基于粒子群算法的微网优化运行

【摘 要】微网作为智能电网的重要组成部分，越来越受到各国学者的关注。本文从微网的环保经济性出发，设计了包含冷热电联供系统（CCHP）与互补联合发电系统在内的微网结构，并且进一步提出了微网经济运行的数学模型。本论文用于并网与孤网两种不同模式下的环保经济优化。通过各种算例，验证了本文中设计的粒子群优化算法的可行性，表明了在大电网中并入微网具有较高的经济性。

【关键词】微网；经济运行；粒子群优化算法；环保经济运行

第一章 绪论

环境污染与能源危机目前已经成为当今世界的两大主要问题。然而，面对日益增长的能源需求与化石能源的短缺，传统集中式大电网的弊端已经日益凸显。于本世纪初，来自世界各国的学者或机构提出了微型电网的各种概念，简而言之，概括为：微网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控、保护装置等组成，通过分布式电源向附近负荷提供电能与热能的小型发配电系统。与传统的分布式电源直接并网相比，微电网灵活、系统的将分布式电源与本地负荷组成一个整体，通过静电开关与传统主电网相连，既可以与主电网并联运行，又可以孤岛模式运行，更好的解决了分布式发电给电网带来的种种不良影响。

第二章 基于粒子群算法的微网优化运行

5.1 微网优化运行的建模

5.1.1 本文微网模型

在微网的优化中，首先需要作出微网的模型。微电网包括并网与孤岛两种运行方式，本文中选择了并网运行模式并对其进行建模。通过对第三章几个国家微网模型的分析，简化，我们得到了如图4-1所示的微网结构，更加直观的反映出了用户与电网之间的供需关系。

5-1 微网简化模型

在该模型中，我们用到的微电源包括：PV——太阳能电池

WT——风力发电机

MT——微型燃气轮机

FC——燃料电池

利用这四种不同形式的微电源来进行供电，从而使得能源的利用率大大增加。

5.1.2 目标函数

实现微网优化的目的便是在于實现总成本的最小化，因此，上述模型的建立便是为了实现微网总成本的最小化，达到节约经济的效果。在本文中，由于热度需求的不确定性，因此，考虑成本及收益时仅以电能与天然气的收支作为依据。

本文建立的目标函数为：

在该目标函数中，i取值范围为1-N，N——微网中微电源总数；

——第i个微电源的初始成本； ——蓄电池储能装置初始成本；

——第i个微电源的生命周期；l——利息率；

——主网购电价格； ——每小时从主网购买的电力；

——每小时销售给主网的电力；ε——每次开、停机消耗的成本；

D——微电源开、停次数； ——第i个微电源单位出力维护成本

——第i个微电源每小时生产的电力； ——每小时生产 电力产生的 ；

——每小时生产 电力产生的 ； ——每小时生产 电力产生的 ；

——排放 的处罚价格； ——排放 的处罚价格；

——排放 的处罚价格；δ——购买天然气消耗的价格；

σ——销售天然气价格；

??——每小时生产电力为P时微型燃气轮机所需天然气；

——每小时生产电力为P时燃料电池所需天然气；

——微网购买的天然气； ——微网销售给用户的天然气；

5.1.3 约束条件

此模型中的等式约束条件为电力平衡等式：

——每小时电力总需求量； ——MT每小时发电量；

——FC每小时发电量； ——PV每小时发电量；

——WT每小时发电量； ?——微网功率损耗。

此模型的不等式约束条件有以下几个方面：

1、功率上下线约束：

——第i台机组出力下限； ——第i台机组出力上限；

2、温室气体及污染物排放约束：

在该不等式中， 、 、 分别表示一定的控制范围内的CO2、SO2、NOx 排放极限。

3、微电源开停机次数约束：

——微电源开停机最大次数；

5.2 算例分析

由于本文研究的是在微网内一天的负荷分配状况，故而对目标函数进行简化，得到只含有排放成本与发电成本的情况，该目标函数变为：

通过使用Matlab软件，对当前模型进行基于粒子群优化算法的编程并仿真计算。

5.2.1 参数设定

由前文已知，太阳能与风能发电的成本很低，基本没有污染物的排放情况，且发电不稳定，一直工作在最大功率，所以其情况不予考虑，故而只考虑微型燃气轮机MT与燃料电池FC的排放成本与发电成本。

在本文算例中，使用到的微型燃气轮机型号为Bowman GT80，使用到的燃料电池为固体氧化物电池。在该

实验算例中，MT与FC消耗的燃料和运行维护参数如下表所示：

5.2.2 优化结果

为了使得每个小时消耗的成本最小，做出了优化后的出力曲线与总成本曲线图，如图5-3、图5-4

经过对图5-3分析可知，MT的发电量达到最大值时处于MT冬季工作日的发电曲线上面的第17小时，在同一时间，NOx的排放量也达到了极限值，如此便意味着微网必须要从主电网上购电才能够满足供电需求。在该曲线的第18小时，MT发电所放出的NOx已经超过了指标，故而发电量会停留在第17小时，剩余的供电需求需要从主电网上购买。在上述的分析中可以发现，电量供不应求从而从主电网购买，这成本明显高于自给自足，因此，之前的情况的总成本均都会增加。对于图5-4而言，从图中我们便可以清晰的发现，冬季的总成本是最大的，这种情况是由于冬天的光照不充足，太阳能发电的工作处于低谷期，导致MT发电量增加，进而使得发电总成本的增加。

参考文献：

[1]周晓燕，刘天琪，沈浩东，等.含多种分布式电源的微电网经济调度研究[J].电工电能新技术，2013，32（1）：5-8.

[2]宋晓英，王艳松.基于协同进化遗传算法的微网经济环保调度[J].电力系统保护与控制，

作者简介：

刘文奇 性别：男 籍贯：江苏省如皋市 专业：电气工程及其自动化；单位：贵州汇通华城股份有限公司 所在省区：贵州省贵阳市白云区 单位邮编：550018

（作者单位：贵州汇通华城股份有限公司）