一種新的配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置算法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種新的配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置算法。根據(jù)差分進(jìn)化算法操作簡(jiǎn)單、處理離散變量方便和原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法魯棒性好、計(jì)算速度快的特點(diǎn)，提出一種以差分進(jìn)化算法為框架優(yōu)化離散變量，原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法優(yōu)化連續(xù)變量的混合求解算法。在差分進(jìn)化的每一次迭代中，采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)種群中每個(gè)個(gè)體的連續(xù)變量進(jìn)行優(yōu)化，并將目標(biāo)函數(shù)值作為個(gè)體的適應(yīng)度值。算例分析結(jié)果表明，該混合算法適用于含有離散-連續(xù)變量的線性/非線性混合優(yōu)化問(wèn)題，并且搜索能力強(qiáng)、數(shù)值穩(wěn)定性好。
【專利說(shuō)明】—種新的配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能領(lǐng)域，特別是一種新的配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)
化配置算法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)電能無(wú)法儲(chǔ)存，在電力調(diào)度中必須實(shí)時(shí)滿足發(fā)電與用電間的能量平衡。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，將儲(chǔ)能應(yīng)用于電力系統(tǒng)逐步可行，它給電能儲(chǔ)存提供了一種行之有效的方法。隨著配電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差的增大，供電日益緊張，利用儲(chǔ)能可以削峰填谷，提高配電設(shè)備的利用率，延緩電網(wǎng)升級(jí)，緩解電網(wǎng)供電壓力，因此儲(chǔ)能在未來(lái)配電網(wǎng)中將有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能等四類，其中蓄電池儲(chǔ)能具有充放電速度快、效率高、使用壽命長(zhǎng)、能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模利用以及對(duì)地理?xiàng)l件要求低等優(yōu)點(diǎn)而受到更多的關(guān)注和研究。因此蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)更適用于城市電網(wǎng)。對(duì)于蓄電池，容量和功率可以獨(dú)立配置，一個(gè)大規(guī)模蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備是由多個(gè)單元的功率模塊和能量模塊組成。根據(jù)需要，可以給蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置不同單元個(gè)數(shù)的功率模塊和能量模塊。配電網(wǎng)中，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)一般安裝在中壓配網(wǎng)側(cè)，作為負(fù)荷側(cè)的調(diào)峰電源使用，這樣可以充分發(fā)揮儲(chǔ)能低儲(chǔ)高發(fā)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也可以減少調(diào)節(jié)負(fù)荷過(guò)程中的電能損耗。
[0004]差分進(jìn)化算法是一種基于群體進(jìn)化的啟發(fā)式搜索算法，目前該算法已在電力系統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃、負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配和無(wú)功優(yōu)化等方面得到應(yīng)用。差分進(jìn)化算法操作簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)參數(shù)少，處理離散變量方便，具有全局尋優(yōu)能力，但計(jì)算速度慢。原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法計(jì)算速度快、尋優(yōu)能力強(qiáng)但處理離散變量困難?；诓罘诌M(jìn)化和內(nèi)點(diǎn)法的混合算法能夠解決含有離散一連續(xù)變量的線性/非線性混合優(yōu)化問(wèn)題，可以結(jié)合差分進(jìn)化和內(nèi)點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)并克服各自的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)配電網(wǎng)中安裝蓄電池儲(chǔ)能裝置的容量和功率配置問(wèn)題，提出一種基于差分進(jìn)化和內(nèi)點(diǎn)法的混合算法用于求解配電網(wǎng)中蓄電池的配置和實(shí)現(xiàn)各時(shí)段充/放電操作的優(yōu)化。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:一種新的配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置算法，其特征在于，所述方法是在計(jì)算中依次按以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0007](I)獲得配電網(wǎng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)信息。
[0008](2)設(shè)定差分進(jìn)化算法的種群大小、最大進(jìn)化代數(shù)、縮放因子、交叉因子；設(shè)定原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法的松弛變量、拉格朗日乘子和罰因子初值以及收斂精度；
[0009](3)以蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率模塊數(shù)和能量模塊數(shù)作為待優(yōu)化的離散變量，連續(xù)變量削峰率一同參與差分進(jìn)化算法的優(yōu)化，生成初始種群；
[0010](4)采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)種群各個(gè)個(gè)體的連續(xù)變量進(jìn)行優(yōu)化，即各時(shí)段蓄電池的充/放電功率，并將優(yōu)化后計(jì)算得到的目標(biāo)函數(shù)值作為個(gè)體適應(yīng)值，以此得到初始種群的全局最優(yōu)個(gè)體；
[0011](5)根據(jù)下式進(jìn)行種群變異操作:
[0012]vi； j (t+1) = Xrlj j (t) +F (xr2，j (t) -Xr3； j (t))
[0013](6)根據(jù)下式進(jìn)行交叉操作:

[Vi,.(? + I), if rand (O Λ) < Cr or j = randi(\,n)
[0014]U1 (? + l) ^ \;

[..Vi ,(r +1), else
[0015](7)保持上述差分進(jìn)化算法得到的各個(gè)體的離散變量和連續(xù)變量不變，采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)種群各個(gè)體的連續(xù)變量(即各時(shí)段蓄電池充/放電功率)進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化得到的目標(biāo)函數(shù)值f作為種群的個(gè)體適應(yīng)值，更新種群的全局最優(yōu)個(gè)體；
[0016](8)根據(jù)下式進(jìn)行選擇操作:
,I UjU+ \), if/'(UiXt + ])) < f(x,(t))
[0017]Λ: (? + l) = ^；

