本發(fā)明涉及一種基于波浪發(fā)電的海島微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化方法，屬于微電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

海島的發(fā)展需要安全、可靠的能源動(dòng)力和充足的水資源作為保障，而多數(shù)海島電力供應(yīng)緊張，供電可靠性不高。

建設(shè)海島微電網(wǎng)，利用可再生能源發(fā)電為島上居民及海水淡化提供電力供給，可以解決傳統(tǒng)能源危機(jī)和淡水資源短缺兩大問(wèn)題。近年來(lái)海島的保護(hù)、開發(fā)成為海洋事業(yè)的熱點(diǎn)，有關(guān)國(guó)家都在積極研究和建設(shè)海島微電網(wǎng)，其技術(shù)裝備水平、裝機(jī)規(guī)模均不斷提升，我國(guó)也建設(shè)了多個(gè)不同規(guī)模的海島微電網(wǎng)工程。海島微電網(wǎng)從大類上可以分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型，主要構(gòu)成基本相同，充分利用島上豐富的風(fēng)能、光能等清潔能源，并有效組合波浪能、風(fēng)能、光、柴油發(fā)電機(jī)及儲(chǔ)能設(shè)備，可以有效發(fā)揮單個(gè)發(fā)電設(shè)備的特點(diǎn)，從而不僅實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)成本的最優(yōu)，一般以最小化投資運(yùn)行成本和最大化可再生能源利用效率和可靠性為目標(biāo)，為海島提供清潔、穩(wěn)定、安全的電力。

但國(guó)內(nèi)目前對(duì)于海島微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)還不夠全面，大多是還是針對(duì)風(fēng)能，光能以及儲(chǔ)能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于含波浪能發(fā)電的海島微電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)還未考慮，波浪能發(fā)電通過(guò)波浪能裝置將波浪能首先轉(zhuǎn)換為機(jī)械能(液壓能)，然后再轉(zhuǎn)換成電能，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于這一塊還缺少相關(guān)的技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于波浪發(fā)電的海島微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化方法，將波浪能發(fā)電融合到微電網(wǎng)中，形成多元化且更加經(jīng)濟(jì)的海島微電網(wǎng)系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于波浪發(fā)電的海島微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化方法，其特征是，包括如下步驟：

1)選擇海島，對(duì)海島的信息進(jìn)行調(diào)研采集，包括海島的具體用途、人員居住情況、海島資源分布情況、自然資源分布情況、海島負(fù)荷種類及負(fù)荷峰值；通過(guò)海島的具體用途、人員居住情況劃分海島負(fù)荷為可控負(fù)荷與不可控負(fù)荷，以確定海島負(fù)荷種類；通過(guò)海島資源分布情況確定海島可再生能源種類；

2)建立經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)模型，包含波浪能發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電設(shè)備、柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備和相關(guān)成本；其中，波浪能發(fā)電機(jī)和戶用光伏發(fā)電設(shè)備作為不可控負(fù)荷，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備作為可控負(fù)荷；

3)結(jié)合步驟2)所建的經(jīng)濟(jì)模型，確定波浪能發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、戶用光伏發(fā)電設(shè)備的臺(tái)數(shù)以及柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電功率的選擇上限與下限；

4)根據(jù)以上步驟確立目標(biāo)函數(shù)及約束條件；

5)對(duì)步驟4)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，作為海島微電網(wǎng)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃方案。

進(jìn)一步地，所述步驟2)中相關(guān)成本包括設(shè)備購(gòu)買成本、設(shè)備運(yùn)輸成本、設(shè)備安裝成本及設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中波浪能發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、戶用光伏發(fā)電設(shè)備的臺(tái)數(shù)根據(jù)單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)，單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、單套戶用光伏發(fā)電設(shè)備的功率來(lái)確定。

優(yōu)選地，所述步驟4)中目標(biāo)函數(shù)為minfz＝(sin+sfu)，初始投資成本sin＝λwe·cwe-in+λpv·cpv-in+λwt·cwt-in+cdg-in，運(yùn)行維護(hù)成本sfu＝cm-ta+cdg-m+cf-ta；

其中：

單臺(tái)波浪能投資成本cwe-in＝cwe-e+cwe-tc+cwe-i；

單臺(tái)光伏發(fā)電設(shè)備投資成本cpv-in＝cpv-e+cpv-tc+cpv-i；

單臺(tái)風(fēng)機(jī)投資成本cwt-in＝cwt-e+cwt-tc+cwt-i；

柴油發(fā)電機(jī)投資成本cdg-in＝cdg-e+cdg-tc+cdg-i；

波、風(fēng)及光年運(yùn)行維護(hù)成本之和cm-ta＝λwecwe-m+λpvcpv-m+λwtcwt-m；

柴油發(fā)電機(jī)的年運(yùn)行維護(hù)成本cdg-m＝pdgcomtdg+cb；

柴油發(fā)電機(jī)年運(yùn)行所需燃油的成本cf-ta＝nctcwdg+cnpdgqd0tdg；

其中，fz為所求目標(biāo)函數(shù)，λwe為波浪能發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)，cwe-e為單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)設(shè)備購(gòu)買成本，cwe-tc為單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)輸成本，cwe-i為單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)設(shè)備安裝成本；

