本發(fā)明屬于潮汐流能發(fā)電場(chǎng)布局優(yōu)化
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及考慮發(fā)電環(huán)境成本的潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局方法。
背景技術(shù)：
：潮汐流能具有環(huán)保、可靠、可預(yù)測(cè)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)贏得了許多科研院校和公司廣泛的關(guān)注。在未來(lái)，潮汐流能發(fā)電作為一種重要的發(fā)電形式，將替代一部分傳統(tǒng)的發(fā)電單元，有效緩解化石能源消耗帶來(lái)的環(huán)境壓力。潮汐流能發(fā)電機(jī)是將潮汐流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，一部分潮汐流能發(fā)電機(jī)放置在一起組成了一定規(guī)模的發(fā)電場(chǎng)。由于尾流效應(yīng)的存在，上游發(fā)電機(jī)對(duì)流速的阻擋會(huì)對(duì)下游發(fā)電機(jī)的流速產(chǎn)生較大影響，從而影響整個(gè)發(fā)電場(chǎng)的出力和經(jīng)濟(jì)性。因此，在潮汐流能發(fā)電場(chǎng)規(guī)劃的過(guò)程中，需要通過(guò)優(yōu)化潮汐流能發(fā)電機(jī)的排列減小尾流效應(yīng)的不利影響。潮汐流能發(fā)電機(jī)輸出功率與流速的3次方成正比。由于流速的實(shí)時(shí)變化，潮汐流能發(fā)電也隨之變化，接入電網(wǎng)后，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。潮汐流能發(fā)電與潮汐流速水平和潮汐流能機(jī)組布局密切相關(guān)。因此，機(jī)組布局優(yōu)化必然會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本產(chǎn)生深刻影響。目前，在潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組優(yōu)化布局方面，現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的方法是：以一段時(shí)間內(nèi)潮汐流能發(fā)電場(chǎng)發(fā)電量最大為目標(biāo)，首先，隨機(jī)產(chǎn)生種群粒子表征機(jī)組的布局方案；其次，針對(duì)每一個(gè)布局方案，考慮機(jī)組之間的尾流效應(yīng)，計(jì)算發(fā)電場(chǎng)的發(fā)電量；然后，計(jì)算每一個(gè)布局方案的適應(yīng)度值，依據(jù)粒子群算法更新布局方案，再次計(jì)算目標(biāo)函數(shù)；最后，比較前后兩次目標(biāo)函數(shù)值，相同則停止迭代計(jì)算，否則繼續(xù)迭代計(jì)算。該方法的主要缺點(diǎn)是：1)利用風(fēng)機(jī)尾流效應(yīng)模型來(lái)計(jì)算，忽略了海洋環(huán)境中潮汐變化的特點(diǎn)；2)忽略了潮汐流能機(jī)組優(yōu)化布局對(duì)電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行成本的影響。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局優(yōu)化方法的不足，提出一種考慮發(fā)電環(huán)境成本的潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局優(yōu)化方法，該模型把機(jī)組布局規(guī)劃和電網(wǎng)運(yùn)行相結(jié)合，利用遺傳算法，以發(fā)電場(chǎng)單位發(fā)電量成本和電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組單位發(fā)電環(huán)境成本綜合最優(yōu)為目標(biāo)，計(jì)及了潮汐流速的日規(guī)律性，并利用一種簡(jiǎn)單的潮汐流能尾流解析模型分析機(jī)組之間的影響，該方法為評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行成本提供良好的基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種考慮發(fā)電環(huán)境成本的潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局方法，其特征在于:包括以下步驟：1)輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入潮汐流能發(fā)電場(chǎng)n天每天24個(gè)時(shí)段的潮汐流速實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本vdt，其中，d為天數(shù)序號(hào)，d＝1,2…n，t為時(shí)段序號(hào)，t＝1,2…24，例如，潮汐流速第q天的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本為Vq＝