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基于预测控制算法的微电网削峰用液流Discover蓄电池储能系统
储能体系是微电网中完成削峰填谷的重要组成部件，而全钒液流电池适用于小规模微电网由于其高灵敏性、快速响应和长运用寿命，本文研讨了一种依据全钒液流电池的微电网体系，适用于农村区域运用。该体系集成了生物质气化与固体氧化物燃料电池技能作为发电为提供安稳电力的单元。A预测操控提出的办法旨在提高液流电池功率以及经济可行性对该体系进行评价。经过已宣布文献的试验数据验证数学模型的有用性。结果标明，依据电流状态和电池功率能够下降能量损耗的液流电池。最佳电解液流速经过预测操控办法确定，与先前办法相比可明显提高液流电池功用。该电池用于削峰填谷时的整体功率达到84%，投资回收期为微电网体系为7.33年。microgrid system is 7.33 year.
Graphical abstract
选用集中式发电体系的电网因远距离输电过程中的高能量损耗[1]和巨额基础设施投资而备受诟病，这对发展中国家的偏远山区尤为杰出[2]。资金压力是推动这些区域电气化的首要障碍。但是，可担负且高质量的电力供应对提高农村区域生活水平和经济发展至关重要[3]。值得幸亏的是，依据可再生动力的分布式电力体系发展——如风力发电机[4]、光伏体系[5]和生物质燃料[6]——使得为农村居民供电变得更加经济。但分布式动力体系(DES)面对着平衡电力供需的巨大应战，这源于读档的不确定性以及风能、太阳能随气候气候动摇的固有特性[7]。因而，DESs与储能体系(ESS)、能量办理体系(EMS)及读档集成，形成可为居民提供高质量安稳电力的微电网体系[8]。这得益于ESS与EMS的调理功用。但是，其有限的调理才能促使研讨者探究更安稳的电力体系。与风能和太阳能相比，在风力和光照资源缺乏的偏远山区，生物质能更具安稳性和吸引力。鉴于上述因素，本研讨探究一种集成液流电池的自给式生物质微电网体系。
鉴于日益恶化的动力危机和环境污染问题，深化探究节能降碳技能至关重要[9]。生物质能在农村区域储量丰厚，是可再生动力范畴的重要组成部分。但是其运用尚未得到充分注重，导致许多农户直接焚烧农业废弃物（最常见的是稻草），既形成环境污染又导致动力浪费[10]。生物质作为一种动力载体，可经过相似煤炭转化的技能（如气化、直接液化和间接液化）转化为气体或液体发动机燃料[11]。过去二十年间，生物质气化技能的打破明显提高了动力运用功率并下降了环境负荷。生物质气化合成气中的典型燃料组分包含一氧化碳（CO）、氢气（H2) 和甲烷(CH4)4)[6]。该合成气可用于生产化工原料[12]、生物燃料[13]，更重要的是用于发电[14]。欧洲六座工业规模生物质发电厂的运转数据标明，生物质蒸汽气化技能在实践运用中具有稳健性和可行性[15]。从盈余视点看，生物质发电厂不仅依靠售电收入，还拥有其他收入来历（如碳买卖和政府补助）[16]。近年来，以生物质为燃料的固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种具有远景的小规模发电体系备受关注，其明显优势包含高功率、杰出的燃料灵敏性以及环保低碳特性。经过热电联产，SOFC的发电功率可达60%，综合热功率可达86%[17]。一种新型混合动力体系将生物合成气驱动的SOFC与余热回收（WHR）体系相结合，完成了59%的功率[18]。这种灵敏高效的发电体系适用于农村区域的小规模微电网，因为不同村庄的电力需求存在差异[19]。
储能体系(ESS)是孤立微电网体系完成发电与用电平衡以及提高电能质量的要害组成部分[20]。针对微电网运用场景，储能体系需具有灵敏性、经济性与安稳性，以应对各类杂乱运用需求。文献[21]从多维度对不同储能技能(包含电化学储能、电气储能、机械储能与热储能技能)进行了全面比照研讨，结果标明液流电池凭仗自放电率低、响应速度快及运用寿命长等优势，是一种极具发展远景的储能技能。此外，由于液流电池的能量模块与功率模块相互独立，其能量容量与功率等级的扩展也更为快捷[22]。钒氧化还原液流电池（VRFB）是各类液流电池中研讨最为深化、并已投入实践运用的储能技能[23]。目前全球规模最大的100 MW/400 MWh VRFB储能电站已完成主体工程建设，在中国大连进入单体模块调试阶段。文献[24]经过试验数据验证了VRFB在微电网中完成零功率损失保证的可行性，研讨标明经过恰当的操控与调度战略可获得良好作用。
自Maria Skyllas-Kazacos于20世纪80年代首次提出全钒液流电池（VRFB）概念并指出经过操控电解液流量可提高电池功用[25]以来，很多研讨在该准则指导下展开并取得明显成果[26]。添加电解液容量可有用提高VRFB体系容量。一起，提高流速也有助于促进电解液运用率提高，但流速添加一起会导致泵功率耗费明显增大。当电池电压达到特定值时，选用添加流速的战略可使体系功率提高8%[27]。但该战略存在局限性，因其无法完成电解液活动的持续调控。文献[28]由此提出一种可变流速操控战略，文献[29]进一步提出引进流速因子的改善办法。流速因子核算办法如下式所示：