基于万有引力算法的独立微网系统设计方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于万有引力算法的独立微网系统设计方法，其包括如下步骤：步骤S1，建立具有多目标评价指标的独立微网系统模型；步骤S2，将多目标评价指标的独立微网系统模型转换为单目标评价指标的独立微网系统模型；步骤S3，选取可并入的风机台数Numwt、光伏电池阵列的并联串数Numpv、蓄电池并联串数Numbat作为优化变量；步骤S4，确定独立微网系统的运行控制策略，优先考虑用可再生能源发电量满足负荷需求，根据可再生能源发电量与负荷所需电量的差值，来决定蓄电池的充放电状态及柴油发电机的开停；步骤S5，利用万有引力算法对独立微网系统模型进行求解。采用该设计方法设计出的独立微网系统具有经济性好、环保性高、可再生能源利用率高、供电安全可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分布式发电独立微网系统的
，尤其涉及一种基于万有引力算法的独立微网系统设计方法。
技术介绍
独立微网系统是指完全与大电网隔离、自我独立运行的小型电力系统，以偏远地区或者海岛为主要供电对象，同时充分利用本地的可再生新能源发电，如风力发电(windpower)、光伏发电(photovoltaic,PV)、波浪能发电(wavepower)等。典型海岛独立微网系统中的电源一般由光伏、风机、储能装置、柴油发电机，控制系统及电力负荷组成，提供稳定可靠的电能。由于太阳能和风能具有较强的互补性，海岛独立微网系统采用风力发电机和太阳能联合发电方式，能从某种程度上减小单一发电形式的间歇性和波动性；储能装置常用来维持微网内能量平衡，保证系统的暂态稳定；柴油发电机作为后备电源，在紧急情况下提供支持。一般海岛上都存在淡水资源短缺的问题，因此，除了日常负荷之外，海水淡化装置也是一种比较典型的负荷。微网中太阳能电池和储能电池是直流电源；而风力发电和柴油发电机为交流电源。如图1所示，现有独立微网系统中的电源多采用交直流混合结构，蓄电池组和光伏经DC/DC并联至直流母线，再通过DC/AC连接至交流母线；风力发电机经AC/DC/AC连接至交流母线；柴油发电机和其他交流负载直接连接至交流母线。现有的独立微网系统设计方法仅仅考虑了负荷点的指标，还没有出现一种合理考虑安全性评价指标，制定出相应的策略，寻求经济性和安全性的最优平衡设计方法。如果能够研发出一种不仅围绕发电负荷需求，还可以量化发电单元随机失效引起的风险、安全充裕性总体测度指标的独立微网系统设计方法。则将使采用该设计方法设计出来的独立微网系统极具经济效益、环保效益、社会效益等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于万有引力算法的独立微网系统设计方法，本专利技术将多目标问题转化为单目标优化问题，并使用二元对比定权法确定各子目标权重，再采用万有引力算法进行求解。采用该设计方法设计出的独立微网系统具有经济性好、环保性高、可再生能源利用率高、供电安全可靠性高等优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于万有引力算法的独立微网系统设计方法包括如下步骤：步骤S1，建立具有多目标评价指标的独立微网系统模型；步骤S2，将多目标评价指标的独立微网系统模型转换为单目标评价指标的独立微网系统模型；步骤S3，选取可并入的风机台数Numwt、光伏电池阵列的并联串数Numpv、蓄电池并联串数Numbat作为优化变量；步骤S4，确定独立微网系统的运行控制策略，优先考虑用可再生能源发电量满足负荷需求，根据可再生能源发电量与负荷所需电量的差值，来决定蓄电池的充放电状态及柴油发电机的开停；步骤S5，利用万有引力算法对独立微网系统模型进行求解。