專利名稱：獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)是指與大電網(wǎng)隔離、獨(dú)立運(yùn)行的小型電力系統(tǒng)，以偏遠(yuǎn)地區(qū)或者海島為主要供電對象，并充分利用可再生能源發(fā)電，如光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電等多種類型的分布式發(fā)電單元組合在一起構(gòu)成，可以有效發(fā)揮單一能源系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多種能源互補(bǔ)，提高整個(gè)獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的效率和能源利用率，相比單一的光儲(chǔ)系統(tǒng)或者風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)具有更低的成本和更高的供電可靠性。開展獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)，需要充分考慮獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)分布式發(fā)電單元的組合方案和運(yùn)行控制策略。國內(nèi)外的研究多采用基于氣象數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)逐時(shí)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，根據(jù)已獲得系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)的風(fēng)速、光照強(qiáng)度、溫度和負(fù)荷的原始數(shù)據(jù)，利用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真程序，計(jì)算不同類型可再生能源組合方案下系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。該方法在優(yōu)化規(guī)劃中可以詳細(xì)模擬全壽命周期內(nèi)可再生能源資源、負(fù)荷變化情況，以及獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略，但需要占用大量的仿真計(jì)算時(shí)間；在優(yōu)化算法上，由于優(yōu)化問題是一個(gè)包含離散變量和連續(xù)變量的混合優(yōu)化規(guī)劃問題，一般采用人工智能算法對該類問題進(jìn)行求解，在進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃時(shí)，通常希望能夠同時(shí)滿足多個(gè)指標(biāo)約束條件，但實(shí)際上在多目標(biāo)優(yōu)化問題的求解中，不同目標(biāo)之間往往是相互沖突的，在優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)上，所配置柴油發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的大小、多機(jī)設(shè)備的組合開機(jī)方式等都直接影響整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，現(xiàn)有的獨(dú)立微網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中針對這一問題均對其簡化處理，通常只能對柴油發(fā)電機(jī)組的總功率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，未考慮柴油發(fā)電機(jī)的類型和多機(jī)組合方案，在優(yōu)化變量中，未同時(shí)考慮設(shè)備類型和設(shè)備容量的組合優(yōu)化。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本申請實(shí)施例提供一種獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，可靠性更高，可再生能源利用率更高，技術(shù)方案如下:本申請?zhí)峁┮环N獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化方法，所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)至少包括柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏陣列和儲(chǔ)能電池，包括:獲取所述柴油發(fā)電機(jī)、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列和所述儲(chǔ)能電池的設(shè)備參數(shù)；依據(jù)所述柴油發(fā)電機(jī)、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列及所述儲(chǔ)能電池的設(shè)備參數(shù)，利用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行遺傳算法求解優(yōu)化，在求解的過程中采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真策略，并為所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)留預(yù)設(shè)的備用容量，獲得所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化指標(biāo)，最終通過所述多目標(biāo)遺傳算法獲得優(yōu)化結(jié)果；其中，所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化指標(biāo)為全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值、負(fù)荷容量缺失率和污染水平，所述全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值為所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的所有設(shè)備的在整個(gè)工程壽命內(nèi)的成本現(xiàn)值和殘值現(xiàn)值；所述負(fù)荷容量缺失率為未滿足需求的負(fù)荷容量與整個(gè)負(fù)荷需求容量的比值；所述污染物排放為各種污染物每年的排放總量；所述準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真策略包括硬充電策略和平滑功率策略，其中，在所述硬充電策略下，柴油發(fā)電機(jī)與儲(chǔ)能電池輪流作為主電源滿足凈負(fù)荷需求，允許所述柴油發(fā)電機(jī)為所述儲(chǔ)能電池充電；在所述平滑功率策略下，儲(chǔ)能電池僅作為所述柴油發(fā)電機(jī)的補(bǔ)充電源，當(dāng)所述柴油發(fā)電機(jī)無法單獨(dú)滿足負(fù)荷的情況下放電。