摘要：針對(duì)含風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的多能互補(bǔ)系統(tǒng)的優(yōu)化配置問(wèn)題，本文提出了一種考慮系統(tǒng) 與配電網(wǎng)交互和需求側(cè)響應(yīng)成本的多能互補(bǔ)系統(tǒng)全壽命周期優(yōu)化配置方法，構(gòu)建了雙層優(yōu)化模型：上層以 年投資成本最小為目標(biāo)進(jìn)行全局優(yōu)化，確定多能互補(bǔ)系統(tǒng)的最優(yōu)配置方案與儲(chǔ)能出力范圍;下層以系統(tǒng)的 日運(yùn)行成本和可再生能源利用率最小為目標(biāo)，建立多能互補(bǔ)系統(tǒng)的多目標(biāo)日前優(yōu)化調(diào)度模型。分別考慮獨(dú) 立型和并網(wǎng)型多能互補(bǔ)系統(tǒng)，以某地實(shí)際風(fēng)光數(shù)據(jù)為例，算例驗(yàn)證了所提優(yōu)化配置策略的正確性與有效性， 并量化分析了多能互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式對(duì)優(yōu)化配置策略的影響。

　　關(guān)鍵詞: 優(yōu)化配置;多能互補(bǔ)系統(tǒng);經(jīng)濟(jì)調(diào)度;雙層優(yōu)化

　　0 引言

　　隨著大規(guī)模分布式可再生能源和可控負(fù)荷接 入電網(wǎng)，如何進(jìn)行合理規(guī)劃與配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成 和高效管控成為當(dāng)前主要命題。微電網(wǎng)是一種含有 多種分布式電源的小型供配電系統(tǒng)[1]，其技術(shù)及應(yīng)用在近些年得到了快速發(fā)展。微電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)多種分 布式能源的接入和集成控制，如光伏發(fā)電、風(fēng)電、 儲(chǔ)能、微型同步機(jī)等，是典型的、常見的多能互補(bǔ) 系統(tǒng)，可以有效降低分布式電源出力對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)生 的影響，提升電網(wǎng)消納分布式電源的能力。通過(guò)系 統(tǒng)內(nèi)能量協(xié)調(diào)，可以根據(jù)運(yùn)行需求選擇并網(wǎng)或離網(wǎng) 模式，同時(shí)還能有效提高系統(tǒng)供電的電能質(zhì)量及可靠性[2-4]。

　　因此，多能互補(bǔ)系統(tǒng)配置方案的合理性將 決定整個(gè)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此其優(yōu)化 配置方法一直是該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究問(wèn)題[5-6]。 隨著多能互補(bǔ)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)多 能互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)化配置開展了一定的研究，這些方法 大多以尋求多能互補(bǔ)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)、供電、環(huán)保性等 方面的最優(yōu)為目標(biāo)[7-8]。

　　文獻(xiàn)[9]利用云平臺(tái)對(duì)多能 互補(bǔ)系統(tǒng)的儲(chǔ)能進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，建立了考慮經(jīng)濟(jì)、 低碳的多目標(biāo)規(guī)劃模型。文獻(xiàn)[10]基于全生命周期 理論，以凈現(xiàn)值收入為目標(biāo)并考慮電源的可靠性， 建立多能互補(bǔ)系統(tǒng)的優(yōu)化配置模型。針對(duì)風(fēng)光儲(chǔ)微 電網(wǎng)的優(yōu)化配置問(wèn)題，文獻(xiàn)[11]以遺傳算法為基礎(chǔ) 對(duì)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，然而該方法中沒(méi)有考慮儲(chǔ) 能，不利于運(yùn)行平穩(wěn)性和供電可靠性的提升。

　　文獻(xiàn) [12]提出的配置方法中，將凈負(fù)荷預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)精度 和用戶微電網(wǎng)的收益指數(shù)作為重要參數(shù)。以上所述 的相關(guān)研究均采用了啟發(fā)式優(yōu)化算法，這類算法存 在的主要問(wèn)題是其種群規(guī)模較大數(shù)據(jù)量較多，導(dǎo)致 其搜索的尋優(yōu)空間較大，使得其計(jì)算速度往往較 慢，該類方法往往無(wú)法保證所得解的全局最優(yōu)性， 容易陷入早熟。

　　本文在上述研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)多能互補(bǔ)系統(tǒng) 中的分布式電源、儲(chǔ)能和逆變器接入的容量配置問(wèn) 題，綜合考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定性建立了雙層優(yōu)化 模型。下層模型以多能互補(bǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行成本和可再 生能源利用率為目標(biāo)，確定系統(tǒng)內(nèi)各電源的運(yùn)行調(diào) 度方案，上層模型以多能互補(bǔ)系統(tǒng)投資總成本為目 標(biāo)，優(yōu)化規(guī)劃各電源的配置容量。最后，分別考慮 獨(dú)立型和并網(wǎng)型多能互補(bǔ)系統(tǒng)，以某地實(shí)際風(fēng)光數(shù) 據(jù)為例，基于算例分析驗(yàn)證了所提方法的正確性和 有效性，同時(shí)討論了多能互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式對(duì)優(yōu)化 配置策略的影響。

