霍克锂电池已安装的微网型光伏/电池/电动汽车并网系统的实验性能分析

全球动力需求首要根据化石燃料，估计将敏捷增加。有必要尽力减少碳排放和减缓气候变化，以保证可继续和清洁的开展。近年来，可再生动力和储能系统占比的增加、电动汽车（EV）的开展、动力功率和需求侧处理（DSM）的推行已成为当今的处理方案技术。微电网（MG）触及几个发电和储能单元的互联，这些单元可以在本地独立工作，也可以联接到电网一同工作，也是一种非常有用的新式技术。这项研讨答应实验工作和功用分析一个并网光伏（PV）/电池/电动汽车MG混合系统，用于最大化光伏自用和DSM政策。整个微电网由两个子系统组成（子系统1为2.16千瓦的多晶硅光伏阵列，子系统2为2.4千瓦的单晶硅光伏系统，配备6.1千瓦时锂离子电池容量的电动汽车），于2018年8月在法国穆尔豪斯的大学理工学院户外条件下设备。在有无电动汽车联接的状况下，对包括逆变器、电池和电网在内的系统组件的操作和行为进行了分析。结果闪现，在整个系统操作周期内，估计注入到电网的总累积能量为3466.82和5836.58千瓦时。

微电网，光伏，电动汽车（EV），自用，需求侧处理（DSM），动力处理

导言

《联合国气候变化结构公约》于2015年在巴黎通过，旨在减少气候变化的影响和风险，并将全球平均气温升幅控制在远低于2摄氏度乃至1.5摄氏度的水平[1]。2018年，根据化石燃料的动力出产所导致的温室气体排放到达了历史性的331亿吨。这是不断增加的动力消耗所带来的影响[2]。快速的人口增加和经济开展的结果是，全球动力需求每年增加约8-10%，估计到2040年将到达40%，如图1所示。根据猜测，可再生动力（RE）将是增加最快的动力来源，到2040年将供给14%的一次性动力[3]。

Fig. 1:

猜测的全球动力消耗量 1970-2040年[3]。

欧洲当时面对的一项应战是减少动力消耗，特别是在建筑领域，该领域占总能耗的>40%和约55%的电力消耗，并占GHG排放的24%[4]。为此，欧盟法规鼓舞推行和前进动力功率，开展可再生动力方案和现场发电，以促进运用太阳能光伏和太阳能热技术的近零能耗建筑（NZEB）[5]。在许多国家，光伏（PV）动力是最重要的可再生动力之一，近年来全球设备容量明显增加。自2007年以来，全球设备的光伏容量增加了>4000%，到2017年已到达98吉瓦（包括并网和离网），几乎是总装机容量402吉瓦的三分之一，到2018年底将逾越500吉瓦[6-8]。电动车辆（EV）技术也是如此，呈指数级增加，2018年逾越310万辆，而2011年为61万辆[9]。

光伏技术被用于满足不同领域和运用的动力需求，文献[10]中主张将其用于电动汽车的充电。一般来说，光伏设备首要有两种类型：并网系统和离网系统，后者也被称为独立系统。因为其易于设备且无需电池储能系统，离网系统在住所建筑中被更广泛地选用。在这种配备下，与电力电网进行能量交换，当需求电力时从电网购买动力，当光伏系统产生的动力相对于建筑负载更多时，将剩余的动力卖给电网[11]。

现在，分布式发电（如光伏、太阳能热能、生物质和风力涡轮机）的近期趋势日益明显，这导致混合多发电和微电网（MG）系统的运用增加，以满足电力需求，这在可继续性和动力安全方面都具有重要意义[12, 13]。微电网能量系统在向智能电网演进的过程中是自可是然的一步。从本质上讲，该系统是由分布式发电技术组成的主动配电网络，这些技术坐落负荷中心附近，以在配电电压水平上为特定区域供电[14]。微网中运用的发电机一般是根据本地分布式发电、存储以及各种可控乃至不可控负载的可再生和/或非常规分布式动力资源。此外，因为其自主工作的优势，微网在各个领域和运用中引起注重，例如村庄和偏远地区的电气化、工业、社区、住所等[15]。微网可以在交流电（AC）、直流电（DC）或两者的组合下工作。图2闪现了一个微网的一般结构示例。该结构包括两个交流和直流母线、功率转换器、电源和储能单元，当然还有联接的负载[16]。

Fig. 2:

混合微电网的结构示例。

在联接方面，微网可以在两种方式下工作：自主方式和并网方式。在自主方式下，微网为全部联接的负载供给电力。另一方面，当微网处于并网方式时，它会与电网和其他系统中的微网进行电力进出口。此外，可再生动力可以用来减少负荷曲线上的峰值和谷值，然后减少电力缺少和本钱[14, 15, 17]。

