电子信息前沿技术丛书海域微电网优化配置与调度

节选

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第3章海域微电网电源优化配置与调度中的理论基础
3.1海域建设微电网的特殊性和模型的修正
针对海岛上光照强度和风速情况与陆地环境存在的差异，首先要对光照强度、风速进行相应的修正。储能装置在海岛微电网中的*主要作用就是“平衡”海岛微电网中瞬时发电功率和负荷需求功率间的功率差值。供、需方的功率差值是影响储能装置设计容量的关键。所以，本章主要围绕微电网中发电设备的发电功率估算来进行。而光伏发电功率和风力发电功率受光照强度和风速影响，只有获取了准确的光照强度和风速数据才能进行较好的发电功率估算。但通常我们从气象局获得的是水平面上的全年光照强度数据和一定风速计测量高度处的风速数据。实际光伏发电单元为尽量吸收太阳辐射，光伏阵列与地面有一定的倾斜角，从相关部门获得的水平面上的光照强度数据无法直接使用，需要将其折算到光伏阵列的倾斜面上。与光伏发电类似，在风力发电中风速与海拔高度呈正相关关系，为尽量利用风能资源，通常将风力机的塔架建得较高，也需要将测得的风速折算到风力机轮毂处的风速。所以本章还将对自然资源数据折算进行介绍。
3.1.1光照强度的修正模型
太阳辐射包括来自太阳本身的直接辐射部分和来自云层、水蒸气及其他空气微尘的漫反射部分。漫反射部分包括地面反射和其他来自当地建筑物等周边环境的部分反射。
目前，计算倾斜面上的光照强度的模型较多，常用的有1963年的Liu�睯ordan模型、1986年的Koronakis模型、1981年的Hay�睤avies模型、1990年的Reindl模型、2002年的Badescu模型和2006年的HDKR模型。2006年的HDKR模型较为完善，它结合了Hay�睤avies模型、Klucher�睷eindl模型［1］，将直射、反射和各种形式的漫反射(如各向同性漫反射、太阳周边的漫反射等)加入太阳辐射方程而形成了一种新模型。
在计算光伏板倾斜面上的总太阳辐射光照强度时，需要用到一些描述地理与太阳之间的位置的参数。下面进行简要介绍。 太阳赤纬角δ是指太阳光线与地球赤道的夹角。太阳赤纬角每天都在变化，太阳赤纬角的计算公式如式(3��1)所示［2］。
δ=23.45°sin360°284+n365(3��1) 式中，n为一年中从元旦(1月1日)算起的日期序号。
太阳时角ω用来描述太阳的位置随时间的变化，其表示太阳在当地子午线东方或者西方的角度位移，中午之前为负值，中午之后为正值，故上午为负数，下午为正数。正午太阳时角等于0°，从正午开始每小时变化15°。太阳时角计算公式如式(3��2)所示。
ω=15°ts-12(3��2) 式中，ts为直太阳时，以24小时计，ω的单位为度/时。
太阳时ts与当地标准时间(当地时钟所指示的时间)不同，因此需要对当地标准时间进行相应的修正。太阳时计算公式如式(3��3)所示。
ts=tc±L-Lst15+E(3��3) 式中，tc为当地标准时间(小时)，L为当地的经度(度)，Lst为当地计时标准对应的地方子午线的经度(度)（西经取负号，东经取正号），E为时差(小时)。
时差E的表达式如式(3��4)所示。
E=3.82(0.000075+0.001868cosB-0.032077sinB- 0.014615cos2B-0.04089sin2B)(3��4) 式中，B=360°n-1365，n为一年中从1月1日算起的日期序号。
入射角θ是指太阳光线与倾斜面法线间的夹角，具体计算公式如式(3��5)所示。
cosθ=sinδsin�糲osβ-sinδcos�約inβcosγ+cosδcos�糲osβcosω+ cosδsin�約inβcosγcosω+cosδsinβsinγsinω(3��5) 式中，β为光伏板倾斜角(度)，γ为方位角(度)，�嘉�纬度(度)，δ为太阳赤纬角(度)，ω为太阳时角(度)。一般在北半球取方位角γ为0°，表示光伏电池板正对正南方安装，南半球一般取γ为180°，总之是正对赤道的方向。
天顶角θz是地面垂直线与太阳位置之间的夹角。例如，当太阳在正头顶位置时，天顶角为0°； 当太阳在水平面上时，天顶角为90°。
cosθz=cos�糲osδcosω+sin�約inδ(3��6) 光伏板倾斜表面上的光照强度T包括直接光照强度、来自云层、水蒸气及其他空气微尘的漫反射部分和地面及海平面上的反射光照强度。具体计算公式如式(3��7)所示。
T=B+D+R(3��7) 式中，B为该时段倾斜面上的直接光照强度，D为该时段倾斜面上的天空漫反射光照强度，R为该时段的反射光照强度。

