光儲型微電網(wǎng)仿真數(shù)學(xué)模型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u32503光儲型微電網(wǎng)仿真數(shù)學(xué)模型分析案例 1218011.1光幅電池特性及模型 1175021.1.1光照強(qiáng)度的概率密度函數(shù) 280811.1.2光幅電池輸出功率模型 2227701.2蓄電池特性及模型 31.1光幅電池特性及模型在清潔能源使用的方面研究，首先就會想到太陽能，并且太陽能在生活中的應(yīng)用最為普遍，太陽能不僅存在普遍，而且清潔、成本低、能無限利用。所以，想要實(shí)現(xiàn)能源快速發(fā)展，就要把能源重心向太陽能資源轉(zhuǎn)向，這將對我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步有重大幫助。太陽能最主要就應(yīng)用與發(fā)電技術(shù)，太陽能在發(fā)電領(lǐng)域的空間巨大。因此，在研究中，使用太陽能很普遍，也因此，光幅發(fā)電被普遍使用在微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中[13]。依照光幅發(fā)電的含義，光幅發(fā)電可以完成從光能到電能一次性的能量轉(zhuǎn)換，光能發(fā)生了幅特反應(yīng)，因而，認(rèn)為光幅發(fā)電是一種創(chuàng)新型突破，也是讀點(diǎn)能利用的飛躍。光幅電池發(fā)電系統(tǒng)包括：輸入環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)以及輸出環(huán)節(jié)。數(shù)個(gè)光幅電池板排列在一起，光幅組件就是由這些太陽能板構(gòu)成的[14]。如圖3-1是所示，光幅電池發(fā)電工作時(shí)的原理圖。圖3-1光幅電池發(fā)電原理如上圖所示可以得出，太陽能板在接受太陽光輻射時(shí)，生成正負(fù)電子，正負(fù)電子就在電場力的作用下沿著電場線運(yùn)動，構(gòu)成PN結(jié)。在斷路時(shí)，P區(qū)與N區(qū)中間，就具有了電勢差值，這個(gè)電勢差值也就是電池的端電壓[15]。在PN結(jié)與外電路形成通路時(shí)，隨著光能照射時(shí)間的增加，產(chǎn)生了更多的正負(fù)電荷，與此同時(shí)，正負(fù)電荷的運(yùn)動就產(chǎn)生了電流，這時(shí)候PN結(jié)就可以充當(dāng)電源，完成供電環(huán)節(jié)。光幅電池的工作很容易受干擾，最明顯的就是光強(qiáng)和溫度，對光幅電池輸出功率的干擾是最嚴(yán)重的，因此本文著重對光幅電池受光照強(qiáng)度和溫度的干擾變化展開研究。為了實(shí)現(xiàn)光幅發(fā)電對光能最大的利用，就必要的改變電池的工作點(diǎn)，讓光幅電池時(shí)刻運(yùn)行在最大功率點(diǎn)（MaximumPowerPointTracking,MPPT）上[16]。1.1.1光照強(qiáng)度的概率密度函數(shù)即使光幅發(fā)電已經(jīng)在生活中投入使用很長時(shí)間，但是對電池的研究還不夠完善、精確，由于光幅電池極易受外界因素干擾，它的工作效率仍然有很大的提升空間。因而使得我們不得不掌握光照的分散程度，得出光照特性曲線[17]。在諸多研究分析中，才得出下述結(jié)論，光幅電池光照強(qiáng)度分布如式（3-1）、式（3-2）、式（3-3）所示 （3-1） （3-2） （3-3）1.1.2光幅電池輸出功率模型想要構(gòu)建光幅電池的輸出功率模型，就必須知道干擾因素，上述最主要的干擾因素為光照和溫度，由此可知，根據(jù)光照和溫度，就可以大致仿真出光幅電池功率模型，具體如式（3-4）所示 （3-4）式中，PSTC是指光照強(qiáng)度S=l000W/m2，環(huán)境溫度T=25℃下，光幅電池的額定輸出功率（W）；Gc是測試點(diǎn)處的真實(shí)是光照強(qiáng)度（W/m2）；GSTC=1000W/m2；k常系數(shù)，一般等于-0.45%/℃；TSTC電池板的真實(shí)溫度（℃）；TC是在t時(shí)刻時(shí)，發(fā)電時(shí)，它的外表溫度（℃）。如式（3-5）、式（3-6）所示 （3-5） （3-6）通過以上對光幅電池仿真模型，測量出光照和溫度，將數(shù)值代入公式，就能得到光幅電池運(yùn)行狀態(tài)。