所述步骤S1中建立具有多目标评价指标的独立微网系统模型过程如下：采用多目标优化模型，确定微网内各分布式电源、储能系统的最佳容量配置方案；其具体方案包括四个可量化评价指标：经济性指标，用全寿命周期内的总净现成本NPC表示；环保性指标，用碳排放量ECO2表示；可再生能源利用率指标，用Rren表示；微网安全可靠性指标，用负荷缺电率LPSP表示；总净现成本NPC是指微网在全寿命周期内所产生的净费用，其包括初始投资成本、工程寿命内各部分运行维护成本、燃料成本及置换成本，收入部分包括售电收益和设备残值；数学表达式为：式中：x为优化变量，N为微网的工程寿命[年]，r为贴现率，C(i)、B(i)分别为第i年的成本和收入[￥/年]；C(i)计算公式如下：C(i)＝CI(i)+CM(i)+CF(i)+CR(i)式中：CI(i)、CM(i)、CF(i)、CR(i)分别为第i年的初始投资成本、运行维护成本、燃料成本和置换成本；具体变量计算公式分列如下：CI(k)＝CIwt+CIpv+CIbat+CIde+CIconverter+CIcontrol其中，CIwt、CIpv、CIbat、CIde、CIconverter、CIcontrol分别为风力发电机、光伏电池、蓄电池、柴油发电机、变流器和微网管理控制系统的投资成本；CM(i)＝CMwt(i)+CMpv(i)+CMbat(i)+CMde(i)+CMconverter(i)其中，CMwt(i)、CMpv(i)、CMbat(i)、CMde(i)、CMconverter(i)分别为第i年的风力发电机、光伏电池、蓄电池、柴油发电机和变流器的运行维护成；CF(i)＝CFde(i)表示第i年的柴油发电机的燃料成本；CR(i)＝CRwt(i)+CRpv(i)+CRbat(i)+CRde(i)+CRconverter(i)CRwt(i)、CRpv(i)、CRbat(i)、CRde(i)、CRconverter(i)分别为第i年的风力发电机、光伏电池、蓄电池、柴油发电机和变流器的置换成本；B(i)＝Bsell(i)+Bsal式中，Bsell(i)、Bsal分别为第i年的售电收入、设备残值；设备残值是指已达到独立微网系统使用周期时，部分设备还未到使用年限而残留的剩余价值；碳排放量是指全寿命周期内微网向环境排放的CO2量，引入排放处罚来计算环境成本：式中：为柴油产生单位CO2导致的处罚收费标准[￥/kg]；为柴油排放系数[kg/L]，即平均单位柴油所产生的CO2量；vdiesel(i)为第i年微网的年柴油消耗量[L]；将可再生能源年发电量与独立微网系统内全部微源年发电量的比值定义为可再生能源利用率Rren；对全寿命周期内未利用的可再生能源能量进行经济惩罚：式中：pun为单位未利用的可再生能源导致的处罚收费标准[￥/kWh]；Tun(i)为第i年未利用的可再生能源能量[kWh]。所述步骤S2中将多目标评价指标的独立微网系统模型转换为单目标评价指标的独立微网系统模型的具体过程如下：采用线性加权求和法将多目标优化问题转换为单目标优化问题，引入一个惩罚因子σ，具体的表达式为：式中各子目标的权系数采用二元对比定权法确定；g(X)用于表示由负荷缺电率LPSP引入的约束函数；LPSP定义为未满足负荷需求能量与总负荷需求能量的比值，其值越小，供电安全可靠性越高，转化为约束条件表示为：即：g(X)＝LPSP-λ≤0其中，∑Pload-un为总的未满足负荷能量，∑Pload为总的负荷需求能量，设λ为0.1％；同时，考虑下面的约束条件：(1)蓄电池的充电状态不能超过蓄电池最大荷电量与最小荷电量的限制，即SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax(2)柴油发电机年度发电量占系统所提供电量的20％以内，即PDG/(PRE+PDG)≤0.2式中：PDG为柴油发电机提供的功率，PRE＝NumpvPpv+NumwtPwt为可再生能源提供的功率。所述步骤S4的具体过程为：根据可再生能源发电量与负荷所需电量的差值，来决定蓄电池的充放电状态及柴油发电机的开停；△P(t)＝PRE(t)-PL(t)式中：PRE(t)表示在时刻t由可再生能源所产生的功率；PRE(t)＝NumpvPpv(t)+NumwtPwt(t)PL(t)表示变流器直流侧所需功率，用如下公式计算：PL(t)＝Pload(t)/ηiPload(t)表示t时刻负荷所需功率，ηi表示DC/AC变流器的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于万有引力算法的独立微网系统设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1，建立具有多目标评价指标的独立微网系统模型；步骤S2，将多目标评价指标的独立微网系统模型转换为单目标评价指标的独立微网系统模型；步骤S3，选取可并入的风机台数Numwt、光伏电池阵列的并联串数Numpv、蓄电池并联串数Numbat作为优化变量；步骤S4，确定独立微网系统的运行控制策略，