一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法。它分析隨機(jī)性氣象因素的概率模型并得出其概率密度分布函數(shù)，通過蒙特卡洛模擬得出其分布參數(shù)，最終得出各類分布式電源的有功出力以及用電負(fù)荷。以成本最小為目標(biāo)函數(shù)，以機(jī)組安裝數(shù)量限制，微電網(wǎng)內(nèi)部電力電量平衡，綜合協(xié)調(diào)可靠性和環(huán)保因素為約束條件，通過遺傳算法進(jìn)行求解，得出最優(yōu)配置方案下的各類分布式電源的數(shù)量以及柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。本發(fā)明考慮微電網(wǎng)中分布式電源出力的隨機(jī)性、微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保等多因素，建立一套成本相對(duì)較低，可靠性相對(duì)較高的微電網(wǎng)配置方案，在滿足用電負(fù)荷的前提下節(jié)約了成本、避免了不必要的能源浪費(fèi)。
【專利說明】-種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在偏遠(yuǎn)地區(qū)存在著大量全年孤島運(yùn)行的電網(wǎng)，其內(nèi)部電源往往由單一的柴油發(fā)電 機(jī)組成。隨著化石燃料的日益緊缺和公眾環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，有必要在孤島運(yùn)行的電網(wǎng) 中建設(shè)可再生能源發(fā)電。同時(shí)，隨著偏遠(yuǎn)地區(qū)的開發(fā)，孤島運(yùn)行微電網(wǎng)中可能存在供電可靠 性要求較高的用戶，因此有必要改善其中電源結(jié)構(gòu)，使用合理的電源配置方案，滿足用戶定 制的多樣化可靠性要求。
[0003] 微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置問題是微電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一，傳統(tǒng)的分析方法 是將微電網(wǎng)內(nèi)部分布式電源等效為傳統(tǒng)的電源節(jié)點(diǎn)類型，甚至將分布式電源出力設(shè)為恒 定，該種類型的解決方法問題在于忽略了微電網(wǎng)中分布式電源出力的隨機(jī)性，因而無法在 微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置時(shí)考慮微電網(wǎng)自身特性。此外，微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置問題涉及到經(jīng)濟(jì) 性、可靠性和環(huán)保等多因素的協(xié)調(diào)，因此，建立可W考慮該些因素的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型尤為重 要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法。它能夠 考慮微電網(wǎng)中分布式電源出力的隨機(jī)性、微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保等多因素，建立一 套成本相對(duì)較低，可靠性相對(duì)較高的微電網(wǎng)配置方案，在滿足用電負(fù)荷的前提下節(jié)約了成 本、避免了不必要的能源浪費(fèi)，且碳排放量較低，對(duì)環(huán)境影響小。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為；一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，包括W 下步驟：
[0006] a、分析微電網(wǎng)中各類分布式電源與隨機(jī)性氣象因素的關(guān)系，建立與各類分布式電 源相關(guān)的隨機(jī)性氣象因素的概率模型并得出其概率密度分布函數(shù)；
[0007] b、計(jì)算出各類分布式電源的有功出力與隨機(jī)性氣象因素的關(guān)系式，將該關(guān)系式帶 入到與各類分布式電源有關(guān)的隨機(jī)性氣象因素的概率密度分布函數(shù)中，得出各類分布式電 源有功出力的概率密度分布函數(shù)；
[0008] C、根據(jù)與各類分布式電源有關(guān)的隨機(jī)性氣象因素的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出各類分布 式電源有功出力的概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)；
[0009] d、根據(jù)各類分布式電源有功出力的概率密度分布函數(shù)和其分布參數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生各 類分布式電源的有功出力；
[0010] e、根據(jù)各類分布式電源的有功出力得出微電網(wǎng)的發(fā)電功率；
[0011] f、通過正態(tài)分布獲得用電負(fù)荷的概率密度分布函數(shù)；
[0012] g、根據(jù)用電負(fù)荷的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出其概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)；