　　1 多能互補(bǔ)系統(tǒng)與配電網(wǎng)交互成本

　　并網(wǎng)型多能互補(bǔ)系統(tǒng)主要有“自發(fā)自用”和“統(tǒng) 購(gòu)統(tǒng)銷”兩種運(yùn)營(yíng)方式，不同方式的互動(dòng)成本也不 同。另外，多能互補(bǔ)系統(tǒng)在與配電網(wǎng)互動(dòng)時(shí)還應(yīng)考 慮需求側(cè)響應(yīng)成本。

　　2 多能互補(bǔ)系統(tǒng)雙層優(yōu)化規(guī)劃模型

　　以多能互補(bǔ)系統(tǒng)全壽命周期的投資總成本最 低為目標(biāo)，構(gòu)建上層優(yōu)化模型，量化各電源的建設(shè)運(yùn)行成本，從全壽命周期角度優(yōu)化各電源的容量配置。

　　3 雙層優(yōu)化算法

　　本文采用雙層優(yōu)化算法進(jìn)行求解：上層采用改 進(jìn)型十進(jìn)制遺傳算法(GA)進(jìn)行求解，下層采用商業(yè)規(guī)劃求解器(Gurobi)進(jìn)行求解[16]。根據(jù)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)，優(yōu)化 求解得到電源配置方案，選擇春夏秋冬四季的典型 日為代表。本文定義的全局決策變量為 Nwt、Npv、 Nbess、Ninvr，具體計(jì)算步驟如下： 步驟 1：算法初始化，設(shè)置遺傳算法和多能互 補(bǔ)系統(tǒng)所需參數(shù)及數(shù)據(jù)信息; 步驟 2：生成初始種群，上層配置層給出風(fēng)機(jī) 容量、光伏容量、逆變器容量初始值，以及儲(chǔ)能出 力范圍 Pmaxcharge、Pmaxdischarge; 步驟 3：下層經(jīng)濟(jì)調(diào)度層根據(jù)上層所給數(shù)據(jù)， 采用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法確定多能互補(bǔ)系統(tǒng)的 最佳運(yùn)行調(diào)度方案，并上報(bào)儲(chǔ)能各時(shí)段出力值 Pbess-in，Pbess-out; 步驟 4：上層根據(jù)下層上報(bào)的數(shù)據(jù)確定儲(chǔ)能容 量，并根據(jù)多能互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行約束，計(jì)算得到種群 的適應(yīng)度值，找出當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體和最優(yōu)種群; 步驟 5：對(duì)個(gè)體進(jìn)行選擇、交叉、變異運(yùn)算處 理，更新并生成新的種群。 步驟 6：判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若是， 則終止運(yùn)算，輸出最優(yōu)結(jié)果方案;若否，則將迭代 次數(shù)加 1，返回步驟 3。

　　4 算例分析

　　4.1基本參數(shù)設(shè)置

　　根據(jù)某地氣象數(shù)據(jù)，得到典型日風(fēng)機(jī)和光伏單位發(fā)電功率以及負(fù)荷功率曲線。分別對(duì)獨(dú)立型和并網(wǎng)型多能互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行雙層優(yōu)化配置分析，備選電源為WT、PV和BESS，備選變流器為風(fēng)力變流器(WT-inv)，光伏變流器(PV-inv) 和儲(chǔ)能雙向變流器(BS-inv)，其規(guī)格、購(gòu)置成本及 年運(yùn)行維護(hù)成本。

　　電力能源論文投稿刊物：《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》Energy Storage Science and Technology(雙月刊)2012年創(chuàng)刊，是國(guó)家新聞出版署正式批準(zhǔn)的儲(chǔ)能行業(yè)唯一高端科學(xué)技術(shù)期刊，重點(diǎn)報(bào)道抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、深冷儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)存、冷儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能(各類電池如鉛酸電池、鋰電池、釩電池、鈉硫電池等)、超導(dǎo)儲(chǔ)能、燃料電池、飛輪儲(chǔ)能及超級(jí)電容等的最新科研及技術(shù)成果、示范項(xiàng)目及儲(chǔ)能業(yè)界經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)。《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》既具有學(xué)術(shù)性和前瞻性，又注重實(shí)用性和導(dǎo)向性。

　　5 結(jié)論

　　本文針對(duì)風(fēng)光儲(chǔ)型多能互補(bǔ)系統(tǒng)，提出了一種 多目標(biāo)雙層優(yōu)化配置方法：上層以年投資成本最小 為目標(biāo)進(jìn)行確定最優(yōu)配置方案;下層以系統(tǒng)的日運(yùn)行成本和可再生能源利用率最小為目標(biāo)，建立多能 互補(bǔ)系統(tǒng)多目標(biāo)日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度模型。以某地實(shí) 際風(fēng)光數(shù)據(jù)為例，算例驗(yàn)證了本文所提方法的正確 性與有效性。 所提方法考慮了多能互補(bǔ)系統(tǒng)與配電網(wǎng)的交 互成本、需求響應(yīng)成本等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，在規(guī)劃建設(shè) 初期可以準(zhǔn)確量化多能互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。 所提方法考慮了全壽命周期建設(shè)成本，同樣適 用于在變電站站內(nèi)的并網(wǎng)型多能互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu) 化配置和方案優(yōu)選。

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　　作者：寇凌峰1，季宇1，吳鳴1，牛耕1