L jc,⑴，else
[0018](9)判斷是否達(dá)到最大進(jìn)化代數(shù)，若是，則輸出結(jié)果，退出程序；若否，則置進(jìn)化代數(shù)t加1，返回(5)繼續(xù)迭代。`
[0019]作為優(yōu)化，所述參數(shù)信息包括日負(fù)荷有功、分時(shí)電價(jià)、配電網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)、電網(wǎng)升級(jí)建設(shè)成本、配電網(wǎng)地區(qū)的年負(fù)荷增長(zhǎng)率、通貨膨脹率、貼現(xiàn)率、蓄電池單位充/放電功率的造價(jià)、單位容量的造價(jià)、儲(chǔ)能單位功率的年運(yùn)行維護(hù)成本、蓄電池使用年限、年運(yùn)行天數(shù)等；
[0020]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比:本發(fā)明提出的配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置的方法，基于儲(chǔ)能的全壽命周期建立配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)效益模型，計(jì)及了儲(chǔ)能通過(guò)不同時(shí)間的充/放電操作實(shí)現(xiàn)套利、減少轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)、延緩電網(wǎng)升級(jí)三方面的獲利和儲(chǔ)能的固定投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本。針對(duì)含有連續(xù)-離散混合變量的線性/非線性優(yōu)化問(wèn)題，本文算法有效結(jié)合了差分進(jìn)化算法和內(nèi)點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)，采用差分進(jìn)化算法優(yōu)化離散變量蓄電池的功率模塊組數(shù)和能量模塊組數(shù)，以及連續(xù)變量?jī)?chǔ)能的削峰率，在差分進(jìn)化算法的每一次迭代中采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)儲(chǔ)能24時(shí)段充/放電功率進(jìn)行優(yōu)化優(yōu)化個(gè)個(gè)體適應(yīng)度評(píng)估，從而是的算法能夠有效處理混合優(yōu)化問(wèn)題，并且兼具處理離散一連續(xù)變量方便和魯棒性好，數(shù)值穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0022]圖2為本發(fā)明基于的蓄電池在配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明分時(shí)電價(jià)曲線示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明配電網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明配電網(wǎng)平均日負(fù)荷曲線示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明采用NAS (鈉硫電池)的收斂曲線示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明NAS的充/放電曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]差分進(jìn)化(differentialevolution,DE)算法由 StornR 和 PriceK 在 1995 年提出，它是一種基于群體進(jìn)化的啟發(fā)式搜索算法，目前該算法已在電力系統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃、負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配和無(wú)功優(yōu)化等方面得到應(yīng)用。同智能算法一樣，DE算法首先要在變量邊界約束內(nèi)隨機(jī)生成初始化種群X (O) = [X1(O),…，xN(0)],其中Xi(O) = [Xil(O),…，xin(0) ]τ, N為種群數(shù)量，..為變量維數(shù)。
[0029]在當(dāng)前第t代種群中隨機(jī)選擇三個(gè)個(gè)體X11 (t)、xr2 (t)、Xr3 (t),根據(jù)下式得變異
[0030]Vi (t+1) = xrl (t) +F (xr2 (t) -xr3 (t)), rl 古 r2 古 r3 古 i
[0031]式中:..、xr2 (t)和\3(0為種群中隨機(jī)選取的三個(gè)不同的個(gè)體，下標(biāo)表示當(dāng)前種群個(gè)體；Vi(t+l)為變異種群的第i個(gè)個(gè)體；F為縮放因子，表征個(gè)體的變異程度，一般取[0.4，1.0]。
[0032]為了增加種群個(gè)體的多樣性，對(duì)原始種群和變異種群進(jìn)行交叉操作:
【權(quán)利要求】
1.新的配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置算法，其特征在于，所述方法是在計(jì)算機(jī)中依次按以下步驟實(shí)現(xiàn): (1)獲得配電網(wǎng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)信息； (2)程序初始化，包括設(shè)定差分進(jìn)化算法的種群大小、最大進(jìn)化代數(shù)、縮放因子、交叉因子；設(shè)定原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法的松弛變量、拉格朗日乘子和罰因子初值以及收斂精度； (3)以蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率模塊數(shù)和能量模塊數(shù)作為待優(yōu)化的離散變量，連續(xù)變量削峰率一同參與差分進(jìn)化算法的優(yōu)化，生成初始種群； (4)采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)種群各個(gè)個(gè)體的連續(xù)變量進(jìn)行優(yōu)化，即各時(shí)段蓄電池的充/放電功率，并將優(yōu)化后計(jì)算得到的目標(biāo)函數(shù)值作為個(gè)體適應(yīng)值，以此得到初始種群的全局最優(yōu)個(gè)體； (5)根據(jù)下式進(jìn)行種群變異操作:
VijJ (t + 1) = Xrl, j (t) +F (xr2； j (t) -Xr3j j (t)); (6)根據(jù)下式進(jìn)行交叉操作:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新的配電網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置算法，其特征在于，所述參數(shù)信息包括日負(fù)荷有功、分時(shí)電價(jià)、配電網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)、電網(wǎng)升級(jí)建設(shè)成本、配電網(wǎng)地區(qū)的年負(fù)荷增長(zhǎng)率、通貨膨脹率、貼現(xiàn)率、蓄電池單位充/放電功率的造價(jià)、單位容量的造價(jià)、儲(chǔ)能單位功率的年運(yùn)行維護(hù)成本、蓄電池使用年限、年運(yùn)行天數(shù)等。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK103824123SQ201410038489
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】衛(wèi)志農(nóng), 向育鵬, 孫國(guó)強(qiáng), 孫永輝, 董明, 滕德紅, 高沁, 李海欣 申請(qǐng)人:河海大學(xué)