多变量耦合的移动式微电网优化配置研究

Owing to the increasing fossil energy consumption and serious environmental pollution of the traditional transportation, the application of renewable energy and energy storage system into a mobile microgrid provides a solution for the reduction of the cost and greenhouse gas emissions. Unlike microgrids on land, the moving and swinging of the mobile microgrid raises crucial challenges in designing an optimal system, which are associated with uncertainties in solar energy. This optimal sizing study belongs to the optimization problem under consideration of coupled multi-variables and different time scales.. This project focuses on the study of a large oil tanker ship. Firstly, this project establishes a mathematical model of photovoltaic generation system on the shipboard, taking into account the coupled multi-variables. Secondly, a hybrid energy storage system including a supper capacitor, a lithium ion battery, and a lead-acid battery is utilized to smooth the power fluctuations. Finally, the combination of various types of optimization algorithms in time domain and frequency domain is developed to determine the optimal size of hybrid energy storage systems and the outputs of diesel generators. . The goal of this project is to reduce the whole system cost and greenhouse gas emissions by optimally allocating three different energy storage systems, which will create a deep influence on the transportation career.

由于传统运输工具普通存在着的造价高、污染重等问题，将新能源技术应用于移动式微电网解决经济性与环境问题已迫在眉睫。与陆地微电网不同的是，伴有新能源特性的移动微电网不仅受到自然条件的影响，还要受到自身移动和摇摆的影响，因此伴有新能源特性的移动微电网优化配置研究属于多变量耦合及不同时间尺度的优化问题。. 本项目以大型远洋油轮为对象，首先根据船舶出航时间、航行位置及船舶摇摆等情况，建立多变量耦合的船载太阳能光伏发电系统模型；其次，利用包含有铅酸蓄电池、锂电池和超级电容器在内的混合储能系统平抑系统波动；最后，利用时域与频域相结合的优化分析方法，确定不同时间尺度的储能系统容量，优化柴油发电机系统的出力。. 本项目以船舶电力系统经济性和碳排放最佳为目标，综合考虑多变量耦合等因素，优化配置不同时间尺度的储能系统，解决了传统船舶系统成本高、污染重、效率低等问题，具有重要的理论意义和应用价值。

为了解决传统运输工具造价高、污染重、效率低等问题，本项目以船舶移动式微电网为研究对象，结合典型航线，创造性的提出了一种新型混合式优化算法，取得的重要进展如下所述：. （1）根据船舶出航时间、航行位置及船舶摇摆等情况，利用陆地经纬度修正方法，建立了多变量耦合的船载光伏发电系统模型，，揭示了移动式光伏出力规律；（2）为了平抑由新能源及船舶负荷变化带来的系统波动，搭建了包含有铅酸蓄电池、锂电池和超级电容器在内的混合储能系统科学模型，充分考虑了不同类型的储能系统充放电特性；（3）将时域内的智能优化算法与频域内的傅里叶分析方法有机结合，提出一种新型优化配置方法，优化了不同时间尺度的储能系统容量及柴油发电机系统的出力，通过对比分析不同算例，结果表明本项目提出的方法不仅可以提升船舶经济性，还可以降低碳排放；（4）选择伴有光伏发电特性的油轮和全电力船舶电力系统为研究对象，分析了船舶移动式微电网的经济性和环境友好性，为船舶工程建设提供了有效的理论依据。. 本项目以船舶电力系统经济性和碳排放最佳为目标，综合考虑多变量耦合等因素，优化配置了不同时间尺度的储能系统，对船舶电力系统进行了经济性与环境友好性测算，解决了传统船舶系统成本高、污染重、效率低等问题。基于本项目，累计发表9篇高水平论文，其中SCI检索7篇，EI检索2 篇；出版学术专著1部；同时申请相关发明专利2项。