本，获得以最小投资成本达到满足用户用电要求的效果。近年来，国外已相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能表现和供电成本可以优化出最佳的系统配置L1_(，由于这些工具软件包的价格不匪，大

6、部分光伏系统设计人员无法使用到这样的软件工具；另一方面，作为商业秘密，模拟所使用的裁征风力发电机、Pv组件和蓄电池特性的数学模型也未被公开。有许多工作致力于探索一种相对简单的设计光伏及其互补发电系统的方法，然而它们叫J的绝大部分忽略了系统性能的精确确定。有螳工作把重点放在气象数据的统计学特征对系统性能的影响ko或组件特性的非线性和系统操作方案对系统设汁的影响_31；还有一些工作以时间为步长进行系统性能的模拟，并以此为基础试图找出连系有限个气象特征参数和系统配置关系的公式。然而模拟所使用的表万方数据4期艾

7、斌等：风光互补发电系统的优化设计(f)征组件特性的数学模型往往过于简单，譬如用线性模型表征组件特性；另外，负载通常也被假定是恒定不变的，这些都造成了所推导出的公式的适用范匍非常有限【4t5。6f。Borowy等人给出了一种更直接的确定风光互补发电系统巾蓄电池和Pv方阵最佳容量组合的方法门。然而他们直接使用了PV组件和蓄电f电的个数来设计系统，并术将PV组件和蓄电池的串联数和并联数区分开来，事实上在设计系统时两者需要分丌考虑。另外，确定系统工作状态所使用的表征组件特性及评1士实际获得的风光资源的数学模型也

8、需要进一步完善。本文将在文献[7]的基础P，给出一整套利用cAD进行风光互补发电系统优化设计的方法。为了精确确定系统每小时的运行状态，该方法采用了更精确的表征组什特性及评竹实际获得的风光资源的数学模型。为了寻找出以最小设备投资成本满足用广川电要求的·组风／光／蓄组合，本文首先在风力发电机容量一定的前提下确定出与该容最风力发电机对应的满足用户用电要求同时总的设备购置成本义是最低的一组风／光／蓄组合，然后通过改变风力发电机的容量，由程序筛选出多