優化分布式電源配置方法及裝置與流程
2024-03-22 20:58:05 3
本發明涉及分布式電源領域，具體涉及一種優化分布式電源配置方法及裝置。
背景技術：
分布式電源(dg)有利於減少新的輸電走廊，解決邊遠地區的小負荷用電等問題，在節能、環保開闢利用可再生能源新方式等方面發揮較大作用。dg的優化配置是微電網規劃設計階段的重要內容，對保證系統投資成本、供電可靠性等方面具有重要的指導意義。
現有的研究中對微電網電源容量優化配置主要採用年成本為單目標函數，優化目標單一，對於多目標權重的處理由個人主觀判斷確定，未給出科學的方法，從而使微電網電源容量優化配置效果不能達到預期。
技術實現要素：
針對現有技術存在的缺陷，本發明實施例提出一種優化分布式電源配置方法及裝置。
一方面，本發明實施例提出一種優化分布式電源配置方法，包括：
s1、以獨立光/儲微電網電源總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率3指標最小為目標函數建立多目標優化模型；
s2、用α、npv、nbs分別表示光伏電池板角度、光伏電池板和蓄電池的配置數量，以所述目標函數作為適應度函數，應用遺傳粒子群方法，尋找最優的光/儲組合(α、npv、nbs)，使目標函數的值最小；
s3、根據所述最優的光/儲組合(α，npv，nbs)對獨立光/儲微電網進行分布式電源優化配置。
另一方面，本發明實施例提出一種優化分布式電源配置裝置，包括：
建立單元，用於以獨立光/儲微電網電源總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率3指標最小為目標函數建立多目標優化模型；
計算單元，用於用α、npv、nbs分別表示光伏電池板角度、光伏電池板和蓄電池的配置數量，以所述目標函數作為適應度函數，應用遺傳粒子群方法，尋找最優的光/儲組合(α、npv、nbs)，使目標函數的值最小；
配置單元，用於根據所述最優的光/儲組合(α、npv、nbs)對獨立光/儲微電網進行分布式電源優化配置。
本發明實施例提供的優化分布式電源配置方法及裝置，特別針對含光伏陣列、鉛酸蓄電池的獨立運行微電網電源容量的優化配置，提出一種以獨立光/儲微電網電源的總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率3指標最小為目標函數的多目標優化模型，並基於此模型計算光伏電池板角度以及光伏電池板和蓄電池的最優配置數量的方案，相較於現有技術，創新之處在於給出的是3目標優化方法，考慮的指標有微電網電源的總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率，能夠提高微電網電源容量優化配置效果，為偏遠地區獨立光/儲混合微電網電源容量配置提供有益補充。
附圖說明
圖1為本發明優化分布式電源配置方法一實施例的流程示意圖；
圖2為圖1中s2一實施例的流程示意圖；
圖3為本發明優化分布式電源配置裝置一實施例的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
參看圖1，本實施例公開一種優化分布式電源配置方法，包括：
s1、以獨立光/儲微電網電源總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率3指標最小為目標函數建立多目標優化模型；
s2、用α、npv、nbs分別表示光伏電池板角度、光伏電池板和蓄電池的配置數量，以所述目標函數作為適應度函數，應用遺傳粒子群方法，尋找最優的光/儲組合(α、npv、nbs)，使目標函數的值最小；
s3、根據所述最優的光/儲組合(α，npv，nbs)對獨立光/儲微電網進行分布式電源優化配置。
本發明實施例提供的優化分布式電源配置方法，特別針對含光伏陣列、鉛酸蓄電池的獨立運行微電網電源容量的優化配置，提出一種以獨立光/儲微電網電源的總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率3指標最小為目標函數的多目標優化模型，並基於此模型計算光伏電池板角度以及光伏電池板和蓄電池的最優配置數量的方案，相較於現有技術，創新之處在於給出的是3目標優化方法，考慮的指標有微電網電源的總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率，能夠提高微電網電源容量優化配置效果，為偏遠地區獨立光/儲混合微電網電源容量配置提供有益補充。
本發明研究是由光伏陣列、蓄電池組成的獨立運行微電網，根據已知光伏發電ppv單元模型以及蓄電池充放電模型st+δt研究獨立微網容量優化配置方法，其中st+δt由t時刻的荷電狀態(soc)值st及δt時段內蓄電池的充放電功率產生的soc值組成。
本發明以獨立光/儲微電網電源總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率3指標最小為目標函數建立多目標優化模型，優化變量為系統光伏電池板角度以及光伏電池板和蓄電池的配置數量，目標函數f為
minf＝min(c,flpsp,fexc)(1)
c為微電網系統電源年總成本，萬元；flpsp為代表系統供電可靠性的年負荷缺電率；fexc為年能量浪費倍率。
1)系統成本
獨立光/儲微電網電源系統的年總成本
c＝c1+c2+c3(2)
式中：c1＝(npvcpv+nbscbs)fcr光伏設備初始投資成本，萬元；c2為光伏年運行維護成本，萬元，c3為光伏設備替換成本。式中：cpv、cbs分別為光伏電板、蓄電池的單價，萬元；npv、nbs分別為光伏電板、蓄電池的數量，fcr為現值係數。
2)系統供電可靠性
本發明考慮光/儲分布式發電保障負荷電力需求的能力，因此以負荷缺電率(用lpsp表示)表徵系統供電可靠性，其表達式為：