λpv為光伏發(fā)電設(shè)備的臺(tái)數(shù)，cpv-e為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備購(gòu)買成本，cpv-tc為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備運(yùn)輸成本，cpv-i為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備安裝成本；

λwt為風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)設(shè)備的臺(tái)數(shù)，cwt-e為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備購(gòu)買成本；cwt-tc為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)輸成本；cwt-i為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備安裝成本；

cdg-e為單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備購(gòu)買成本；cdg-tc為單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)輸成本；

cdg-i為單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備安裝成本；

cwe-m為單臺(tái)波浪能年運(yùn)行維護(hù)成本；cpv-m為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備年運(yùn)行維護(hù)成本；cwt-m為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備年運(yùn)行維護(hù)成本；pdg為柴油發(fā)電機(jī)每小時(shí)發(fā)出的功率；com為柴油發(fā)電機(jī)每千瓦維護(hù)成本；tdg為柴油發(fā)電機(jī)年工作的時(shí)長(zhǎng)；cb為柴油發(fā)電機(jī)的年基本維護(hù)成本；

n為燃油運(yùn)輸年運(yùn)輸次數(shù)；ctc為柴油運(yùn)輸成本；wdg為柴油單次運(yùn)輸油桶的個(gè)數(shù)；

cng為燃油價(jià)格；qd0為燃油熱值。

優(yōu)選地，所述步驟4)中約束條件為；

i)pload+ptv≤pwe+ppv+pwt+pdg，式中：pload為可控負(fù)荷，ptv為不可控負(fù)荷，pwe為波浪能發(fā)電功率總和，ppv為光伏發(fā)電功率總和，pwt為風(fēng)機(jī)發(fā)電功率總和，pdg為柴油額定的功率；

ii)為柴油發(fā)電有功功率最低值，為柴油發(fā)電容量最大值；

iii)為波浪能最大使用臺(tái)數(shù)；

iv)為光伏最大使用臺(tái)數(shù)；

v)為風(fēng)機(jī)最大使用臺(tái)數(shù)。

優(yōu)選地，所述步驟5)中求解采用粒子群算法求解最優(yōu)結(jié)果。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：將波浪能發(fā)電加入到海島微電網(wǎng)的規(guī)劃中，形成切實(shí)可行的數(shù)學(xué)模型，為包含波浪能的海島微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供一種理論支撐；此外，將波浪能發(fā)電融合到微電網(wǎng)中，能夠形成多元化且更加經(jīng)濟(jì)的海島微電網(wǎng)系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的海島微電網(wǎng)規(guī)劃流程圖；

圖2是本發(fā)明提供包含波浪能發(fā)電的海島微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明所采用的實(shí)施是以車牛山海島為例，車牛山海島距離陸地40公里，島長(zhǎng)400米，寬230米，總面積0.06方公里，常住人口為20人左右，其主要以旅游業(yè)為主。

根據(jù)車牛山海島具體情況，確定了單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)的功率為10kw、單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為10kw、單套戶用光伏發(fā)電設(shè)備功率為10kw及柴油發(fā)電機(jī)的功率范圍為10kw到75kw；

本實(shí)施例中采用粒子群算法對(duì)海島微電網(wǎng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化，主要方法如以下步驟：

步驟(1)：調(diào)研海島的具體用途及人員居住情況以確定海島負(fù)荷種類，劃分海島負(fù)荷為可控負(fù)荷與不可控負(fù)荷；調(diào)研海島資源分布情況，確定海島可再生能源種類；

步驟(2)：調(diào)研波浪能發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、戶用光伏發(fā)電設(shè)備及柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)備參數(shù)；

步驟(3)：結(jié)合步驟(1)與步驟(2)確定單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)，單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、單套光伏發(fā)電設(shè)備的功率，并確定使用的臺(tái)數(shù)；確定一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的功率限值；

步驟(4)：確定目標(biāo)函數(shù)minfz＝(sin+sfu)，初始投資成本sin＝λwe·cwe-in+λpv·cpv-in+λwt·cwt-in+cdg-in，運(yùn)行維護(hù)成本sfu＝cm-ta+cdg-m+cf-ta；

其中：

單臺(tái)波浪能投資成本cwe-in＝cwe-e+cwe-tc+cwe-i；

單臺(tái)光伏發(fā)電設(shè)備投資成本cpv-in＝cpv-e+cpv-tc+cpv-i；

單臺(tái)風(fēng)機(jī)投資成本cwt-in＝cwt-e+cwt-tc+cwt-i；

柴油發(fā)電機(jī)投資成本cdg-in＝cdg-e+cdg-tc+cdg-i；

波、風(fēng)及光年運(yùn)行維護(hù)成本之和cm-ta＝λwecwe-m+λpvcpv-m+λwtcwt-m；

柴油發(fā)電機(jī)的年運(yùn)行維護(hù)成本cdg-m＝pdgcomtdg+cb；

柴油發(fā)電機(jī)年運(yùn)行所需燃油的成本cf-ta＝nctcwdg+cnpdgqd0tdg；

其中，fz為所求目標(biāo)函數(shù)，λwe為波浪能發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)，cwe-e為單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)設(shè)備購(gòu)買成本，cwe-tc為單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)輸成本，cwe-i為單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)設(shè)備安裝成本；