[0013] K根據(jù)用電負(fù)荷的概率密度分布函數(shù)和概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生 用電負(fù)荷；
[0014] i、W各類分布式電源為基礎(chǔ)，建立成本最小目標(biāo)函數(shù)，并將微電網(wǎng)的發(fā)電功率與 用電負(fù)荷實(shí)時(shí)平衡、各類分布式電源的數(shù)量、供電可靠性和環(huán)保因素作為約束條件；
[0015] j、W成本最小目標(biāo)函數(shù)為適應(yīng)度函數(shù)，W各類分布式電源的裝機(jī)數(shù)目為決策變 量，在約束條件的篩選限制下通過遺傳算法求解出成本最小時(shí)各類分布式電源的裝機(jī)數(shù) 目。
[0016] k、根據(jù)各類分布式電源的裝機(jī)數(shù)目進(jìn)行整個(gè)微電網(wǎng)的容量配置。
[0017] 進(jìn)一步的，所述各類分布式電源包括柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或光伏電池方 陣。
[0018] 進(jìn)一步的，所述與各類分布式電源相關(guān)的隨機(jī)性氣象因素包括風(fēng)速和光照強(qiáng)度。
[0019] 進(jìn)一步的，所述各類分布式電源有功出力的概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)、所述 用電負(fù)荷功率概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)均通過蒙特卡洛模擬得到。
[0020] 進(jìn)一步的，步驟e中，微電網(wǎng)的發(fā)電功率為P"e+Npv. Ppv+Nw. Pdc,其中，N"c、Npv、Ndg 分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池方陣、柴油發(fā)電機(jī)的數(shù)量，P"e、Ppv、PD。分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏 電池方陣、柴油發(fā)電機(jī)的有功出力。
[0021]進(jìn)一步的，步驟 i 中成本最小目標(biāo)函數(shù) Cs = (N"g. P"G. C"G+Npv. Ppv. Cpv+Ndg. Pdg. Cdg) mi。，式中C"e、Cpv、Cw分別為每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池方陣、柴油發(fā)電機(jī)的成本。
[0022] 進(jìn)一步的，步驟i中微電網(wǎng)的發(fā)電功率與用電負(fù)荷功率的實(shí)時(shí)平衡表達(dá)式為： %〇'馬仇+?抓'戶酌+?公6.^；^=也，式中，口心1、？化1、？。。，1分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池 方陣、柴油發(fā)電機(jī)在時(shí)間t時(shí)的有功出力，Pkt為t時(shí)的用電負(fù)荷。
[0023] 進(jìn)一步的，步驟i中各類分布式電源的數(shù)量根據(jù)場(chǎng)地的規(guī)模進(jìn)行選擇，其取值范 圍為N嚴(yán)n <二Ni <= Nrs TVT'in與W胃分別為各類分布式電源在布置場(chǎng)地內(nèi)可布置的最少 數(shù)量和最多數(shù)量。
[0024] 進(jìn)一步的，步驟i中供電可靠性的判斷指標(biāo)為最小缺電概率L0LP，最小缺電概率 LOLP不大于人為設(shè)定的最大缺電概率值LOLpuax。
[0025] 進(jìn)一步的，步驟i中環(huán)保因素為C02的排放量，C02排放量的計(jì)算公式為=C^(Pdc) =a+b ? Pw+c ? Pd/,式中，a、b、c為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通過設(shè)定可接受的最大C02排放量來對(duì)柴油 發(fā)電機(jī)的功率Pd。進(jìn)行限定。
[0026] 更進(jìn)一步的，所述柴油發(fā)電機(jī)的成本Cw包括機(jī)組成本、安裝成本和運(yùn)行成本，所 述的運(yùn)行成本CcKPdg) = kl+k2 .PDG+k3 .Pdg2,其中，kl、k2、k3均為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，kl取值范圍為 1. 0165 ?1. 1235, k2 取值范圍為 0. 0624 ?0. 0690, k3 取值范圍為 0. 000057 ?0. 000063。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提出的方法可W考慮微電網(wǎng)中分布式電源出力的 隨機(jī)性，并綜合微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保等多因素，求解出一套較優(yōu)的微電網(wǎng)配置方 案。根據(jù)該套配置方案布置的微電網(wǎng)可W在滿足用電負(fù)荷的前提下具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、 成本相對(duì)較低且具有較高的可靠性。采用本發(fā)明計(jì)算方法，微電網(wǎng)提供的電能在滿足最小 缺電概率LOLP的基礎(chǔ)上盡可能少的布置柴油發(fā)電機(jī)的數(shù)量、盡可能減少柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn) 行時(shí)間，而最大化的利用使用再生能源驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池方陣提供電能。