根据[16, 18]，微电网的利益包括优化动力运用、减少温室气体排放、前进动力质量、减少动力损失和电网拥堵以及前进动力功率。此外，它消除了为偏远负荷供电而出资额外发电和输电基础设施的需求。近年来，储能电池集成到电力微电网中现已得到了相当多的注重。此外，电网级微电网系统是增加可再生动力运用的手段，包括高效的热电联产和/或三联产系统。根据可再生动力（RES）的微电网的实用性在于它们可以用来下降电力的碳强度，并实现到2050年的全球脱碳政策，其中工作本钱和排放首要取决于所运用的分布式动力资源的类型[19]。

关于用于不同运用和世界各地不同部分的MG技术的研讨文献有许多。这些研讨一般触及微电网的规划与规划方面、标准确认、控制和能量处理、优化和查看。

文献中研讨了多种动力配备，这些配备包括不同的可再生和非可再生组件，如燃料电池、燃气轮机、氢气出产设备、风力涡轮机、热能贮存系统、抽水蓄能系统、微型涡轮机、抽水蓄能、柴油发电机和联产供热。

这些不同的电力动力系统和微电网的研讨是在考虑许多经济参数的状况下进行的，包括经济本钱、动力本钱或平准化动力本钱、微电网本钱、净现值、工作本钱、出资回报期、污染本钱、运用寿数效益和年度电费。

技术目标也包括在内，如动力生成、电力消耗、剩余能量（EE）、工作功率、优化自用、优化问题、功率平衡、可再生动力和睦指数、可靠性指数、系统安全、独立性功用指数、断电概率、能量处理系统和电压误差，此外还有环境参数，例如温室气体排放和排放本钱EC。

如表1所示，根据文献[20-52]中的研谈论文，许多的软件和许多算法被用于动力系统的研讨和优化，包括分析问题分析、人工神经网络、鸟群搜索算法、能量流处理算法、遗传算法、混合经济模型猜测控制、迭代优化方法、多智能系统统、蛾焰优化算法、混合整数线性规划、混合整数非线性规划、多政策鸟群搜索算法、多政策寻优算法、粒子群优化、随机折衷规划和双档案多政策进化算法。一般代数建模系统、多种动力的混合优化（HOMER）、矩阵实验室和瞬态能量系统仿真程序是一些常用的软件。

微电网文献研谈论文

架构	方式	分析的目标 .	方法论	Ref. .
光伏/电池微电网	Grid-connected	EG交流	通用航空	[ 20 ]
MGS-based PV/PHS	Grid-connected	AEC、PSP和LTM	人工神经网络	[ 21 ]
PV/WT/battery/DG	Off-grid	LCOE, REFI	荷马	[ 22 ]
PV/battery/DG	Off-grid	CoE、VD和CE	通用航空	[ 23 ]
PV/DG/battery/EV	Grid-connected	CE、OE和SS	MSOA	[ 24 ]
WT/ESS/TSS/PHEV/CHP/boiler	Grid-connected	TC、EC和CPS	混合整数非线性规划问题	[ 25 ]
PV/battery/CHP/MT/FC	Grid-connected	MGC和EC	暖通空谐和需求侧处理	[ 26 ]
根据MGS的PV/ABESS系统	Grid-connected	RI	马尔可夫	[ 27 ]
PV/WT/DG/FC/MT/battery	Grid-connected	单位产品本钱、CO2排放和本钱	特别收容方法	[ 28 ]
光伏、储能和建筑一体化光伏	Grid-connected	OSC	欧洲金融处理协会	[ 29 ]
PV/WT/BESS/TESS/FC/boiler	Grid-connected	TC、GHE排放和FC	粒子群优化算法	[ 30 ]
根据SB的CHP/电池/TS	Grid-connected	OC	GAMS，MIP	[ 31 ]
Microgrid-based PV/battery/WT	Grid-connected	电磁波	MPC	[ 32 ]
PV/battery/DG	Off-grid	中心、边际和节点	荷马	[ 33 ]
PV/WT/battery/DG	Grid-connected	可靠性、本钱和排放	TA-MaEA	[ 34 ]
PV/battery/WT/DG/HPS/EV	Off-grid	中心辐射点、边际发射器、排放、非相干光和射频	世界移民安排	[ 35 ]
PV/wind/battery	Grid-connected	本钱	HempC	[ 36 ]
HES-based PV/battery/DG	Off-grid	排放、未满足负荷和总悬浮物浓度	粒子群优化算法	[ 37 ]
PV/battery	Grid-connected	非玩家人物、中心辐射点与排放	荷马	[ 38 ]
PV/WT/battery/biodiesel	Off-grid	OC	混合整数线性规划	[ 39 ]
PV/wind/battery/diesel	Off-grid	非线性功率控制器、控制环路、排放和功率质量	HOMER和MATLAB®	[ 40 ]
根据光伏/电池/风能混合动力系统	Off-grid	LPSP	CSA和GA	[ 41 ]
PV/battery/wind/GT	Grid-connected	OC	MFOA	[ 42 ]
HES-based PV/WT/battery	Off-grid	中心、LPSP和OC	GA, HOMER	[ 43 ]
PV/battery/FC/HPU	Off-grid	控制	MATLAB®	[ 44 ]
根据光伏/电池的混合动力系统	Off-grid	中心、LPSP和OC	蒙特卡洛	[ 45 ]
PVSHP/ESS/VE	Grid-connected	电压和损耗	MAS	[ 46 ]
HES-based PV/battery/WT	Off-grid	非玩家人物和中心辐射点	MATLAB®, HOMER	[ 47 ]
HES-based PV/battery/WT	Grid-connected	RI	TRNSYS	[ 48 ]
并网型微电网	Grid-connected	中心、排放和总净功率消耗	荷马	[ 49 ]
光伏/柴油混合动力系统	Off-grid	排放量、LPSP和NPC	MOCSA	[ 50 ]
PV/battery/DG/hydrogen	Off-grid	非玩家人物，中心辐射点，反响频率，排放	荷马	[ 51 ]
光伏/电池/分布式发电机箱 MG	Off-grid	排放和总净功率消耗	荷马	[ 52 ]