[vq1,vq2,...,vq24]，q∈{1,2…n}；海水密度ρ；輸入潮汐流能發(fā)電機(jī)的切入流速Vin、額定流速Vrated，額定輸出功率Prated、獲能系數(shù)Cp、推力系數(shù)CT、葉片直徑D、葉片掃過(guò)的面積A，潮汐流能發(fā)電機(jī)的單價(jià)Cu；潮汐流能發(fā)電場(chǎng)被劃分為滿足最小間距約束的N×M個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格橫向距離3D，縱向距離5D；輸入潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)壽命l，年利率r；輸入地方電網(wǎng)火電機(jī)組的數(shù)量ngen；輸入各火電機(jī)組計(jì)算發(fā)電環(huán)境成本的系數(shù)as、bs、cs，s是火電機(jī)組的序號(hào)；輸入各火電機(jī)組計(jì)算溫室氣體排放單價(jià)的系數(shù)γs、βs、αs；2)計(jì)算潮汐流速的日均值曲線利用公式1)依次計(jì)算潮汐流速各個(gè)時(shí)段的均值：mt=1nΣd=1nvdt---(1)]]>式中，mt為第t個(gè)時(shí)段潮汐流速的均值，t＝1,2…24，n為潮汐流速實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的日樣本數(shù)。根據(jù)公式(1)可以得到潮汐流速的日均值曲線為M＝[m1,m2,…,m24]。3)產(chǎn)生潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組初始布局樣本3-1)初始化遺傳算法的最大迭代次數(shù)，迭代計(jì)數(shù)iteration＝13-2)利用計(jì)算機(jī)，隨機(jī)生成Np個(gè)初始個(gè)體，每個(gè)個(gè)體是N×M的二進(jìn)制字符矩陣，表示Np個(gè)不同的布局方案，所述二進(jìn)制字符矩陣中，字符“1”表示網(wǎng)格中有一臺(tái)潮汐流能發(fā)電機(jī)，字符“0”表示網(wǎng)格中無(wú)潮汐流能發(fā)電機(jī)，即每個(gè)個(gè)體均是一種潮汐流能發(fā)電機(jī)布局方案，令k＝1,2…Np，第k個(gè)個(gè)體表示第k種布局方案，統(tǒng)計(jì)第k種布局方案中為“1”的元素有nkg個(gè)，表示有nkg臺(tái)發(fā)電機(jī)。第k種布局方案中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的位置坐標(biāo)為Gki＝(xki,yki)，表示第k種布局方案中第i臺(tái)機(jī)組位于第xki行第yki列。i＝1,2…nkg，xki＝1,2…N，yki＝1,2…M。4)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日等效投資成本利用公式(2)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日等效投資成本：CTCTk=ngk×Cur(1+r)l[(1+r)l-1]×365---(2)]]>式中，CkTCT為第k種布局方案日等效投資成本，k＝1,2…Np，Np是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k種布局方案中發(fā)電機(jī)數(shù)目；Cu為發(fā)電機(jī)單價(jià)，l為潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)壽命，r為年利率。5)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日發(fā)電量利用第2)步計(jì)算得到的潮汐流速日均值曲線和第3)步計(jì)算得到的潮汐流能發(fā)電機(jī)的位置坐標(biāo)，計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)日發(fā)電量。計(jì)算步驟為：5-1)計(jì)算各時(shí)段潮汐流能發(fā)電場(chǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)的流速5-1-1)利用公式(3)計(jì)算第k個(gè)布局方案中第1行各臺(tái)發(fā)電機(jī)的流速：vitk=mt---(3)]]>式中，vkit表示第k個(gè)布局方案中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的流速，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，t＝1,2…24，Np是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k種布局方案中發(fā)電機(jī)數(shù)目；mt為第t個(gè)時(shí)段潮汐流速的均值。