式中：ppv(ti)、pbs(ti)、pl(ti)分別為ti時刻光伏、蓄電池和負荷的功率，kw；n為計算時段內的採樣點數，δt為計算時間段。顯然flpsp越小，供電可靠性越高。
3)電能浪費率
以能量過剩倍率表徵系統的電能浪費率，即特定時期內浪費的能量除以系統負荷總需求能量，其表達式為
顯然fexc越小，電能浪費得越少，資源的利用效率越高。
4)約束條件
其中socmin和socmax分別為蓄電池荷電存儲狀態值st的下限值和上限值；0＜α＜90°光伏電池板傾角α傾角約束；光伏機組和蓄電池數量約束為0<npv<npvmax，0<nbs<nbsmax。
獨立光伏/儲微電網系統中，由於光伏以及負荷具有很強的隨機性，其容量優化配置是一個典型的非線性優化問題，因此，本發明採用離散變量處理能力強、全局尋優能力和運行效率高的改進粒子群算法來優化光伏/儲容量配置。
根據本發明的容量優化配置問題，負荷缺電率以反映微電網用戶的供電可靠性水平；其次是系統成本，能體現方案的經濟性；電能量浪費倍率反映可再生能源的利用效率；光儲總輸出功率相對負荷功率的波動率，能體現光伏電源輸出與負荷的匹配程度。
改進的粒子群算法採用固定長度的二進位字符串來表示群體中的個體，針對本發明的優化問題，用α、npv、nbs分別表示光伏電池板角度、光伏電池板和蓄電池的配置數量。以式(1)目標函數作為適應度函數，應用遺傳粒子群方法，尋找到最優的光/儲組合(α、npv、nbs)，使目標函數的值最小。算法的整體流程如圖2所示。
參看圖2，算法的工作過程：
(a)輸入數據，包括光照強度、溫度、蓄電池和光伏參數等，確定目標函數，初始種群粒子數等；
(b)依據初始種群數和約束條件(5)初始化粒子種群，每個粒子均得到一種機組容量配比方式，組合以二進位編碼表示；
(c)對每個粒子生成的機組容量配比方式，負荷功率要求，計算該配比方式全年出力；
(d)判斷此容量配比方式是否滿足功率平衡要求，是否滿足能源損失率性能指標，如果都滿足，則選取最優粒子值，判斷是否達到最大迭代次數，當達到最大迭代次數，則最終選出最優組合。當此容量配比方式不滿足功率平衡要求，或不滿足能源損失率性能指標時，將粒子放入遺傳個體互異的優秀資料庫，通過交叉、變異操作形成新的粒子，重新從粒子種群初始化，即步驟(b)開始執行，直至得到最優電源配置。
參看圖3，本實施例公開一種優化分布式電源配置裝置，包括：
建立單元1，用於以獨立光/儲微電網電源總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率3指標最小為目標函數建立多目標優化模型；
計算單元2，用於用α、npv、nbs分別表示光伏電池板角度、光伏電池板和蓄電池的配置數量，以所述目標函數作為適應度函數，應用遺傳粒子群方法，尋找最優的光/儲組合(α、npv、nbs)，使目標函數的值最小；
配置單元3，用於根據所述最優的光/儲組合(α、npv、nbs)對獨立光/儲微電網進行分布式電源優化配置。
本發明實施例提供的優化分布式電源配置裝置，特別針對含光伏陣列、鉛酸蓄電池的獨立運行微電網電源容量的優化配置，提出一種以獨立光/儲微電網電源的總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率3指標最小為目標函數的多目標優化模型，並基於此模型計算光伏電池板角度以及光伏電池板和蓄電池的最優配置數量的方案，相較於現有技術，創新之處在於給出的是3目標優化方法，考慮的指標有微電網電源的總成本、負荷缺電率和能量浪費倍率，能夠提高微電網電源容量優化配置效果，為偏遠地區獨立光/儲混合微電網電源容量配置提供有益補充。
本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本申請可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本申請可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。
本申請是參照根據本申請實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。術語「上」、「下」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
本發明的說明書中，說明了大量具體細節。然而能夠理解的是，本發明的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，並未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。類似地，應當理解，為了精簡本發明公開並幫助理解各個發明方面中的一個或多個，在上面對本發明的示例性實施例的描述中，本發明的各個特徵有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，並不應將該公開的方法解釋呈反映如下意圖：即所要求保護的本發明要求比在每個權利要求中所明確記載的特徵更多的特徵。更確切地說，如權利要求書所反映的那樣，發明方面在於少於前面公開的單個實施例的所有特徵。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地併入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本發明的單獨實施例。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。本發明並不局限於任何單一的方面，也不局限於任何單一的實施例，也不局限於這些方面和/或實施例的任意組合和/或置換。而且，可以單獨使用本發明的每個方面和/或實施例或者與一個或更多其他方面和/或其實施例結合使用。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求和說明書的範圍當中。