何鵬 李巖

【摘要】伴隨著我國(guó)能源不斷呈現(xiàn)出減少的危機(jī)狀態(tài)，一些可再生能源的發(fā)展不斷地加快步伐，其中風(fēng)電規(guī)模就是擴(kuò)大的一項(xiàng)。風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行配置電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠更加有效地將風(fēng)電接納能力進(jìn)行增強(qiáng)，并提升風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行效益，本文形成一種考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置雙層優(yōu)化模型，并建立在改進(jìn)帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法的數(shù)值優(yōu)化算法基礎(chǔ)上對(duì)此模型展開(kāi)求解，分析出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)以及并網(wǎng)電價(jià)對(duì)效益增加量等關(guān)鍵指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場(chǎng)；運(yùn)行效益；電池儲(chǔ)能配置；優(yōu)化模型

一、雙層優(yōu)化模型

首先，在模型說(shuō)明的問(wèn)題上。儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃問(wèn)題密切地關(guān)聯(lián)于運(yùn)行問(wèn)題，當(dāng)前具有較為突出的儲(chǔ)能系統(tǒng)較高投資以及維護(hù)費(fèi)用現(xiàn)象，所以進(jìn)行規(guī)劃儲(chǔ)能系統(tǒng)期間需要重點(diǎn)的認(rèn)識(shí)建成以后運(yùn)行問(wèn)題，以運(yùn)行對(duì)于規(guī)劃展開(kāi)指導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)得到更好的儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃成效。此次研究采取分層優(yōu)化的模式，形成同時(shí)考慮到儲(chǔ)能規(guī)劃與運(yùn)行的雙層優(yōu)化模型的方式。也就是外層模型重視分析電池儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃問(wèn)題，明確好配置節(jié)點(diǎn)以及功率容量幾項(xiàng)指標(biāo)，內(nèi)層模型就是對(duì)涵蓋儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行求解以及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)最為理想的處理計(jì)劃。

其次，在外層優(yōu)化模型、內(nèi)層優(yōu)化模型上?？紤]到電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)具有了模塊化生產(chǎn)的效果，所以本文中進(jìn)行假設(shè)是通過(guò)基礎(chǔ)模塊進(jìn)行構(gòu)建起儲(chǔ)能系統(tǒng)，因此簡(jiǎn)化了外層優(yōu)化模型，調(diào)整為整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。其中，各基礎(chǔ)模塊個(gè)數(shù)與配置節(jié)點(diǎn)就是決策變量。并且應(yīng)用改進(jìn)帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法實(shí)施求解。另外，內(nèi)層優(yōu)化模型Ⅰ和Ⅱ都是只涵蓋了功率分配簡(jiǎn)化機(jī)組組合情況，同時(shí)兩模型都具有線性形式的目標(biāo)函數(shù)以及約束條件，所以能夠采取線性規(guī)劃展開(kāi)及時(shí)地求解。

二、模型求解算法分析

改進(jìn)帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法（ICA）中，種群個(gè)體稱之為國(guó)家，適應(yīng)度值稱之為國(guó)家權(quán)力。依照權(quán)力的大小，可以把國(guó)家進(jìn)行分類，即帝國(guó)、殖民地。所以涉及到的算法過(guò)程就是帝國(guó)的形成、帝國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)、殖民地的移動(dòng)以及帝國(guó)的滅亡等等過(guò)程。在改進(jìn)帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法中的殖民地移動(dòng)環(huán)節(jié)方面上，如果國(guó)家維數(shù)在增大，則也會(huì)相應(yīng)的提升殖民地移動(dòng)后位置的計(jì)算時(shí)間。也就是在偏移夾角θ期間殖民地向帝國(guó)移動(dòng)距離不變的約束太緊，就會(huì)將計(jì)算的時(shí)間以及困難性進(jìn)行增加。所以對(duì)于新殖民地移動(dòng)方法進(jìn)行定義，也就是殖民地超棱錐體移動(dòng)的過(guò)程。