5-1-2)利用公式(4)和(5)計(jì)算第k個(gè)布局方案中，除第一行外各發(fā)電機(jī)單獨(dú)受上游第j臺(tái)發(fā)電機(jī)尾流影響下的流速(上游發(fā)電機(jī)是指：比目標(biāo)發(fā)電機(jī)更靠近來(lái)潮方向的發(fā)電機(jī))：vijtk=vjtk-(vjtk-vjtk×1-CT×[0.0927((xik-xjk)×5D/D)+0.993])ez---(4)]]>z=-0.5((yik-yjk)×3D-0.67(R-Rh)0.67(R-Rh)/2)2xik-xjk≤0.5D-0.5((yik-yjk)×3D-0.67(R-Rh)(0.67(R-Rh)/2)+0.075((xik-xjk)×5D-R))20.5D<xik-xjk≤3D-0.5((yik-yjk)×3D0.075((xik-xjk)×5D-R))2xik-xjk>3D---(5)]]>式中：vkijt表示第k種布局方案中，第i臺(tái)發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段單獨(dú)受上游第j臺(tái)發(fā)電機(jī)尾流影響的流速；vkjt表示第k種布局方案中，上游第j臺(tái)發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的流速，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，t＝1,2…24，j是上游發(fā)電機(jī)的編號(hào)，Np是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k種布局方案中發(fā)電機(jī)數(shù)目；CT為潮汐流能發(fā)電機(jī)的推力系數(shù)，(xki,yki)是第k種布局方案中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的位置坐標(biāo)，D是潮汐流能發(fā)電機(jī)葉片直徑，R是葉片半徑，Rh是輪轂半徑。根據(jù)(4)和(5)的計(jì)算結(jié)果，利用公式(6)計(jì)算除第1行外各發(fā)電機(jī)的流速：vitk=mt-Σj=1,j≠iNwik(vjtk-vijtk)2---(6)]]>式中，Nkwi是第k種布局方案第i臺(tái)發(fā)電機(jī)上游的機(jī)組數(shù)量，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，Np是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k種布局方案中發(fā)電機(jī)數(shù)目。5-2)計(jì)算潮汐流能發(fā)電機(jī)的輸出功率根據(jù)第5-1)計(jì)算得到的各發(fā)電機(jī)的流速，利用公式(7)計(jì)算各發(fā)電機(jī)的輸出功率。公式(7)為：pitk=00≤vitk<Vin0.5CpρA(vitk)2Vin≤vitk<VratedPratedVrated≤vitk---(7)]]>式中，pkit為第k種布局方案第i臺(tái)潮汐流能發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的輸出功率，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，t＝1,2…24，Np是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k種布局方案中發(fā)電機(jī)數(shù)目；vkit為第k種布局方案第i臺(tái)潮汐流能發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的流速值；Cp為潮汐流能發(fā)電機(jī)的獲能系數(shù)，ρ為海水密度，A為潮汐流能發(fā)電機(jī)葉片掃過(guò)的面積，Vin是潮汐流能發(fā)電機(jī)的切入流速，Vrated是潮汐流能發(fā)電機(jī)的額定流速，Prated是潮汐流能發(fā)電機(jī)的額定輸出功率；5-3)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日發(fā)電量根據(jù)5-2)步計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)的輸出功率。利用公式(8)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的輸出功率：Ptk=Σi=1ngkpitk---(8)]]>利用公式(9)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日發(fā)電量：Ek=Σt=124ptk---(9)]]>式中，Ptk為第k種布局方案在第t個(gè)時(shí)段的輸出功率，pkit為第k種布局方案第i臺(tái)發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的輸出功率，Ek為第k種布局方案的日發(fā)電量，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，Np是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k種布局方案中發(fā)電機(jī)數(shù)目；6)計(jì)算電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組的發(fā)電環(huán)境成本第5)步完成之后，根據(jù)第1)步輸入的電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組的數(shù)量以及各火電機(jī)組計(jì)算發(fā)電環(huán)境成本和溫室氣體排放單價(jià)的系數(shù)，和第5-3)步計(jì)算得到的潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的輸出功率，建立含潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的機(jī)組組合優(yōu)化模型。含潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的機(jī)組組合優(yōu)化模型以火電機(jī)組發(fā)電環(huán)境成本最少為目標(biāo)，建立的目標(biāo)函數(shù)為公式(10)：minfk=Σs=1ngenΣt=124f1k(pgstk)×ηs---(10)]]>其中：ηs=cs+bspgsmax+as(pgsmax)2αs+βspgstmax+γs(pgstmax)2---(12)]]>約束條件包括系統(tǒng)功率平衡約束、火電機(jī)組出力約束、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束。約束條件為：Σs=1ngenpgstk+pTtk-Σz=1nLLzt=0---(13)]]>Σs=1ngenpgsmax+pTtk-Σz=1nLLzt>Σs=1ngenpgsmax×5%---(14)]]>pgsmin<pgstk<pgsmax---(15)]]>式中：fk是第k種布局方案的發(fā)電環(huán)境成本，f1(pkgst)是第k種布局方案第s臺(tái)火電機(jī)組在第t個(gè)時(shí)段的溫室氣體排放量，ηs是溫室氣體排放單價(jià)；pkgst是在第k種布局方案第s臺(tái)火電機(jī)組第t個(gè)時(shí)段的有功功率；pkTt是第k種布局方案中，潮汐流能發(fā)電場(chǎng)在第t個(gè)時(shí)段的有功功率，k＝1,2…Np，t＝1,2…24，Np是個(gè)體數(shù)目；ngen是電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組的數(shù)目，s為火電機(jī)組序號(hào)，s＝1、2…ngen；Lzt表示電網(wǎng)內(nèi)第z個(gè)負(fù)荷點(diǎn)第t個(gè)時(shí)段的負(fù)荷值，z＝1,2…nL，nL是電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷數(shù)量；pmings是第s個(gè)火電機(jī)組的最小有功功率限制，pmaxgs是第s個(gè)火電機(jī)組的最大有功功率限制；as、bs、cs是第s個(gè)火電機(jī)組計(jì)算發(fā)電環(huán)境成本的系數(shù)，γs、βs、αs是第s個(gè)火電機(jī)組計(jì)算溫室氣體排放單價(jià)的系數(shù)。利用二次規(guī)劃方法求解該模型，計(jì)算出各個(gè)個(gè)體最少發(fā)電環(huán)境成本。7)用遺傳算法優(yōu)化潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局方案第6)步完成之后，根據(jù)第4)步計(jì)算得到的潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組的日等效投資成本，第5-3)步計(jì)算得到的日發(fā)電量和第6)步計(jì)算得到的電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組發(fā)電環(huán)境成本，利用遺傳算法對(duì)潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局方案進(jìn)行優(yōu)化。計(jì)算各布局方案的優(yōu)化目標(biāo)和適應(yīng)度值整個(gè)系統(tǒng)的單位綜合成本是潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組的日等效投資成本和電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組發(fā)電環(huán)境成本之和與日發(fā)電量的比值。以單位綜合成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，公式是：Fk=(CTCTk+fk)/Ek---(16)]]>式中，F(xiàn)k是第k種布局方案的單位綜合成本，CkTCT是第k個(gè)布局方案的日等效投資成本，fk是第k種布局方案的發(fā)電環(huán)境成本，Ek為第k種布局方案的日發(fā)電量，k＝1,2…Np，Np是個(gè)體數(shù)目。利用公式(17)計(jì)算各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值：fitnessk=1Fk---(17)]]>式中，fitnessk表示第k種布局方案的適應(yīng)度值，k＝1,2…Np，Np是個(gè)體數(shù)目。8)迭代終止條件判斷當(dāng)前是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若否，迭代次數(shù)iteration+1生成新的布局方案(重新得到Np個(gè)N×M的二進(jìn)制字符矩陣)，以更新步驟3-2)中所述Np個(gè)不同的布局方案，之后，重復(fù)步驟4)～7)。