優(yōu)選的，所述為所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)留預(yù)設(shè)的備用容量具體為，在所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型中，將維持電壓頻率穩(wěn)定的柴油發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能電池作為主電源，在每一個(gè)運(yùn)行時(shí)刻，根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列、以及負(fù)荷的實(shí)際功率，預(yù)留預(yù)設(shè)的備用容量。優(yōu)選的，所述利用NSGA-1I多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行遺傳算法求解的過程中，選取所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)、所述柴油發(fā)電機(jī)的類型、所述柴油發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)、所述光伏陣列的容量、所述儲(chǔ)能電池的類型、并聯(lián)支路數(shù)，以及所述儲(chǔ)能電池用的雙向變流器的容量為優(yōu)化變量。優(yōu)選的，所述獲得所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值、污染水平和負(fù)荷容量缺失率，具體為:以小時(shí)為仿真步長，依據(jù)所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)所在區(qū)域內(nèi)的風(fēng)力資源、光照資源和負(fù)荷需求情況，對所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)設(shè)備進(jìn)行全壽命周期內(nèi)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，確定每個(gè)時(shí)間步長內(nèi)，所述柴油發(fā)電機(jī)的投入臺(tái)數(shù)和耗油量、所述儲(chǔ)能電池的充放電功率和剩余容量，以及所述時(shí)間步長內(nèi)的未滿足的負(fù)荷量和浪費(fèi)功率指標(biāo)，計(jì)算得到全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值、污染水平和負(fù)荷缺失率。優(yōu)選的，所述硬充電策略為:計(jì)算所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的凈負(fù)荷及考慮備用容量的凈負(fù)荷，所述凈負(fù)荷為負(fù)荷功率減去風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏陣列的發(fā)電功率；依據(jù)考慮備用容量的凈負(fù)荷的大小、上一時(shí)間步長內(nèi)所述柴油發(fā)電機(jī)的開機(jī)情況、儲(chǔ)能電池的最大充放電功率，確定當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)的所述柴油發(fā)電機(jī)的投入臺(tái)數(shù)，并計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷下的容量短缺；確定出當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)需投入的所述柴油發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)后，依據(jù)凈負(fù)荷需求，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)實(shí)際的所述柴油發(fā)電機(jī)的耗油量、所述儲(chǔ)能電池的充放電量、未滿足的負(fù)荷量和浪費(fèi)能量指標(biāo)；優(yōu)選的，所述確定當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)的所述柴油發(fā)電機(jī)組的投入臺(tái)數(shù)，并計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷下的容量短缺具體包括:若未滿足最小運(yùn)行小時(shí)數(shù)的所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率，能夠滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求，則允許所有達(dá)到最小運(yùn)行時(shí)間要求的柴油發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行；否則，逐臺(tái)退出達(dá)到最小運(yùn)行時(shí)間要求的柴油發(fā)電機(jī)，直到未退出的柴油發(fā)電機(jī)能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷和所述儲(chǔ)能電池的充電需求；若未滿足最小運(yùn)行小時(shí)數(shù)的所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率，不能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求，且已投入運(yùn)行的所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率未能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求，則逐臺(tái)投入新的柴油發(fā)電機(jī)，其中，所述投入的新的柴油發(fā)電機(jī)不為所述儲(chǔ)能電池充電；若逐臺(tái)投入的新的柴油發(fā)電機(jī)之后，所有運(yùn)行的所述柴油發(fā)電機(jī)仍不能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷的需求，則計(jì)算由于所述柴油發(fā)電機(jī)的能量不足導(dǎo)致的容量缺額；由所述儲(chǔ)能電池放電補(bǔ)充所述容量缺額；若所述儲(chǔ)能電池的放電功率和所有的所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率之和，仍不能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷，則計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷下的容量短缺，進(jìn)而計(jì)算得到負(fù)荷容量缺失率。