基于經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的微電網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度研究

劉強(qiáng) 吳豫 孫才華 李尊

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們的物質(zhì)生活水平不斷提高，電力已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚囊徊糠帧ｋ娏ο到y(tǒng)的研究受到社會(huì)各界人士的廣泛重視，電力電網(wǎng)的工作迫切需要結(jié)合目前現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)來發(fā)展進(jìn)步。微電網(wǎng)技術(shù)的研究主要是為了應(yīng)對當(dāng)前資源日益緊缺問題，微電網(wǎng)工作必須在滿足電力系統(tǒng)供應(yīng)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)電網(wǎng)工作的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性。本文結(jié)合經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的微電網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行研究，希望能夠給以后的電力電網(wǎng)工作提供更多幫助。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；經(jīng)濟(jì)性；環(huán)保性；優(yōu)化調(diào)度；改進(jìn)遺傳算法

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0134-01

微電網(wǎng)就是利用可再生資源進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)，能夠?qū)⒏鞣N形式的能量進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換，并且改變負(fù)載結(jié)構(gòu)通過控制小型發(fā)電的傳輸來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)供電控制。目前較為穩(wěn)定的微電網(wǎng)是由風(fēng)力發(fā)電、光能發(fā)電和儲(chǔ)存能量部件構(gòu)成的，因?yàn)轱L(fēng)能和光能轉(zhuǎn)換的電能具有一定的隨機(jī)特點(diǎn)，所以關(guān)于如何解決光能電力的存儲(chǔ)成為影響當(dāng)前電力生產(chǎn)的主要問題。以下主要從微電網(wǎng)的短期優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行分析，主要目的為構(gòu)建較小的目標(biāo)并結(jié)合動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)部分控制策略。以系統(tǒng)運(yùn)行為基礎(chǔ)的分布式配置，對電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高有一定作用。

1 不同種類的分布式電源數(shù)學(xué)模型

微電網(wǎng)主要是通過對分布式電源的利用實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，在電力系統(tǒng)的負(fù)荷監(jiān)控和保護(hù)功能的作用下逐漸形成較小的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠通過外界風(fēng)能和太陽能實(shí)現(xiàn)智能化的管理和控制。微電網(wǎng)系統(tǒng)的分布式電源在很多方面都有著很好的利用，相比于普通電網(wǎng)而言微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)能夠控制多項(xiàng)可調(diào)節(jié)變量，例如分布式電源的輸出功率、各組分儲(chǔ)能部件的輸出控制以及能源轉(zhuǎn)換的管理等。結(jié)合這些變量的輸出控制實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，對于目前微電網(wǎng)的順利運(yùn)行有著非常重要的幫助。為促進(jìn)微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就必須在很大程度上促進(jìn)能源利用效率的提高，給微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保型的提升帶來一些影響。

1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型

風(fēng)能的出現(xiàn)是隨機(jī)的，影響風(fēng)能的因素有空氣、海拔以及溫度等條件，本文只考慮一般環(huán)境下風(fēng)能對微電網(wǎng)輸出的具體效果，并且由于電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的發(fā)電量。風(fēng)能發(fā)電機(jī)的輸出主要可以通過三種數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行展現(xiàn)，其中風(fēng)能輸出控制系統(tǒng)的部分區(qū)域內(nèi)需要結(jié)合相應(yīng)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。為構(gòu)建良好的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換，就要利用額定功率內(nèi)切換方式的特點(diǎn)來確認(rèn)風(fēng)機(jī)的輸出效率，這樣也能夠在很大程度上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型

光伏發(fā)電的設(shè)備主要是利用光照強(qiáng)度的不同才能夠?qū)崿F(xiàn)輸出控制，并且相對于電量的輸出而言，要維持電壓的穩(wěn)定、電能輸出控制的質(zhì)量以及維修的費(fèi)用。并且光能輸電要與風(fēng)能輸電互相補(bǔ)充，才能夠起到更為良好的效果。對于在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下設(shè)備的輸出功率，需要結(jié)合光照強(qiáng)度的變化來進(jìn)行體現(xiàn)。光伏發(fā)電的安全性很高，沒有任何污染物的排放，并且輸出電能的質(zhì)量相對較高。就目前來講我國光伏發(fā)電已經(jīng)取得非常好的成效，在很多地區(qū)都有著光伏發(fā)電的背景。對于光伏發(fā)電電板的研究必須結(jié)合光照時(shí)間以及強(qiáng)度，努力使其發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。

1.3 燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型

因?yàn)樯鲜鰞?chǔ)能的方式儲(chǔ)存能量的效果不夠顯著，并且成本較高，有很大一部分的工作仍然處于試驗(yàn)階段。而燃料電池則不同，其本身擁有著較高的供電效率，并且在運(yùn)行過程中不會(huì)釋放出太多的污染物，具有較高的環(huán)保性。對于整體的微電網(wǎng)系統(tǒng)而言能夠作為后備的能源，能夠在某些特定的條件下彌補(bǔ)電能不足的空缺。并且燃料電池需要結(jié)合模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行控制，大大改進(jìn)了以往傳統(tǒng)模式下對負(fù)荷電量的優(yōu)化控制，在電力安全生產(chǎn)中具有很好的效果。