生成新的布局方案的方法可以是：根據(jù)第7)步計(jì)算出的適應(yīng)度值，對(duì)當(dāng)前各個(gè)個(gè)體(各個(gè)布局方案)進(jìn)行選擇、交叉和變異運(yùn)算，生成新的布局方案。若是，則最優(yōu)的機(jī)組布局方式是第7)步中優(yōu)化目標(biāo)最小的一個(gè)個(gè)體。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果：1、本發(fā)明方法充分計(jì)及了潮汐流速的日變化規(guī)律和潮汐流能發(fā)電機(jī)組間的尾流效應(yīng)，能夠同時(shí)考慮潮汐流能發(fā)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)的投資成本和電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組的發(fā)電環(huán)境成本，可有效評(píng)估潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局對(duì)整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。2、本發(fā)明在優(yōu)化機(jī)組布局時(shí)考慮了潮汐流能接入電網(wǎng)的發(fā)電環(huán)境成本，能提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性強(qiáng)，還可推廣應(yīng)用于考慮電網(wǎng)運(yùn)行成本、可靠性等的機(jī)組布局分析，具有較好的擴(kuò)展性。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于考慮發(fā)電環(huán)境成本的潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局規(guī)劃，能夠?yàn)榕c潮汐流能發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)的規(guī)劃和運(yùn)行問(wèn)題分析提供有益的參考。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明方法的程序流程框圖；圖2為本發(fā)明方法針對(duì)我國(guó)X地區(qū)電網(wǎng)的機(jī)組最優(yōu)布局示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。如圖1所示，在我國(guó)X沿海地區(qū)附近海域建設(shè)一座潮汐流能發(fā)電場(chǎng)，產(chǎn)生的電能接入該地區(qū)電網(wǎng)，考慮發(fā)電環(huán)境成本的潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局方法的具體步驟如下：1)輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入潮汐流能發(fā)電場(chǎng)90天每天24個(gè)時(shí)段的潮汐流速實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本vdt，其中潮汐流速第d天的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本為Vi＝[vi1，vi2，...，vi24]，d＝1，2...n，t＝1，2...24，n＝90，海水密度ρ＝1025kg/m3；輸入潮汐流能發(fā)電機(jī)的切入流速Vin＝0.7m/s、額定流速Vrated＝3m/s，額定輸出功率Prated＝1.2MW、獲能系數(shù)CP＝0.45、推力系數(shù)CT＝0.7、葉片直徑D＝18m、輪轂半徑Rh，葉片掃過(guò)的面積A＝254.34m2，發(fā)電機(jī)單價(jià)Cu＝799712$；潮汐流能發(fā)電場(chǎng)被劃分為滿足最小機(jī)組間距約束的10×10個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格橫向距離3D＝54m，縱向距離5D＝90m，潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)壽命l＝20，年利率r＝0.01，X地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)的火電機(jī)組數(shù)據(jù)(參數(shù))如表1所示。表1火電機(jī)組參數(shù)spnaxgspmingsγsβsαsasbscs1200300.0126-0.9022.9830.003752.00280200.0200-0.1025.3130.017501.70350100.0270-0.0125.5050.062501.00435100.0291-0.00524.9000.008343.250530100.0290-0.00424.7000.025003.00640100.0271-0.005525.3000.025003.002)計(jì)算潮汐流速的日均值曲線根據(jù)輸入的潮汐流速實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用公式(1)依次計(jì)算潮汐流速各個(gè)時(shí)段的均值：mt=1nΣd=1nvdt---(1)]]>式中，mt為第t個(gè)時(shí)段潮汐流速的均值，t＝1，2，...