優(yōu)選的，在確定出當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)所需投入的柴油機(jī)臺(tái)數(shù)后，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)所述柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)際耗油量、所述儲(chǔ)能電池的充放電量、未滿足的負(fù)荷量和浪費(fèi)能量指標(biāo)時(shí)，還包括:判斷所有運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最小出力水平是否滿足所述凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求，若是，則使所有運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最小出力水平，并計(jì)算由于最小出力水平限制而產(chǎn)生的過剩電能；否則，所述柴油發(fā)電機(jī)的總出力水平由所述凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求來確定；若所有運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)處于額定運(yùn)行狀態(tài)仍不能滿足所述凈負(fù)荷的需求，則使所述儲(chǔ)能電池放電和所述柴油發(fā)電機(jī)共同為所述負(fù)荷供電；若在所述儲(chǔ)能電池放電后，所述儲(chǔ)能電池的放電功率和所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率仍不能滿足所述凈負(fù)荷，則計(jì)算得到當(dāng)前負(fù)荷的實(shí)際容量缺額。優(yōu)選的，所述平滑功率策略具體為:計(jì)算當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)的凈負(fù)荷，所述凈負(fù)荷為負(fù)荷功率減去風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏陣列的發(fā)電功率；當(dāng)所述凈負(fù)荷大于零時(shí)，且所述柴油發(fā)電機(jī)超出正常運(yùn)行區(qū)間的上限時(shí)，優(yōu)先使用所述儲(chǔ)能電池補(bǔ)充由于所述柴油發(fā)電機(jī)的容量不足導(dǎo)致的容量缺額；若所述儲(chǔ)能電池?zé)o法滿足所述容量缺額，或所述儲(chǔ)能電池的容量低于所述儲(chǔ)能電池的最小下限時(shí)，則逐臺(tái)投入新的所述柴油發(fā)電機(jī)；若在逐臺(tái)投入新的所述柴油發(fā)電機(jī)后，仍無法滿足所述凈負(fù)荷，則計(jì)算出的未滿足的負(fù)荷功率為負(fù)荷缺失功率；若所述凈負(fù)荷大于零，但單臺(tái)所述柴油發(fā)電機(jī)的出力小于最小出力水平，則減少所述柴油發(fā)電機(jī)的投入臺(tái)數(shù)，直至所有的所述柴油發(fā)電機(jī)的處理恢復(fù)至正常工作區(qū)間，若減小至僅剩一臺(tái)所述柴油發(fā)電機(jī)，且所述柴油發(fā)電機(jī)的出力仍小于所述最小出力水平，則放棄部分發(fā)電出力，并將放棄的發(fā)電出力作為剩余功率，且所述柴油發(fā)電機(jī)不給所述電池充電；當(dāng)所述凈負(fù)荷小于零時(shí)，關(guān)閉所述柴油發(fā)電機(jī)，利用所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或所述光伏陣列為所述儲(chǔ)能電池充電，若為所述儲(chǔ)能電池的充電功率超過所述儲(chǔ)能電池的最大充電功率，或所述儲(chǔ)能電池的容量達(dá)到最大容量時(shí)，放棄部分所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或所述光伏陣列的輸出功率，并計(jì)算剩余功率。由以上本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案可見，所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機(jī)、發(fā)力發(fā)電機(jī)、光伏陣列和儲(chǔ)能電池，具體的優(yōu)化方法是指基于獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，在優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型上，考慮了多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的組合開機(jī)方式、儲(chǔ)能電池與柴油發(fā)電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制策略，使得獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的可再生能源利用率更高，運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，更環(huán)保；針對系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型的穩(wěn)定性，考慮了獨(dú)立微網(wǎng)穩(wěn)定性需求的備用容量；在優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型的求解算法上，采用基于NSGA-1I的多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)問題求解，從而實(shí)現(xiàn)對獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性三大目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化。
為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請實(shí)施例獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本申請實(shí)施例提供的獨(dú)立微網(wǎng)優(yōu)化方法流程示意圖；圖3為本申請實(shí)施例提供的硬充電策略的控制流程示意圖；圖4為本申請實(shí)施例提供的平滑功率策略的控制流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本申請實(shí)施例提供一種獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其具體內(nèi)容為基于獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，在優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型上，考慮了多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的組合開機(jī)方式、儲(chǔ)能電池與柴油發(fā)電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制策略；在優(yōu)化模型的穩(wěn)定性上，考慮了針對系統(tǒng)穩(wěn)定性需求的備用容量；在優(yōu)化變量選取上，針對獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備類型和裝機(jī)容量同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；在優(yōu)化模型的求解算法上，采用基于NSGA-1I的多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)問題求解，最終實(shí)現(xiàn)對獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性三大目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實(shí)施例中的附圖，對本申請實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾堉械膶?shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。