同時(shí)， 還會(huì)根據(jù)微電網(wǎng)所屬區(qū)域的自然條件合理分配風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池方陣的比例，使電能 輸出最大化。如此，則整個(gè)微電網(wǎng)可W在滿足設(shè)定的約束條件的情況下，避免了不必要的能 源浪費(fèi)，并由于盡可能地減少了柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，在減少了傳統(tǒng)化石燃料的使用的 同時(shí)，也減少了溫室氣體C02的排放量，起到了一定的保護(hù)環(huán)境的作化更加由于節(jié)省了燃 油和柴油機(jī)的數(shù)量而節(jié)約了成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，在微電網(wǎng)中加入了更為清潔 的風(fēng)力發(fā)電和光伏太陽能發(fā)電后，用戶對(duì)電能供應(yīng)的選擇性增多，有利于提升供電水平，改 善用戶用電滿意度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1為月平均風(fēng)速與光照強(qiáng)度情況；
[0029] 圖2為月平均用電量情況；
[0030] 圖3為年風(fēng)速模擬情況；
[0031] 圖4為年光照強(qiáng)度模擬情況；
[0032] 圖5為年用電負(fù)荷模擬情況
[0033] 圖6為遺傳算法中迭代次數(shù)與成本關(guān)系；
[0034] 圖7為可靠性指標(biāo)與成本靈敏度關(guān)系；
[00巧]圖8為微電網(wǎng)的容量?jī)?yōu)化配置方法實(shí)現(xiàn)流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限 定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間 未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0037] 本發(fā)明該種計(jì)算方法中各類分布式電源有多種，可W是柴油發(fā)電機(jī)和任意可再生 能源驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，為了方便說明，本實(shí)施例中W風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池方陣和柴油發(fā)電 機(jī)進(jìn)行說明。
[0038] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)依靠風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電，所W影響其發(fā)電隨機(jī)性的因素為風(fēng)速。如圖1所 示為一年內(nèi)平均每月的風(fēng)速情況。根據(jù)常識(shí)，我們知道威布爾分布被普遍認(rèn)為是與實(shí)測(cè) 風(fēng)速分布擬合較好的概率模型，根據(jù)該概率模型，我們可W得出風(fēng)速的概率密度分布函數(shù) 為：
[0039] (1)
[0040] 式中；V為風(fēng)速；a > 0為形狀參數(shù)，目> 0為尺度參數(shù)；a和目可W根據(jù)風(fēng)速 的平均值U和標(biāo)準(zhǔn)差5獲得（平均值和標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)如附圖1)，a和目對(duì)應(yīng)公式為：
[0041] (2)
【權(quán)利要求】
1. 一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征在于，包括以下步驟： a、 分析微電網(wǎng)中各類分布式電源與隨機(jī)性氣象因素的關(guān)系，建立與各類分布式電源相 關(guān)的隨機(jī)性氣象因素的概率模型并得出其概率密度分布函數(shù)； b、 計(jì)算出各類分布式電源的有功出力與隨機(jī)性氣象因素的關(guān)系式，將該關(guān)系式帶入到 與各類分布式電源有關(guān)的隨機(jī)性氣象因素的概率密度分布函數(shù)中，得出各類分布式電源有 功出力的概率密度分布函數(shù)； c、 根據(jù)與各類分布式電源有關(guān)的隨機(jī)性氣象因素的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出各類分布式電 源有功出力的概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)； d、 根據(jù)各類分布式電源有功出力的概率密度分布函數(shù)和其分布參數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生各類分 布式電源的有功出力； e、 根據(jù)各類分布式電源的有功出力得出微電網(wǎng)的發(fā)電功率； f、 通過正態(tài)分布獲得用電負(fù)荷的概率密度分布函數(shù)； g、 根據(jù)用電負(fù)荷的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出其概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)； K根據(jù)用電負(fù)荷的概率密度分布函數(shù)和概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生用電 負(fù)荷；