，24，n＝90為潮汐流速實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的日樣本數(shù)。根據(jù)公式(1)可以得到潮汐流速的日均值曲線為M＝[m1,m2,…,m24]。計(jì)算結(jié)果：M＝[1.7084,1.7159,1.64,1.4865,1.3427,1.1919,1.0889,1.0487,1.0387,1.082,1.1789,1.3,1.401,1.4831,1.516,1.4989,1.4922,1.4986,1.4863,1.46,1.4385,1.439,1.5118,1.6257]。3)產(chǎn)生潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組初始布局樣本3-1)初始化遺傳算法的最大迭代次數(shù)為1200次，迭代計(jì)數(shù)iteration＝1。3-2)利用計(jì)算機(jī)，隨機(jī)生成Np＝50個(gè)初始個(gè)體，每個(gè)個(gè)體是10×10的二進(jìn)制字符矩陣。統(tǒng)計(jì)第k個(gè)個(gè)體中為“1”的元素有nkg個(gè)，表示有nkg臺(tái)發(fā)電機(jī)。第k個(gè)個(gè)體中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的位置坐標(biāo)為Gki＝(xki,yki)，表示第k個(gè)個(gè)體(第k個(gè)布局方案)第i臺(tái)機(jī)組位于第xki行第yki列。k＝1,2…50，i＝1,2…nkg，xki＝1,2…10，yki＝1,2…10。4)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組的日等效投資成本根據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的發(fā)電機(jī)數(shù)量，利用公式(2)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日等效投資成本：CTCTk=ngk×Cur(1+r)l[(1+r)l-1]×365---(2)]]>式中，CkTCT為第k個(gè)個(gè)體發(fā)電機(jī)的日等效投資成本，k＝1,2…50，nkg為第k個(gè)布局方案中發(fā)電機(jī)數(shù)量；Cu＝799712$為發(fā)電機(jī)單價(jià)，l＝20為潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)壽命，r＝0.01為年利率。5)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日發(fā)電量利用計(jì)算得到的潮汐流速日均值曲線和計(jì)算得到的潮汐流能發(fā)電機(jī)的位置坐標(biāo)，計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)日發(fā)電量。計(jì)算步驟為：5-1)計(jì)算各時(shí)段潮汐流能發(fā)電場(chǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)的流速5-1-1)利用公式(3)計(jì)算第1行各臺(tái)機(jī)組各個(gè)時(shí)段的流速：vitk=mt---(3)]]>式中，vkit表示第k個(gè)布局方案中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的流速，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，t＝1,2…24，Np＝50是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k個(gè)個(gè)體中發(fā)電機(jī)數(shù)目；mt為第t個(gè)時(shí)段潮汐流速的均值。5-1-2)利用公式(4)和(5)計(jì)算除第一行外各發(fā)電機(jī)單獨(dú)受上游一臺(tái)發(fā)電機(jī)尾流影響下的流速：vijtk=vjtk-(vjtk-vjtk×1-CT×[0.0927((xik-xjk)×5D/D)+0.993])ez---(4)]]>z=-0.5(((yik-yjk)×3D-0.67(R-Rh))(0.67(R-Rh)2))2xik-xjk≤0.5D-0.5(((yik-yjk)×3D-0.67(R-Rh))((0.67(R-Rh)2)+0.075((xik-xjk)×5D-R)))20.5D<xik-xjk≤3D-0.5((yik-yjk)×3D0.075((xik-xjk)×5D-R))2xik-xjk>3D---(5)]]>式中，vkijt表示第k個(gè)個(gè)體中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段單獨(dú)受上游第j臺(tái)發(fā)電機(jī)尾流影響的流速，vkjt表示第k個(gè)個(gè)體中上游第j臺(tái)發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的流速，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，t＝1,2…24，j是第i臺(tái)發(fā)電機(jī)上游發(fā)電機(jī)的編號(hào)，Np＝50是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k個(gè)個(gè)體中發(fā)電機(jī)數(shù)目；CT＝0.7為潮汐流能發(fā)電機(jī)的推力系數(shù)，(xki,yki)是第k個(gè)個(gè)體中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的位置坐標(biāo)，D＝18m是潮汐流能發(fā)電機(jī)葉片直徑，R＝9m是葉片半徑，Rh＝1.35m是輪轂半徑。