請參見圖1，示出了獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)101、光伏陣列102、儲(chǔ)能電池103、柴油發(fā)電機(jī)104，其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)101、光伏陣列102、儲(chǔ)能電池103通過各自的變流器接入交流電網(wǎng)系統(tǒng)，柴油發(fā)電機(jī)采用同步發(fā)電機(jī)，直接并入交流電網(wǎng)。同時(shí)，交流電網(wǎng)連接負(fù)荷，并為負(fù)荷供電。請參見圖2示出了本申請實(shí)施例提供的獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化方法流程示意圖，包括以下步驟:110，獲取所述柴油發(fā)電機(jī)、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列和所述儲(chǔ)能電池的設(shè)
備參數(shù)。120，利用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行遺傳算法求解優(yōu)化，在求解的過程中采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真策略，并為獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)留預(yù)設(shè)的備用容量，獲得獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化指標(biāo)，通過所述多目標(biāo)遺傳算法獲得優(yōu)化結(jié)果。其中，所述優(yōu)化指標(biāo)為獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值、負(fù)荷容量缺失率和污染水平。所述全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值為所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的所有設(shè)備的在整個(gè)工程壽命內(nèi)的成本現(xiàn)值和殘值現(xiàn)值；所述負(fù)荷容量缺失率為未滿足需求的負(fù)荷容量與整個(gè)負(fù)荷需求容量的比值；所述污染物排放為各種污染物每年的排放總量；所述準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真策略包括硬充電策略和平滑功率策略，其中，在所述硬充電策略下，柴油發(fā)電機(jī)與儲(chǔ)能電池輪流作為主電源滿足凈負(fù)荷需求，允許所述柴油發(fā)電機(jī)為所述儲(chǔ)能電池充電；在所述平滑功率策略下，儲(chǔ)能電池僅作為所述柴油發(fā)電機(jī)的補(bǔ)充電源，當(dāng)所述柴油發(fā)電機(jī)無法單獨(dú)滿足負(fù)荷的情況下放電。本申請實(shí)施例提供的獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于包括柴油發(fā)電機(jī)、發(fā)力發(fā)電機(jī)、光伏陣列和儲(chǔ)能電池的獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)，具體的優(yōu)化方法是指基于獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，在優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型上，考慮了多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的組合開機(jī)方式、儲(chǔ)能電池與柴油發(fā)電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制策略，使得獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的可再生能源利用率更高，運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，更環(huán)保；針對系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型的穩(wěn)定性，考慮了獨(dú)立微網(wǎng)穩(wěn)定性需求的備用容量；在優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型的求解算法上，采用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)問題求解，從而實(shí)現(xiàn)對獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性三大目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化。所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要圍繞三個(gè)指標(biāo)分別是:全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值、負(fù)荷容量缺失率和污染物排放水平。目標(biāo)函數(shù)表示為:Min(A) i=l, 2, 3(I)全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值包括成本限值和殘值現(xiàn)值兩個(gè)部分，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
權(quán)利要求
1.一種獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化方法,所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)至少包括柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏陣列和儲(chǔ)能電池，其特征在于，包括: 獲取所述柴油發(fā)電機(jī)、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列和所述儲(chǔ)能電池的設(shè)備參數(shù)； 依據(jù)所述柴油發(fā)電機(jī)、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列及所述儲(chǔ)能電池的設(shè)備參數(shù)，利用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行遺傳算法求解優(yōu)化，在求解的過程中采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真策略，并為所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)留預(yù)設(shè)的備用容量，獲得所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化指標(biāo)，最終通過所述多目標(biāo)遺傳算法獲得優(yōu)化結(jié)果； 