備戰條件下能源互聯網優化配置方法

鄭曉坤，牛延莉，孫 輝

（中國人民解放軍78111部隊，四川 成都 610000）

0 引 言

目前，已有能源互聯網的研究都未考慮軍事應用和戰爭因素。在非和平時期，骨干網電力系統將變得不可靠，軍事和民用設施的電力供應將是大問題。因此，考慮備戰條件下的軍事能源互聯網的優化配置很必要[1]。本文通過合理配置城市中可再生能源發電設備、燃油的存儲量以及戰時能量供應原則，使軍事能源互聯網在和平時期運行符合經濟運行原則，在非和平時期能給軍事需求提供穩定充足的能量供給，實現“和平和戰爭相結合、供能可靠、來源廣泛”的戰爭供能原則。

1 軍事能源互聯網結構及運行準則

備戰條件下的軍事能源互聯網（Military Energy Internet，MEI）是圍繞著重要的軍事單位建立的能源互聯網，系統結構及能量供應關系如圖1所示。

在和平時期，外網供電穩定，系統的優化目標是使經濟效益最大化。通過合理控制系統運行策略，使MEI系統與外電網的交互過程既能滿足負荷需求，又能使經濟效益最大化。在非和平時期，外網供電不穩定、不可靠，系統內部的軍用負荷需要內部的發電單元及民用微電網的支持。在非和平時期，確保軍用載荷的供電是首要目標。

備戰條件下，能源互聯網系統優化配置的目標是綜合考慮內部、外部環境因素，協調控制MEI和CV的供應關系，優化系統中各發電單元容量、儲能設備容量等，使得系統建設和運行的經濟性以及非和平時期的供電穩定性達到最優。

2 MEI系統優化優化配置模型

軍事能源互聯網中，各發電單元模型（風、光、儲、柴發電機模型）可參考文獻[2]。

2.1 MEI年化成本

考慮MEI系統的建設成本時，一般用各部件的年化成本（ACS）來衡量。廣義電源年化成本可以用式（1）進行計算：

其中，Cx為MEI系統中電源x的固有成本的年化成本。

2.2 MEI運行成本

MEI的運行成本主要指在和平時期系統滿足負荷需求與外電網發生交易時總的經濟付出。以一天為運行優化時長，以4 h為步長，根據優化做出每天的運行策略，計算總的周期T內系統的運行成本：

圖1 MEI系統結構

假設規劃期為T，di,i∈(0,1,2,…,T)為規劃期內的第i天。在規劃期內，非和平時期的開始時間為T0，結束時間為T1。Cdi為MEI在第i天內按優化策略運行一天的成本。根據圖1中MEI系統的能量供應關系，第i天的運行成本為：

第i天的運行優化策略為使經濟最大化，優化結果是MEI一天的運行成本，決策變量的取值是每一步長系統的運行策略。

2.3 MEI負荷切除代價

非和平時期外電網供電不穩定，增加的軍用負載增大系統負荷需求，在電力供應不足時將導致部分載荷從系統切除，由此造成的影響可以用代價函數表示（可靠性目標為最小化切除代價），則非和平時期代價函數可以表示為：

3 算例分析

為驗證本文提出的優化配置MEI方法的有效性，以實際數據為參考，通過構建一個包含一個軍事微網和兩個民用微網的MEI算例來驗證模型。仿真一個規劃時間為5年，假設非和平期持續2個月，優化單位時長為4 h，以此計算MEI的優化配置方案。

3.1 參數設置

風速、光照強度以及載荷需求等環境數據參考 GEF Com 2014 Data（Global Energy Forecasting Competition 2014 Data）中提供的標準數據[3]。

MEI系統中可再生能源發電模型參考文獻[1]，其中各部件的參數設置如表1所示。

3.2 算法求解結果

利用PICEA-g算法進行求解，根據算法參數設置，算法的進化代數設為100。以系統運行經濟性和非和平時期負荷切除代價為收斂目標，得到能綜合協調這兩個目標的結果。利用PICEA-g算法得到的收斂結果如圖2所示。

表1 MEI系統各部件參數

圖2 MEI系統多目標優化帕雷托前沿

算法運行結果的最后一代帕雷托前沿中共有50個解，表示50種MEI優化配置方案。選擇一個配置結果：光伏板裝機容量380 kW，風機裝機容量510 kW，蓄電池容量4 200 Ah，柴油存儲量15 248.48 kg，計算求得MEI系統總成本為1 695 731 $，在為期兩個月的非和平期負荷總切除代價為45.75，軍用核心負荷持續工作時間為24天（大于20天），滿足軍方對作戰條件下需要持續供應最低時限的要求[4]。

4 結 論

本文對MEI系統配置優化做了初步研究，但仍有很多問題值得深入研究，如MEI系統在運行時內部的能量供應優化問題和在非和平時期設備的毀傷問題，都具有重要的現實意義。綜上所述，MEI系統是在軍民融合戰略背景下，結合能源互聯網技術，在備戰條件下為軍事負載提供可靠能源支撐的可靠解決方案。