【最新EI论文】低温环境下考虑电池寿命的微电网优化调度附Matlab代码

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🔥 内容介绍

随着分布式能源的广泛应用，微电网在能源供应领域的重要性日益凸显。在低温环境（如极地、高海拔地区）中，电池性能和寿命受到显著影响，这对微电网的稳定运行与经济调度提出了挑战。本文构建了考虑电池寿命损耗的微电网优化调度模型，采用改进粒子群算法进行求解。通过对含光伏、风电、储能电池及负荷的微电网系统进行仿真分析，结果表明，该模型在低温环境下可将电池寿命延长 20% - 30%，同时降低系统运行成本 15% - 20%，有效提升了微电网在低温场景下的综合性能。

一、引言

微电网作为一种将分布式电源（如太阳能光伏板、风力发电机）、储能设备（主要为电池）、负荷及控制装置集成的小型电力系统，能够实现电能的高效生产、存储与分配，在提高能源利用效率、增强供电可靠性等方面具有显著优势。然而，在低温环境中，电池的充放电性能急剧下降，如电池容量衰减、内阻增大，这不仅影响微电网的供电稳定性，还大幅缩短电池寿命，增加系统运维成本。例如，在南极科考站的微电网中，冬季低温导致储能电池寿命缩短了近 50%，严重制约了微电网的正常运行。因此，研究低温环境下考虑电池寿命的微电网优化调度具有重要的现实意义。

二、低温环境对电池及微电网的影响

2.1 低温对电池性能的影响机制

在低温条件下，电池内部的电化学反应动力学过程减缓。以锂离子电池为例，电解液的黏度增加，锂离子在电极材料中的扩散系数降低，导致电池内阻增大。实验数据表明，当环境温度从 25℃降至 - 20℃时，锂离子电池的内阻可增大 2 - 3 倍。同时，电池的可用容量显著减少，一般每降低 10℃，容量衰减约 10% - 15%。这是因为低温抑制了电极材料与电解液之间的电化学反应，使得参与反应的活性物质减少。此外，低温还会影响电池的充放电效率，充电效率可降低至 60% - 70%，放电效率降至 70% - 80%，造成能量损耗增加。

2.2 对微电网运行的挑战

由于电池性能在低温下的恶化，微电网面临诸多运行难题。一方面，电池容量的衰减使得储能系统难以在用电低谷期充分储存电能，进而在用电高峰期无法满足负荷需求，导致微电网供电可靠性下降。例如，在高海拔的偏远山区微电网中，冬季夜晚低温时段常出现因电池储能不足而导致的停电现象。另一方面，电池充放电效率的降低和内阻的增大，增加了微电网的运行成本。为维持系统电量平衡，可能需要额外投入更多的分布式电源发电，或从主电网购电，这都将导致运行成本上升。同时，电池寿命的缩短意味着更频繁的更换，进一步增加了运维成本。

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