其中，所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化指標(biāo)為全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值、負(fù)荷容量缺失率和污染水平，所述全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值為所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的所有設(shè)備的在整個(gè)工程壽命內(nèi)的成本現(xiàn)值和殘值現(xiàn)值；所述負(fù)荷容量缺失率為未滿足需求的負(fù)荷容量與整個(gè)負(fù)荷需求容量的比值；所述污染物排放為各種污染物每年的排放總量； 所述準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真策略包括硬充電策略和平滑功率策略，其中，在所述硬充電策略下，柴油發(fā)電機(jī)與儲(chǔ)能電池輪流作為主電源滿足凈負(fù)荷需求，允許所述柴油發(fā)電機(jī)為所述儲(chǔ)能電池充電；在所述平滑功率策略下，儲(chǔ)能電池僅作為所述柴油發(fā)電機(jī)的補(bǔ)充電源，當(dāng)所述柴油發(fā)電機(jī)無法單獨(dú)滿足負(fù)荷的情況下放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述為所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)留預(yù)設(shè)的備用容量具體為，在所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型中，將維持電壓頻率穩(wěn)定的柴油發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能電池作為主電源，在每一個(gè)運(yùn)行時(shí)刻，根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列、以及負(fù)荷的實(shí)際功率，預(yù)留預(yù)設(shè)的備用容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用NSGA-1I多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行遺傳算法求解的過程中，選取所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)、所述柴油發(fā)電機(jī)的類型、所述柴油發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)、所述光伏陣列的容量、所述儲(chǔ)能電池的類型、并聯(lián)支路數(shù)，以及所述儲(chǔ)能電池用的雙向變流器的容量為優(yōu)化變量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲得所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值、污染水平和負(fù)荷容量缺失率，具體為: 以小時(shí)為仿真步長，依據(jù)所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)所在區(qū)域內(nèi)的風(fēng)力資源、光照資源和負(fù)荷需求情況，對所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)設(shè)備進(jìn)行全壽命周期內(nèi)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，確定每個(gè)時(shí)間步長內(nèi)，所述柴油發(fā)電機(jī)的投入臺(tái)數(shù)和耗油量、所述儲(chǔ)能電池的充放電功率和剩余容量，以及所述時(shí)間步長內(nèi)的未滿足的負(fù)荷量和浪費(fèi)功率指標(biāo)，計(jì)算得到全壽命周期內(nèi)的總成本現(xiàn)值、污染水平和負(fù)荷缺失率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬充電策略為: 計(jì)算所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的凈負(fù)荷及考慮備用容量的凈負(fù)荷，所述凈負(fù)荷為負(fù)荷功率減去風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏陣列的發(fā)電功率； 依據(jù)考慮備用容量的凈負(fù)荷的大小、上一時(shí)間步長內(nèi)所述柴油發(fā)電機(jī)的開機(jī)情況、儲(chǔ)能電池的最大充放電功率，確定當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)的所述柴油發(fā)電機(jī)的投入臺(tái)數(shù)，并計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷下的容量短缺； 確定出當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)需投入的所述柴油發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)后，依據(jù)凈負(fù)荷需求，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)實(shí)際的所述柴油發(fā)電機(jī)的耗油量、所述儲(chǔ)能電池的充放電量、未滿足的負(fù)荷量和浪費(fèi)能量指標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述確定當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)的所述柴油發(fā)電機(jī)組的投入臺(tái)數(shù)，并計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷下的容量短缺具體包括: 若未滿足最小運(yùn)行小時(shí)數(shù)的所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率，能夠滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求，則允許所有達(dá)到最小運(yùn)行時(shí)間要求的柴油發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行；否則，逐臺(tái)退出達(dá)到最小運(yùn)行時(shí)間要求的柴油發(fā)電機(jī)，直到未退出的柴油發(fā)電機(jī)能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷和所述儲(chǔ)能電池的充電需求； 