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本书特色

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全书主要介绍海域微电网，尤其是远离内陆的海域微电网的优化配置和调度方法。首先，介绍波浪能、潮流能、海上风能和海上光伏、海水淡化等多种海域可再生能源/特有电力负荷的电力特性及数学模型。然后，针对海域微电网的可再生能源高渗透、可再生能源发电装置出力的强随机性的特点，介绍多种可计及并处理这种随机性的潮流算法和优化技术。*后，通过不同需求场景下的案例，介绍海域微电网多能源集成的优化配置问题或优化调度问题的数学模型、解决思路和优化流程。
本书适合关注海洋能源开发的读者使用； 同时可供从事微电网和可再生发电集成的电气工程师或教育工作者，以及电气类高年级本科生和研究生使用。

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内容简介

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全书主要介绍海域微电网，尤其是远离内陆的海域微电网的优化配置和调度方法。首先，介绍波浪能、潮流能、海上风能和海上光伏、海水淡化等多种海域可再生能源/特有电力负荷的电力特性及数学模型。然后，针对海域微电网的可再生能源高渗透、可再生能源发电装置出力的强随机性的特点，介绍多种可计及并处理这种随机性的潮流算法和优化技术。很后，通过不同需求场景下的案例，介绍海域微电网多能源集成的优化配置问题或优化调度问题的数学模型、解决思路和优化流程。
本书适合关注海洋能源开发的读者使用； 同时可供从事微电网和可再生发电集成的电气工程师或教育工作者，以及电气类高年级本科生和研究生使用。

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作者简介

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·工作简历：
1998年7月年工作以来，历任讲师、副教授，2005年任电气工程研究所副所长。自动控制专业学士、电力系统及其自动化专业硕士、控制理论与控制工程专业博士学位，2008年进入核科学技术博士后流动站。
·研究领域：
分布式发电系统的分析与管理、微网科学构建与能量管理、绿色船舶发电、大型船舶及IPS的复杂电力系统分析、新能源融入后电力系统的管理与控制研究。
·学术兼职：
中国电工技术学会高级会员、IEEE Member、国家及北京市自然科学基金项目评议专家
·论著：
发表论文40多篇，其中SCI/EI检索35篇，包括仪器仪表学报、东南大学学报、船舶工程、IEEE IECON工业电子协会学术年会、IEEE CEC进化计算年会、APPEEC亚太电力与能源等期刊和国际会议。
·译著：
《Modern Power System》 清华大学出版社
《Modern Optimization Techniques with Applications in Electric Power Systems》机械工业出版社

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目录

第1章 绪论1．1 海域电网概述1．2 微电网规划与调度研究的研究意义1．3 海岛微电网的研究现状1．4 海岛微电网规划的研究现状1．5 海岛微电网电力调度的研究现状1．6 本书主要内容参考文献第2章 海域可再生能源的发电特性和模型2．1 波浪能发电2．2 海域光伏发电2．2．1 光伏电池的分类2．2．2 光伏电池的工作原理2．2．3 光伏电池的主要特性2．2．4 光伏发电功率模型2．3 海域风力发电2．3．1 风力发电机分类及结构2．3．2 风力发电机的工作原理2．3．3 风力发电机的输出特性2．3．4 风机的发电功率模型2．4 储能单元2．4．1 蓄电池2．4．2 超级电容器2．4．3 抽水蓄能技术2．4．4 飞轮储能技术2．4．5 超导磁储能技术2．4．6 压缩空气储能技术参考文献第3章 海域微电网电源优化配置与调度中的理论基础3．1 海域建设微电网的特殊性和模型的修正3．1．1 光照强度的修正模型3．1．2 风速的修正模型3．2 基于BP神经网络的预测算法3．2．1 BP神经网络原理3．2．2 BP神经网络在短期风电输出功率预测中的应用3．2．3 BP神经网络短期负荷和风电功率预测实例研究3．3 概率性潮流算法3．3．1 2m+1法简介3．3．2 计算方法及实现3．4 基于Pareto的多目标粒子群算法3．4．1 Pareto多目标决策的简介3．4．2 Pareto多目标决策的基本定义3．4．3 基于Pareto的多目标粒子群算法3．4．4 测试函数3．5 时序准稳态仿真法3．6 基于小生境技术的多目标粒子群（MOPSO）算法3．7 基于模糊理论的推荐折中解的求取方法参考文献……第4章 基于二元混合储能的海岛微电网的优化配置第5章 基于概率潮流算法（点估法）的海岛微电网电源的优化配置第6章 主动重构思想在海岛微电网优化调度中的运用第7章 计及可再生能源融入的电力系统安全约束经济调度第8章 考虑分布式电源随机性的海岛微电网优化调度研究第9章 基于机会约束模型（CCPM）的海岛微电网优化调度研究第10章 基于双层多目标算法的DG*优接入研究第11章 基于经济性与可靠性分析的DG优化研究附录A

封面

书名:电子信息前沿技术丛书海域微电网优化配置与调度

作者:刘宏达

页数:179

定价:¥79.0

出版社:清华大学出版社

出版日期:2019-09-01

ISBN:9787302531180

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