包含储能电池的并网光伏电站的功率预测与实时能量管理研究

【摘要】：由于光伏发电受地理位置、天气状况和外界环境等条件的影响巨大,导致光伏电站的电能输出具有明显的间歇性、随机性,也就导致了光伏电站内部的光伏组件和储能系统、光伏电站与大电网之间的功率交换过程复杂化。光伏电站可以从电力公司购电,也可以售电给电力公司,有偿的为电网提供“削峰填谷”和紧急功率支持等服务。本文以青海某1MW光伏电站为研究对象,对其能量管理的基本理论和管理策略进行了探究,其中包括光伏发电功率短期预测和实时能量管理。准确的预知光伏组件在未来某段时间内的发电功率,对光伏电站内的光伏组件和储能系统的最优配合、经济调度、最优潮流等具有着深远意义。为此,本文基于Elman神经网络理论研究光伏发电功率短期预测模型。首先,研究了气象因素(如太阳辐照度、温度等)与光伏发电功率的相关性;其次,搭建了基于Elman神经网络的光伏发电功率短期预测模型,确定模型的输入层、隐含层、输出层和承接层的神经元数目,并定量评估了不同天气类型下的预测模型的预测精度。与BP神经网络算法和NSET算法作对比分析研究,验证本文所采用的预测模型算法比这两种算法的预测精度都高。光伏发电的出力波动剧烈,不宜独立向负荷供电,需要同其它储能装置配合使用。此外,光伏电站并网运行改变了系统中的潮流分布,所以需要对光伏单元、储能系统和大电网之间的能量进行管理,实现光伏电站稳定并网、高效经济运行。针对光伏单元在并网运行中面临的能量管理问题,本文建立了一种并网光伏电站实时能量管理模型。首先,从凌晨0:00到24:00划分为峰、平、谷三个时段;然后随时跟踪储能蓄电池的荷电状态SOC,根据当前时刻所处在的不同时段和蓄电池的SOC情况采用不同的能量调度模型;同时需要考虑储能蓄电池及其配套装置成本等;最后通过算例验证了本文所提出的方法不仅可以实现光伏电站的经济运行,还可以辅助大电网进行“削峰填谷”。 【关键词】：光伏电站 Elman神经网络 功率预测 能量管理 经济运行
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题研究的背景和意义8-11
• 1.2 国内外的研究概况和发展趋势11-15
• 1.2.1 光伏预测技术的发展概况11-14
• 1.2.2 能量管理的发展概况14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 第二章 光伏电站系统结构16-26
• 2.1 光伏电池的工作特性16-19
• 2.1.1 光伏电池的工作特性分析16-18
• 2.1.2 光伏电池最大功率特性分析18-19
• 2.1.3 光伏发电系统19
• 2.2 储能蓄电池的系统特性19-21
• 2.2.1 蓄电池的种类19-20
• 2.2.2 铅酸蓄电池的特性20-21
• 2.2.3 蓄电池的容量匹配21
• 2.3 双向DC/DC变换器21-23
• 2.4 DC/AC逆变器23-24
• 2.5 PV-BESS系统的能流模型24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 光伏发电功率短期预测26-44
• 3.1 样本数据预处理26-29
• 3.1.1 数据预处理原则26-27
• 3.1.2 预测模型输入数据归一化处理27
• 3.1.3 剔除异常数据27-28
• 3.1.4 提取特征子集28-29
• 3.2 光伏发电的功率特性分析研究29-31
• 3.2.1 太阳辐照度对光伏发电功率的影响29-30
• 3.2.2 不同天气类型对光伏发电的影响30-31
• 3.2.3 温度对光伏发电功率的影响31
• 3.3 Elman神经网络31-34
• 3.3.1 Elman神经网络结构32-33
• 3.3.2 Elman神经网络学习算法33-34
• 3.4 Elman神经网络短期预测模型34-39
• 3.4.1 Elman神经网络短期预测模型34-35
• 3.4.2 发电功率短期预测35-39
• 3.5 Elman神经网络与NSET建模对比分析研究39-41
• 3.6 Elman神经网络与BP神经网络建模对比分析研究41-42
• 3.7 预测模型结果评估42-43
• 3.8 本章小结43-44
• 第四章 并网光伏电站的能量管理研究44-58
• 4.1 电站实时能量管理策略研究44-46
• 4.2 系统能量调度模型的建立46-51
• 4.2.1 能量调度模型一46-47
• 4.2.2 能量调度模型二47-49
• 4.2.3 能量调度模型三49-50
• 4.2.4 能量调度模型四50-51
• 4.3 系统运行的目标函数与约束条件分析研究51-53
• 4.3.1 目标函数51-52
• 4.3.2 约束条件52-53
• 4.4 算例分析53-57
• 4.4.1 基础数据53-54
• 4.4.2 算例结果54-57
• 4.4.3 结果分析研究57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 5.1 研究工作总结58-59
• 5.2 今后的工作展望59-60
• 参考文献60-65
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果65-66
• 致谢66

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