若未滿足最小運(yùn)行小時(shí)數(shù)的所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率，不能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求，且已投入運(yùn)行的所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率未能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求，則逐臺(tái)投入新的柴油發(fā)電機(jī)，其中，所述投入的新的柴油發(fā)電機(jī)不為所述儲(chǔ)能電池充電； 若逐臺(tái)投入的新的柴油發(fā)電機(jī)之后，所有運(yùn)行的所述柴油發(fā)電機(jī)仍不能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷的需求，則計(jì)算由于所述柴油發(fā)電機(jī)的能量不足導(dǎo)致的容量缺額； 由所述儲(chǔ)能電池放電補(bǔ)充所述容量缺額； 若所述儲(chǔ)能電池的放電功率和所有的所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率之和，仍不能滿足所述考慮備用容量的凈負(fù)荷，則計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷下的容量短缺，進(jìn)而計(jì)算得到負(fù)荷容量缺失率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在確定出當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)所需投入的柴油機(jī)臺(tái)數(shù)后，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)所述柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)際耗油量、所述儲(chǔ)能電池的充放電量、未滿足的負(fù)荷量和浪費(fèi)能量指標(biāo)時(shí)，還包括: 判斷所有運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最小出力水平是否滿足所述凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求，若是，則使所有運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最小出力水平，并計(jì)算由于最小出力水平限制而產(chǎn)生的過剩電能；否則，所述柴油發(fā)電機(jī)的總出力水平由所述凈負(fù)荷及所述儲(chǔ)能電池的充電需求來確定； 若所有運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)處于額定運(yùn)行狀態(tài)仍不能滿足所述凈負(fù)荷的需求，則使所述儲(chǔ)能電池放電和所述柴油發(fā)電機(jī)共同為所述負(fù)荷供電； 若在所述儲(chǔ)能電池放電后，所述儲(chǔ)能電池的放電功率和所述柴油發(fā)電機(jī)的總功率仍不能滿足所述凈負(fù)荷，則計(jì)算得到當(dāng)前負(fù)荷的實(shí)際容量缺額。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述平滑功率策略具體為: 計(jì)算當(dāng)前時(shí)間步長內(nèi)的凈負(fù)荷，所述凈負(fù)荷為負(fù)荷功率減去風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏陣列的發(fā)電功率； 當(dāng)所述凈負(fù)荷大于零時(shí)，且所述柴油發(fā)電機(jī)超出正常運(yùn)行區(qū)間的上限時(shí)，優(yōu)先使用所述儲(chǔ)能電池補(bǔ)充由于所述柴油發(fā)電機(jī)的容量不足導(dǎo)致的容量缺額； 若所述儲(chǔ)能電池?zé)o法滿足所述容量缺額，或所述儲(chǔ)能電池的容量低于所述儲(chǔ)能電池的最小下限時(shí)，則逐臺(tái)投入新的所述柴油發(fā)電機(jī)； 若在逐臺(tái)投入新的所述柴油發(fā)電機(jī)后，仍無法滿足所述凈負(fù)荷，則計(jì)算出的未滿足的負(fù)荷功率為負(fù)荷缺失功率； 若所述凈負(fù)荷大于零，但單臺(tái)所述柴油發(fā)電機(jī)的出力小于最小出力水平，則減少所述柴油發(fā)電機(jī)的投入臺(tái)數(shù)，直至所有的所述柴油發(fā)電機(jī)的處理恢復(fù)至正常工作區(qū)間，若減小至僅剩一臺(tái)所述柴油發(fā)電機(jī)，且所述柴油發(fā)電機(jī)的出力仍小于所述最小出力水平，則放棄部分發(fā)電出力，并將放棄的發(fā)電出力作為剩余功率，且所述柴油發(fā)電機(jī)不給所述電池充電； 當(dāng)所述凈負(fù)荷小于零時(shí)，關(guān)閉所述柴油發(fā)電機(jī)，利用所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或所述光伏陣列為所述儲(chǔ)能電池充電，若為所述儲(chǔ)能電池的充電功率超過所述儲(chǔ)能電池的最大充電功率，或所述儲(chǔ)能電池的容量達(dá)到最大容量時(shí)，放棄部分所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或所述光伏陣列的輸出功率，并計(jì)算剩余功率。`
全文摘要
本申請公開了一種獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏陣列和儲(chǔ)能電池，具體的優(yōu)化方法是指基于獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，在優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型上，考慮了多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的組合開機(jī)方式、儲(chǔ)能電池與柴油發(fā)電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制策略，使得獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的可再生能源利用率更高，運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，更環(huán)保；針對系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型的穩(wěn)定性，考慮了獨(dú)立微網(wǎng)穩(wěn)定性需求的備用容量；在優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型的求解算法上，采用基于NSGA-II的多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)問題求解，從而實(shí)現(xiàn)對獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性三大目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化。
文檔編號H02J3/32GK103151798SQ20131010355
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者趙波, 李鵬, 周金輝, 郭力, 張雪松, 葛曉慧 申請人:浙江省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司