优先考虑用可再生能源发电量满足负荷需求，根据可再生能源发电量与负荷所需电量的差值，来决定蓄电池的充放电状态及柴油发电机的开停；步骤S5，利用万有引力算法对独立微网系统模型进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种基于万有引力算法的独立微网系统设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1，建立具有多目标评价指标的独立微网系统模型；步骤S2，将多目标评价指标的独立微网系统模型转换为单目标评价指标的独立微网系统模型；步骤S3，选取可并入的风机台数Numwt、光伏电池阵列的并联串数Numpv、蓄电池并联串数Numbat作为优化变量；步骤S4，确定独立微网系统的运行控制策略，优先考虑用可再生能源发电量满足负荷需求，根据可再生能源发电量与负荷所需电量的差值，来决定蓄电池的充放电状态及柴油发电机的开停；步骤S5，利用万有引力算法对独立微网系统模型进行求解。2.根据权利要求1所述的一种基于万有引力算法的独立微网系统设计方法，其特征在于：所述步骤S1中建立具有多目标评价指标的独立微网系统模型过程如下：采用多目标优化模型，确定微网内各分布式电源、储能系统的最佳容量配置方案；其具体方案包括四个可量化评价指标：经济性指标，用全寿命周期内的总净现成本NPC表示；环保性指标，用碳排放量表示；可再生能源利用率指标，用Rren表示；微网安全可靠性指标，用负荷缺电率LPSP表示；总净现成本NPC是指微网在全寿命周期内所产生的净费用，其包括初始投资成本、工程寿命内各部分运行维护成本、燃料成本及置换成本，收入部分包括售电收益和设备残值；数学表达式为：f1(x)=Σi=1NC(i)-B(i)(1+r)i]]>式中：x为优化变量，N为微网的工程寿命[年]，r为贴现率，C(i)、B(i)分别为第i年的成本和收入[￥/年]；C(i)计算公式如下：C(i)＝CI(i)+CM(i)+CF(i)+CR(i)式中：CI(i)、CM(i)、CF(i)、CR(i)分别为第i年的初始投资成本、运行维护成本、燃料成本和置换成本；具体变量计算公式分列如下：CI(k)＝CIwt+CIpv+CIbat+CIde+CIconverter+CIcontrol其中，CIwt、CIpv、CIbat、CIde、CIconverter、CIcontrol分别为风力发电机、光伏电池、蓄电池、柴油发电机、变流器和微网管理控制系统的投资成本；CM(i)＝CMwt(i)+CMpv(i)+CMbat(i)+CMde(i)+CMconverter(i)其中，CMwt(i)、CMpv(i)、CMbat(i)、CMde(i)、CMconverter(i)分别为第i年的风力发电机、光伏电池、蓄电池、柴油发电机和变流器的运行维护成；CF(i)＝CFde(i)表示第i年的柴油发电机的燃料成本；CR(i)＝CRwt(i)+CRpv(i)+CRbat(i)+CRde(i)+CRconverter(i)CRwt(i)、CRpv(i)、CRbat(i)、CRde(i)、CRconverter(i)分别为第i年的风力发电机、光伏电池、蓄电池、柴油发电机和变流器的置换成本；B(i)＝Bsell(i)+Bsal式中，Bsell(i)、Bsal分别为第i年的售电收入、设备残值；设备残值是指已达到独立微网系统使用周期时，部分设备还未到使用年限而残留的剩余价值；碳排放量是指全寿命周期内微网向环境排放的CO2量，引入排放处罚来计算环境成本：f2(x)=Σi=1ipCO2μCO2vdiesel(i)(1+r)i]]>式中：为柴油产生单位CO2导致的处罚收费标准[￥/kg]；为柴油排放系数[kg/L]，即平均单位柴油所产生的CO2量；vdiesel(i)为第i年微网的年柴油消耗量[L]；将可再生能源年发电量与独立微网系统内全部微源年发电量的比值定义为可再生能源利用率Rren；对全寿命周期内未利用的可再生能源能量进行经济惩罚：f3(x)=Σi=1NpunTun(i)(1+r)i]]>式中：pu...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻志成，徐瑞林，朱小军，陈涛，刘玲，李小菊，董光德，朱晟毅，杨爽，文一宇，赵科，张友强，胡晓锐，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50