1. 以各類分布式電源為基礎(chǔ)，建立成本最小目標(biāo)函數(shù)，并將微電網(wǎng)的發(fā)電功率與用電 負(fù)荷實(shí)時(shí)平衡、各類分布式電源的數(shù)量、供電可靠性和環(huán)保因素作為約束條件； j、以成本最小目標(biāo)函數(shù)為適應(yīng)度函數(shù)，以各類分布式電源的裝機(jī)數(shù)目為決策變量，在 約束條件的篩選限制下通過遺傳算法求解出成本最小時(shí)各類分布式電源的裝機(jī)數(shù)目。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征在 于：所述各類分布式電源包括柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或光伏電池方陣。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征 在于：所述與各類分布式電源相關(guān)的隨機(jī)性氣象因素包括風(fēng)速和光照強(qiáng)度。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征在 于：所述各類分布式電源有功出力的概率密度分布函數(shù)的分布參數(shù)、所述用電負(fù)荷概率密 度分布函數(shù)的分布參數(shù)均通過蒙特卡洛模擬得到。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征在 于：步驟e中，微電網(wǎng)的發(fā)電功率為Nwe. Pwe+NPV. PPV+NDe. PDe，其中，Nwe、NPV、ND(；分別為風(fēng)力發(fā)電 機(jī)、光伏電池方陣、柴油發(fā)電機(jī)的數(shù)量，Pwe、Ppv、PDe分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池方陣、柴油 發(fā)電機(jī)的有功出力。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征在 于：步驟 i 中成本最小目標(biāo)函數(shù) C2 = (Nwc. Pwc. Cwc+NPV. Ppv. Cpv+Ndc. PDC. Cd丄in，式中 Cwc、CPV、CD(；分別為每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池方陣、柴油發(fā)電機(jī)的成本。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法， 其特征在于：步驟i中微電網(wǎng)的發(fā)電功率與用電負(fù)荷功率的實(shí)時(shí)平衡表達(dá)式為： MrdGi +aW +PFi =/L，式中，pwc，t、P pv，t、Pdm 分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電 池方陣、柴油發(fā)電機(jī)在時(shí)間t時(shí)的有功出力，Put為t時(shí)的用電負(fù)荷。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征在 于：步驟i中各類分布式電源的數(shù)量根據(jù)場(chǎng)地的規(guī)模進(jìn)行選擇，其取值范圍為Nimin <= Ni<=NimaiS與Nimax分別為各類分布式電源在布置場(chǎng)地內(nèi)可布置的最少數(shù)量和最多數(shù)量。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征在 于：步驟i中供電可靠性的判斷指標(biāo)為最小缺電概率LOLP，最小缺電概率LOLP不大于人為 設(shè)定的最大缺電概率值L0LPmax。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其 特征在于：步驟i中環(huán)保因素為C02的排放量，C02排放量的計(jì)算公式為=CO2(Pds)= a+b ? PDe+c ? PDe2,式中，a、b、c為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通過設(shè)定可接受的最大C02排放量來對(duì)柴油發(fā) 電機(jī)的功率PDe進(jìn)行限定。
11. 如權(quán)利要求6所述的一種考慮隨機(jī)性的孤島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其特征 在于：所述柴油發(fā)電機(jī)的成本Cm包括機(jī)組成本、安裝成本和運(yùn)行成本，所述的運(yùn)行成本 Cd(Plie) =kl+k2 .Plie+!^ .Plie2,其中，kl、k2、k3 均為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，kl 取值范圍為 1.0165 ? L 1235, k2 取值范圍為 0? 0624 ?0? 0690, k3 取值范圍為 0? 000057 ?0? 000063。
【文檔編號(hào)】H02J3/46GK104362681SQ201410657359
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】范傳光, 王有春, 范黎, 文閃閃, 陶芬, 鮮杏, 秦躍進(jìn), 程杰, 劉欣 申請(qǐng)人:湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 武漢大學(xué)