λpv為光伏發(fā)電設(shè)備的臺(tái)數(shù)，cpv-e為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備購(gòu)買成本，cpv-tc為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備運(yùn)輸成本，cpv-i為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備安裝成本；

λwt為風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)設(shè)備的臺(tái)數(shù)，cwt-e為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備購(gòu)買成本；cwt-tc為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)輸成本；cwt-i為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備安裝成本；

cdg-e為單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備購(gòu)買成本；cdg-tc為單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)輸成本；

cdg-i為單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備安裝成本；

cwe-m為單臺(tái)波浪能年運(yùn)行維護(hù)成本；cpv-m為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備年運(yùn)行維護(hù)成本；cwt-m為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備年運(yùn)行維護(hù)成本；pdg為柴油發(fā)電機(jī)每小時(shí)發(fā)出的功率；com為柴油發(fā)電機(jī)每千瓦維護(hù)成本；tdg為柴油發(fā)電機(jī)年工作的時(shí)長(zhǎng)；cb為柴油發(fā)電機(jī)的年基本維護(hù)成本；

n為燃油運(yùn)輸年運(yùn)輸次數(shù)；ctc為柴油運(yùn)輸成本；wdg為柴油單次運(yùn)輸油桶的個(gè)數(shù)；cng為燃油價(jià)格；qd0為燃油熱值。

在本實(shí)施例中，cwe-m為單臺(tái)波浪能年運(yùn)行維護(hù)成本，2萬(wàn)元；cpv-m為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備年運(yùn)行維護(hù)成本，2萬(wàn)元；cwt-m為單臺(tái)風(fēng)機(jī)年運(yùn)行維護(hù)成本，2萬(wàn)元；pdg為柴油發(fā)電機(jī)每小時(shí)發(fā)出的功率；com為柴油發(fā)電機(jī)每千瓦維護(hù)成本，2.93×10^-6萬(wàn)元/kw.h；tdg為柴油發(fā)電機(jī)年工作的時(shí)長(zhǎng)，4315h；cb為柴油發(fā)電機(jī)的年基本維護(hù)成本；n為燃油運(yùn)輸年運(yùn)輸次數(shù)；ctc為柴油運(yùn)輸成本；wdg為柴油單次運(yùn)輸油桶的個(gè)數(shù)，10個(gè)；cn為燃油價(jià)格，2.5×10^-5萬(wàn)元/l；qd0為燃油熱值，0.24l/kw.h。

cwe-e為波浪能設(shè)備購(gòu)買成本，選擇10kw的波浪能發(fā)電機(jī)，其一臺(tái)市場(chǎng)價(jià)格為3.65萬(wàn)元；cpv-e為單臺(tái)戶用光伏發(fā)電設(shè)備購(gòu)買成本，本案例中為10kw的戶用光伏發(fā)電設(shè)備，其一臺(tái)設(shè)備市場(chǎng)價(jià)格為3萬(wàn)元；cwt-e為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備購(gòu)買成本，本案例中為10kw的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電設(shè)備，其一臺(tái)設(shè)備市場(chǎng)價(jià)格為3.5萬(wàn)元。

其中，約束條件：

i)pload+ptv≤pwe+ppv+pwt+pdg，式中：pload為可控負(fù)荷，ptv為不可控負(fù)荷，pwe為波浪能發(fā)電功率總和，ppv為光伏發(fā)電功率總和，pwt為風(fēng)機(jī)發(fā)電功率總和，pdg為柴油額定的功率；pload+ptv＝180kw。

ii)為柴油發(fā)電有功功率最低值，為柴油發(fā)電容量最大值，本案例中確定最低值為10kw，最大值為75kw。

iii)為波浪能最大使用臺(tái)數(shù)，本案例確定為5臺(tái)。

iv)為光伏最大使用臺(tái)數(shù)，本案例確定為5臺(tái)。

v)為風(fēng)機(jī)最大使用臺(tái)數(shù)，本案例確定為3臺(tái)。

本實(shí)例中通過(guò)在matlab中編寫所述目標(biāo)函數(shù)與約束條件，通過(guò)粒子群算法求解出最優(yōu)解，根據(jù)所求結(jié)果，如下表：

表1求解最優(yōu)結(jié)果

如上表所示，可以得出海島微電網(wǎng)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃方案，其中采用5臺(tái)10kw波浪能發(fā)電機(jī)，3臺(tái)10kw戶用光伏發(fā)電設(shè)備，3臺(tái)10kw風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一臺(tái)75kw柴油發(fā)電機(jī)，總投資成本為311.06元。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。