燃料电池；燃气轮机；氢气出产单元；风力涡轮机；热能贮存系统；微型涡轮机；抽水蓄能；柴油发电机；联合供热供电；经济本钱；动力本钱；平准化动力本钱；微网本钱；净现值；工作本钱；寿数效益；年电费；发电量；剩余能量；工作功率；优化自用率；可再生动力和睦指数；可靠性指数；系统安全；独立功用指数；断电概率；电压误差；人工神经网络；乌鸦搜索算法；能量流处理算法；遗传算法；混合经济模型猜测控制；迭代优化方法；多智能系统统；蛾焰优化算法；混合整数线性规划；混合整数非线性规划；多政策乌鸦搜索算法；粒子群优化；随机折衷规划；双档案多政策进化算法；通用代数建模系统；HOMER（多种动力资源混合优化）；MATLAB®（矩阵实验室）；TRNSYS（瞬态能量系统仿真程序）；HES（混合动力系统）。

表1总结了关于MGs的各种研讨报告、运用的配备、联接方式、分析的衡量以及MG分析方法。根据表1中列出的综合文献，可以总结出以下重点：

• 关于MGs的研讨有许多，这些研讨标明它们作为一种根据RES的新发电技术，可以减少CO2排放和气候变化问题；

• MGs根据RE、非常规动力、不同类型的储能以及不同的负荷需求可以采纳多种配备。可是，在这些研谈论文中，像PV/电池/电动汽车这样的全可再生动力配备很少被谈论；

• 关于MG分析方法，包括标准、操作可行性、控制、能量处理和功用分析，大多数方法是通过不同算法和软件的模拟进行分析的；可是，在实在条件下的实验分析更好，这在大多数查看的论文中是缺失的；

• 从运用视点来看，人们发现MGs被用于各种运用中，包括村庄电气化、偏远地区、供水等。相比之下，学术机构中的MGs非常有限；

• 关于微网储能的政策，光伏自用最大化这一政策并未被广泛提及。

可是，本文旨在处理文献中查看的全部差距。它首要注重在法国穆朗大学技术学院（IUT）户外条件下设备的完全根据可再生动力的混合发电系统的实验工作、功率功用分析和能量处理。研讨的首要重点是实验分析一个光伏/电池/电动汽车并网发电系统，考虑到发电系统中每个组件的行为，该系统由两个子系统组成，包括两种不同技术的两个光伏发电机（一辆电动汽车、一个电力储能系统、动力转换器、主电网和电力负载）。该发电系统的政策是通过最大化本地出产的动力的光伏自消耗来处理当地的消费负载，以减少对传统电网的依赖。分析了两天内系统组件的行为，包括联接电动汽车和不联接电动汽车时的状况，还包括整个发电系统组成部分的两个子系统的逆变器和电池的行为。点评和谈论了光伏输出功率、逆变器输出功率、自消耗能量和供给功率。

本文共分为六个部分，第一部分为导言。第二部分详细谈论了光伏自用和需求侧处理（DSM）的方法，以及前进自用率的方法，例如运用储能电池。第三部分供给了事例研讨在地理位置和资源（太阳能、风能、温度等）方面的背景信息。第四部分描绘了所研讨的混合微网光伏/电池/电动汽车并网系统，包括其两个子系统和组件规格的介绍。第五部分介绍了系统的组件建模，包括光伏阵列、逆变器和电池。第六部分谈论了所研讨混合微网的控制战略和工作状况。第七部分介绍了系统的工作和功用分析。最终，第八部分总结了本研讨的定论。