根據(jù)(4)和(5)的計(jì)算結(jié)果，利用公式(6)計(jì)算除第1行外各發(fā)電機(jī)的流速：vitk=mt-Σj=1,j≠iNwik(vjtk-vijtk)2---(6)]]>式中，Nkwi是第k個(gè)個(gè)體第i臺(tái)發(fā)電機(jī)上游的機(jī)組數(shù)量，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，Np＝50是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k個(gè)個(gè)體中發(fā)電機(jī)數(shù)目。5-2)計(jì)算潮汐流能發(fā)電機(jī)的輸出功率根據(jù)計(jì)算得到的各發(fā)電機(jī)的流速，利用公式(7)計(jì)算各發(fā)電機(jī)的輸出功率。公式(7)為：pitk=00≤vitk<Vin0.5CpρA(vitk)2Vin≤vitk<VratedPratedVrated≤vitk---(7)]]>式中，pkit為第k個(gè)個(gè)體第i臺(tái)潮汐流能發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的輸出功率，vkit為第k個(gè)個(gè)體第i臺(tái)潮汐流能發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的流速值，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，t＝1,2…24，Np＝50是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k個(gè)個(gè)體中發(fā)電機(jī)數(shù)目；Cp＝0.45為潮汐流能發(fā)電機(jī)的獲能系數(shù)，ρ＝1025kg/m3為海水密度，A＝254.35m2為潮汐流能發(fā)電機(jī)葉片掃過(guò)的面積，Vin＝0.7m/s是潮汐流能發(fā)電機(jī)的切入流速，Vrated＝3m/s是潮汐流能發(fā)電機(jī)的額定流速，Prated＝1.2MW是潮汐流能發(fā)電機(jī)的額定輸出功率。5-3)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日發(fā)電量根據(jù)計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)的輸出功率。利用公式(8)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的輸出功率：Ptk=Σi=1ngkpitk---(8)]]>利用公式(9)計(jì)算潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的日發(fā)電量：Ek=Σt=124ptk---(9)]]>式中，Ptk為第k個(gè)個(gè)體在第t個(gè)時(shí)段的輸出功率，pkit為第k個(gè)個(gè)體第i臺(tái)發(fā)電機(jī)在第t個(gè)時(shí)段的輸出功率，Ek為第k個(gè)個(gè)體的日發(fā)電量，k＝1,2…Np，i＝1,2…nkg，Np＝50是個(gè)體數(shù)目，nkg為第k個(gè)個(gè)體中發(fā)電機(jī)數(shù)目。6)計(jì)算電網(wǎng)內(nèi)各發(fā)電機(jī)組的發(fā)電環(huán)境成本根據(jù)輸入的電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組參數(shù)和計(jì)算得到的各個(gè)個(gè)體各時(shí)段的輸出功率，建立含潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的機(jī)組組合優(yōu)化模型。含潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的機(jī)組組合優(yōu)化模型以火電機(jī)組發(fā)電環(huán)境成本最少為目標(biāo)。目標(biāo)函數(shù)為(10)：minfk=Σs=1ngenΣt=124f1k(pgstk)×ηs---(10)]]>f1k(pgstk)=cs+bspgsmax+as(pgsmax)2---(11)]]>ηs=cs+bspgsmax+as(pgsmax)2αs+βspgstmax+γs(pgstmax)2---(12)]]>約束條件包括系統(tǒng)功率平衡約束、火電機(jī)組出力約束、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束。