在此，想要更好的繪出功率跟蹤情況，下式（3-7）提出了光照分散度的函數(shù) （3-7）1.2蓄電池特性及模型1.2.1蓄電池特性整個(gè)光儲型微電網(wǎng)中，不僅有分布式電源，還會配備一些儲能原件，在電網(wǎng)中電能過?；蛘呷鳖~時(shí)，確保電網(wǎng)正常運(yùn)行，也是電網(wǎng)中的基礎(chǔ)原件，不可去除。它存在如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：首先，它具有緩沖功能。光儲型微電網(wǎng)發(fā)電單元里只有光幅電池，它們可以實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，可是光幅太陽能組的發(fā)電也具有極大的不確定性，會受到諸多不可控因素的干擾。系統(tǒng)發(fā)電會有一定的幅值，因而，儲能裝置的存在就具有必要性，儲及時(shí)調(diào)整發(fā)電的平穩(wěn)性，維持系統(tǒng)平穩(wěn)輸出，供電自由[17]。其次，削峰填谷也是它不可或缺的優(yōu)勢。儲能在系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的功耗并產(chǎn)生低功耗時(shí)，可以儲存多余的能量，當(dāng)功耗較高時(shí)，可以釋放能量。這樣既避免了用電高峰時(shí)的電力短缺，又避免了電槽中多余能量的流失。最后，它還具有靈活的可調(diào)度特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池是不可編程發(fā)電單元，但當(dāng)儲存能量組合成可編程單元時(shí)，它們是不可編程的。當(dāng)下，光儲型微電網(wǎng)中，鉛酸蓄電池為標(biāo)準(zhǔn)、通用的儲能原件。鉛酸蓄電池的陽極物質(zhì)、陰極物質(zhì)和電解液中不存在材料損耗，與其他蓄電池比較起來，鉛酸蓄電池使用壽命更長、成本效益更高。高循環(huán)利用率、維修方便、放電安全、大電流供電周期長等，是滿足工程要求的儲能設(shè)備，使用頻率極高[18]。充電時(shí)，鉛酸蓄電池中的電能輸出為化學(xué)能；相對的，在放電過程中，化學(xué)能再跳轉(zhuǎn)成電能。這就是鉛酸蓄電池工作的原理，蓄電池儲能、供能所對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過程，如式（3-8）—（3-12）所示：總反應(yīng)式：（3-8）放電時(shí)：負(fù)極：（3-9）正極：（3-10）充電時(shí)：陰極：（3-11）陽極：（3-12）由式(3-8)—式(3-12)得出，電池放電時(shí)，鉛Pb在負(fù)極進(jìn)行氧化過程，丟掉電子，在被氧化為PbSO4的同時(shí)，PbO2在正極進(jìn)行還原過程，擁有電子，生成PbSO4。太陽能易受光線和風(fēng)向等外界干擾。就微電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分而言，其運(yùn)行機(jī)制不穩(wěn)定，不能僅僅依靠光幅、風(fēng)機(jī)等可再生能源來支持和保障系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)對用戶的持續(xù)供電，必須在系統(tǒng)中安裝必要的儲能設(shè)備，以提高供電運(yùn)行的可控性和可靠性。鉛酸蓄電池與清潔再生能源相結(jié)合，可以消除系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定和斷電的可能性，起到能量緩沖作用，改善微電網(wǎng)慣性，提高電源多樣性。此外，蓄電池還可以為微電網(wǎng)提供備用電源，提高微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。1.2.2蓄電池模型1.蓄電池額定容量模型取可用的和約束電荷，建立出電池容量相對性的數(shù)學(xué)模型。利用電荷守恒定律，可用的電荷量等于所有時(shí)間點(diǎn)的束縛電荷量。符合上述規(guī)律和工作特點(diǎn)，從而模擬了蓄電池容量的數(shù)學(xué)建模。如式（3-13）—式（3-17）所示 （3-13） （3-14） （3-15）（3-16）（3-17）式中，q1表示可用電荷量（C）;q2表示束縛電荷量（C）；q是任意時(shí)刻下蓄電池內(nèi)部的電荷總量（C）;e是指數(shù)函數(shù)；q0t是總電荷量（C），q0t=qt1.0+qt2.0。2.蓄電池電壓模型創(chuàng)造模型時(shí)，設(shè)：電阻（蓄電池內(nèi)部的）的變化可以忽略不計(jì)，則蓄電池輸出電壓U的