對(duì)于雙層決策的問(wèn)題，將改進(jìn)帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法應(yīng)用到求解外層模型中，內(nèi)層實(shí)施MATLAB的linprog函數(shù)方式展開(kāi)求解。同時(shí)改進(jìn)帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法中國(guó)家位置是提供給電池儲(chǔ)能系統(tǒng)每一基礎(chǔ)模塊的個(gè)數(shù)以及配置節(jié)點(diǎn)，同時(shí)外層優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)值就是國(guó)家權(quán)力?？紤]外層模型就是一種整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，所以本文采取內(nèi)存表以減少調(diào)用雙層模型計(jì)算相同國(guó)家權(quán)力值問(wèn)題，可以大大的節(jié)約計(jì)算的時(shí)間。算法就是：第一，算法初始化，得到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以及系統(tǒng)參數(shù)等內(nèi)容；第二，外層模型構(gòu)建起Ncnt個(gè)國(guó)家，配置電池儲(chǔ)能系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)以及每一基礎(chǔ)模塊個(gè)數(shù)都進(jìn)行實(shí)施整數(shù)編碼；第三，科學(xué)的可行性檢測(cè)隨機(jī)生成的初始個(gè)體，把不可行個(gè)體進(jìn)行排除以后繼續(xù)進(jìn)行形成等量初始個(gè)體，一直到Ncnt個(gè)國(guó)家都是可行個(gè)體結(jié)果；第四，判斷傳輸功率限制的線路潮流有無(wú)越限問(wèn)題；第五，實(shí)施國(guó)家權(quán)力的計(jì)算，嚴(yán)格的遵循內(nèi)存表信息、可行個(gè)體運(yùn)行優(yōu)化解或者次優(yōu)解展開(kāi)計(jì)算；第六，以改進(jìn)帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法殖民地超棱錐體移動(dòng)構(gòu)建起新殖民地，展開(kāi)帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)；第七，評(píng)價(jià)有無(wú)獲得收斂條件狀態(tài)。

三、算例仿真分析

（一）算例說(shuō)明

算例實(shí)施改進(jìn)IEEE118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)9和節(jié)點(diǎn)10之間傳輸線輸送的容量最大值是550MW。同時(shí)算例以一典型日來(lái)作為全年，盡管選擇典型日具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，全年日間變化中，不能充分地展示風(fēng)電出力以及負(fù)荷數(shù)據(jù)情況，但是具有容易得到數(shù)據(jù)資料以及較小的計(jì)算量?jī)?yōu)勢(shì)。電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)是：高峰負(fù)荷時(shí)段，時(shí)間在[7，11]∪[17，21]，電價(jià)是1000元·（MW·h）-1；中間時(shí)段在[11，17]∪[21，23]，電價(jià)是650元·（MW·h）-1；低谷時(shí)段在[0，7]∪[23，24]，電價(jià)是400元·（MW·h）-1。

（二）仿真結(jié)果

最理想的配置電池儲(chǔ)能配置方案就是：配置節(jié)點(diǎn)10，功率以及容量分別是43.25MW、86.5MW·h，增加典型年效益是0.101億元。分析仿真結(jié)果顯示，風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行效益增加量密切的關(guān)聯(lián)于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置前后的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行效益、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行效益和維護(hù)以及投資成本；同時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)電價(jià)以及投資成本，能夠?qū)υ黾有б媪慨a(chǎn)生較明顯的敏感性，即投資成本降低以及負(fù)荷高峰時(shí)段，增加電價(jià)可導(dǎo)致風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行效益增加量提升。另外，接入電池儲(chǔ)能系統(tǒng)以后，增加的風(fēng)電并網(wǎng)容量在初始屏風(fēng)容量中所占據(jù)比重，如果此值較大，則就會(huì)具有越顯著的改善電池儲(chǔ)電系統(tǒng)屏風(fēng)效果。

四、結(jié)語(yǔ)

此次研究通過(guò)構(gòu)建電池儲(chǔ)能配置優(yōu)化模型的方式，探究風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行效益增加量的效益構(gòu)成，以及討論投資成本和并網(wǎng)電價(jià)對(duì)效益增加量以及改善屏風(fēng)的影響等方面。結(jié)果充分表明，最優(yōu)的配置電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方案能夠?qū)L(fēng)電接納能力進(jìn)行增強(qiáng)，并提升風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行效益。

參考文獻(xiàn)

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