約束條件為：Σs=1ngenpgstk+pTtk-Σz=1nLLzt=0---(13)]]>Σs=1ngenpgsmax+pTtk-Σz=1nLLzt>Σs=1ngenpgsmax×5%---(14)]]>pgsmin<pgstk<pgsmax---(15)]]>式中：fk是第k個(gè)個(gè)體的發(fā)電環(huán)境成本，f2(pkgst)是在第k個(gè)個(gè)體第s臺(tái)火電機(jī)組在第t個(gè)時(shí)段的溫室氣體排放量，ηs是溫室氣體排放單價(jià)；pkgst是第k個(gè)個(gè)體第s臺(tái)火電機(jī)組第t個(gè)時(shí)段的有功功率；pkTt是第k個(gè)個(gè)體，潮汐流能發(fā)電場(chǎng)在第t個(gè)時(shí)段的有功功率，k＝1,2…Np，s＝1,2,…ngen，t＝1,2…24，Np＝50是個(gè)體數(shù)目，ngen是電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組的數(shù)目；Lzt表示電網(wǎng)內(nèi)第z個(gè)負(fù)荷第t個(gè)時(shí)段的負(fù)荷值，z＝1,2…nL，nL＝6表示電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷數(shù)量；pmings表示第s個(gè)火電機(jī)組的最小有功功率限制，pmaxgs表示第s個(gè)火電機(jī)組的最大有功功率限制，as、bs、cs和γs、βs、αs是第s個(gè)火電機(jī)組的參數(shù)，如表1中所示。然后利用二次規(guī)劃方法求解該模型，計(jì)算出各個(gè)個(gè)體最少發(fā)電環(huán)境成本。7)用遺傳算法優(yōu)化潮汐流能發(fā)電場(chǎng)布局方案根據(jù)計(jì)算得到的潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組的日等效投資成本，計(jì)算得到的日發(fā)電量和計(jì)算得到的電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組發(fā)電環(huán)境成本，利用遺傳算法對(duì)潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布局方案進(jìn)行優(yōu)化。計(jì)算各布局方案的優(yōu)化目標(biāo)和適應(yīng)度值整個(gè)系統(tǒng)的單位綜合成本是潮汐流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組的日等效投資成本和電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組發(fā)電環(huán)境成本之和與日發(fā)電量的比值。以單位綜合成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算公式是：Fk=(CTCTk+fk)/Ek---(16)]]>式中，F(xiàn)k表示第k個(gè)個(gè)體的綜合成本，CkTCT為第k個(gè)布局方案的日等效投資成本，fk是第k個(gè)個(gè)體的發(fā)電環(huán)境成本，Ek為第k個(gè)個(gè)體的日發(fā)電量，k＝1，2...Np，Np＝50是個(gè)體數(shù)目。利用公式(17)計(jì)算各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值：fitnessk=1Fk---(17)]]>式中，fitnessk表示第k個(gè)體的適應(yīng)度值，k＝1，2...Np，Np＝50是個(gè)體數(shù)目。進(jìn)一步的，可根據(jù)計(jì)算出的適應(yīng)度值，對(duì)當(dāng)前各個(gè)個(gè)體進(jìn)行選擇、交叉和變異運(yùn)算，生成新的布局方案。8)迭代終止條件判斷當(dāng)前是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若是，則最佳的機(jī)組布局方式是第7)步中目標(biāo)函數(shù)最小的一個(gè)個(gè)體；否則，迭代次數(shù)iteration+1，返回步驟4)。最終優(yōu)化得到的布局結(jié)果如附圖2所示。參與比較的方法如下：M0：本發(fā)明方法M1：不考慮電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電環(huán)境成本，其余機(jī)組布局優(yōu)化過(guò)程與本發(fā)明一致試驗(yàn)效果：采用方法M0-M1計(jì)算得到的單位綜合成本、潮汐流能發(fā)電場(chǎng)單位日等效成本(日等效成本/日發(fā)電量)和單位日發(fā)電環(huán)境成本(發(fā)電環(huán)境成本/日發(fā)電量)如表2所示。表2方法M0-M1計(jì)算結(jié)果對(duì)比方法M0M1差值單位綜合成本80.2356170.321490.0858單位日等效成本8.12565.3734-2.7522單位日發(fā)電環(huán)境成本72.1099164.947992.838當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3