1.4 微型燃?xì)廨啓C(jī)

一般的微型燃?xì)廨啓C(jī)能夠在溫度控制中有著很好的作用，并且能夠?qū)崿F(xiàn)小部分區(qū)域電量的短期供應(yīng)，污染很小。對于整體微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的利用能夠?qū)崿F(xiàn)快速的能源轉(zhuǎn)換，并作為后備的重要能源。燃?xì)廨啓C(jī)主要以天然氣、甲烷為主，其中生產(chǎn)的熱氣能夠進(jìn)行循環(huán)利用進(jìn)行能量的供應(yīng)。

2 微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型

在進(jìn)行微電網(wǎng)的配置時(shí)首先要對其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，并且結(jié)合不同種類的能源進(jìn)行控制，在分布式電源的作用下必須滿足其功率的需求，同時(shí)也要建立良好的系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，考慮到微電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2.1 目標(biāo)函數(shù)

以上主要通過對風(fēng)能、光能為主力的微電網(wǎng)進(jìn)行研究，結(jié)合燃料電池以及微型燃?xì)怆姵氐群髠淠茉唇M成良好的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保特性。其主要的能源結(jié)構(gòu)需要在目標(biāo)優(yōu)化模型的控制要求下，構(gòu)建良好的優(yōu)化變量。同時(shí)目標(biāo)運(yùn)行的維持需要通過合理的投資和維護(hù)才能夠保證良好的運(yùn)行效率，并且將預(yù)算的統(tǒng)一內(nèi)容整合到生產(chǎn)中，給微電網(wǎng)的建設(shè)提供補(bǔ)充作用。分布式電源的補(bǔ)充建設(shè)需要結(jié)合風(fēng)力發(fā)電的投資來進(jìn)行考慮，此外設(shè)備的建設(shè)投資需要結(jié)合設(shè)備運(yùn)行的總量來研究。此外投資性的費(fèi)用并不需要隨著時(shí)間的變化而發(fā)生改變，通過簡化投資的費(fèi)用來提高為微電網(wǎng)的運(yùn)行效率。

2.2 約束條件

微電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的約束具有一定的經(jīng)濟(jì)效果，如果需要結(jié)合微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化來提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性，那么必須結(jié)合相應(yīng)的負(fù)荷條件才能夠構(gòu)建合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過維持風(fēng)能系統(tǒng)，保證良好的電力輸出效率以及輸出控制的總量。同樣也要對燃料電池的輸出控制進(jìn)行研究，按照分布式電源的輸出控制來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的約束。并且在燃料電池的控制下，相應(yīng)的風(fēng)電輸出系統(tǒng)需要在總體約束條件下完成微電網(wǎng)總負(fù)荷的約束。默認(rèn)的分布式電源結(jié)構(gòu)需要滿足聯(lián)合建設(shè)的需求，如果約束條件的本身需要按照功率變化量的需求進(jìn)行輸出控制，那么對于不同的分布量會(huì)受到光伏影響環(huán)境的變化。以上整體設(shè)備的約束需要從微電網(wǎng)總體負(fù)荷量的約束下實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能控制，并且電源的整體設(shè)備需要在輸出功率的約束下完成分布式電量的設(shè)計(jì)。

3 基于改進(jìn)遺傳算法的微電網(wǎng)優(yōu)化配置

所謂遺傳算法就是在微電網(wǎng)的控制下實(shí)現(xiàn)快速編碼，對于多目標(biāo)的算法需要結(jié)合不同方面的控制來尋求最優(yōu)的解決方案。在滿足臨時(shí)布局的狀況下需要滿足整體布局的控制，編碼空間的適應(yīng)度要求在整體種群規(guī)模的要求下計(jì)算完成。算法循環(huán)控制的要求必須重新進(jìn)行編碼，并結(jié)合微電網(wǎng)分布式電源的主要內(nèi)容進(jìn)行控制，維持正常電網(wǎng)的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)信息的相關(guān)參數(shù)需要在策略式的優(yōu)化下才能夠完成，對微電網(wǎng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的主要內(nèi)容進(jìn)行分析，我們大致可以發(fā)現(xiàn)其主要成本的波動(dòng)及變化，如果在供電初期的用電量大幅度提高，那么其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的優(yōu)化效果將會(huì)很快降低。相對來講微電網(wǎng)的應(yīng)用成本較低，并且具有很好的環(huán)保性，對于整體微電網(wǎng)的運(yùn)行來講輸出電量的控制需要結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化策略才能夠保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的環(huán)保性和穩(wěn)定性，促進(jìn)可再生能源的利用效率，對微電網(wǎng)長期穩(wěn)定的發(fā)展具有很好的效果。

4 結(jié)語

本文從傳統(tǒng)的微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度工作進(jìn)行分析，考慮到環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性的要求構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化的模型結(jié)構(gòu)，同時(shí)在局部的算法結(jié)構(gòu)中促進(jìn)優(yōu)化配置效率的提高。對于更高的優(yōu)化目標(biāo)而言，需要滿足經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保型的要求，分別對不同的目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，這對于微電網(wǎng)整體資源的利用率來講有著很大的提升。

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