水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)智能優(yōu)化模型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9904水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)智能優(yōu)化模型分析案例 1316811.1抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型 178691.1.1目標(biāo)函數(shù) 2285941.1.2約束條件 2117231.2抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型 311591.2.1目標(biāo)函數(shù) 385571.2.2約束條件 4109721.3水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型 5255631.1.1目標(biāo)函數(shù) 561241.1.2約束條件 54451.4水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型 622251.4.1目標(biāo)函數(shù) 6254231.4.2約束條件 738301.5約束條件處理 81.1抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型抽水蓄能-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化是為風(fēng)電場(chǎng)配置一個(gè)抽水蓄能電站，當(dāng)可利用風(fēng)電比較大時(shí)，通過(guò)水泵水輪機(jī)或水泵抽水將部分風(fēng)電存儲(chǔ)在上水庫(kù)中，即將電能轉(zhuǎn)化為水的勢(shì)能；當(dāng)可利用風(fēng)電比較小或者風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)較高時(shí)再經(jīng)過(guò)水力發(fā)電機(jī)組把電能輸送到電網(wǎng)中。基于此思想，在不考慮抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)固定投資的情況下，以聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益最大為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)約束條件，目的是在已知風(fēng)電場(chǎng)出力的前提下優(yōu)化調(diào)度抽水蓄能電站中的水泵、水輪發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組在每一時(shí)間段的輸出功率值，以實(shí)現(xiàn)抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)收益最大。圖1.1抽水蓄能-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行原理圖1.1.1目標(biāo)函數(shù)抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型中的目標(biāo)函數(shù)選取經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，在考慮峰谷電價(jià)機(jī)制的情況下，以抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益最大為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)如下式所示： (1.1)式中，為時(shí)段的上網(wǎng)電價(jià)；為時(shí)段的抽水費(fèi)用；為時(shí)段風(fēng)電場(chǎng)輸送到電網(wǎng)的功率；為時(shí)段水輪機(jī)發(fā)電功率；為時(shí)段水泵抽水功率。1.1.2約束條件抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型中的約束條件如下：(1)電網(wǎng)功率限制約束 (1.2)式中，為時(shí)段抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)輸送到電網(wǎng)的總功率；為電網(wǎng)最小上網(wǎng)限制功率；為電網(wǎng)最大上網(wǎng)限制功率。(2)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量約束 (1.3)式中，為風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量。(3)抽水蓄能電站功率約束放水發(fā)電： (1.4) (1.5) (1.6)抽水儲(chǔ)能： (1.7)式中，Ei為i時(shí)段的抽水蓄能電站上水庫(kù)儲(chǔ)能；為抽水蓄能電站水泵抽水效率；為抽水蓄能電站水力發(fā)電效率；t為每個(gè)時(shí)段長(zhǎng)。(4)其他約束 (1.8) (1.9) (1.10)式中，PDL為i時(shí)段聯(lián)合系統(tǒng)舍棄的功率。1.2抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型抽水蓄能-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型運(yùn)行原理與單目標(biāo)優(yōu)化模型相同，該模型在不考慮抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)固定投資的情況下，以聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益最大和有功功率波動(dòng)率最低為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)約束條件，目的是在已知風(fēng)電場(chǎng)出力的前提下優(yōu)化調(diào)度抽水蓄能電站中的水泵、水輪發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組在每一時(shí)間段的輸出功率值，使抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)收益較大的同時(shí)平滑聯(lián)合系統(tǒng)出力，以期提高聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。1.2.1目標(biāo)函數(shù)抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型中的目標(biāo)函數(shù)從經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性角度出發(fā)，選取經(jīng)濟(jì)效益最大化和聯(lián)合系統(tǒng)有功功率平均波動(dòng)率最小兩個(gè)目標(biāo)，在考慮峰谷電價(jià)機(jī)制的情況下，建立目標(biāo)函數(shù)如下式所示：(1)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)：效益最大化目標(biāo) (1.11)(2)穩(wěn)定性目標(biāo)：有功功率平均波動(dòng)率最小目標(biāo) (1.12)1.2.2約束條件抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型中的約束條件如下：(1)電網(wǎng)功率限制約束 (1.13)式中，Pi為i時(shí)段抽蓄-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)輸送到電網(wǎng)的總功率，Pmin為電網(wǎng)最小上網(wǎng)限制功率；Pmin為電網(wǎng)最大上網(wǎng)限制功率。(2)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量約束 (1.14)式中，Pg為風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量。(3)抽水蓄能電站功率約束放水發(fā)電： (1.15) (1.16) (1.17)抽水儲(chǔ)能： (1.18)式中，Ei為i時(shí)段的抽水蓄能電站上水庫(kù)儲(chǔ)能；為抽水蓄能電站水泵抽水效率；為抽水蓄能電站水力發(fā)電效率；t為每個(gè)時(shí)段長(zhǎng)。(4)其他約束 (1.19) (1.20) (1.21)式中，PDL為i時(shí)段聯(lián)合系統(tǒng)舍棄的功率。1.3水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型1.1.1目標(biāo)函數(shù)水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型中的目標(biāo)函數(shù)選取經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，在考慮峰谷電價(jià)機(jī)制的情況下，以水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益最大為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)如下式所示： (1.22) (1.23)1.1.2約束條件(1)系統(tǒng)功率平衡約束由于電能具有不能大量?jī)?chǔ)存的特性，故聯(lián)合系統(tǒng)總發(fā)電量應(yīng)等于總耗電量。不考慮系統(tǒng)網(wǎng)損，則系統(tǒng)功率平衡方程為： (1.24)式中，PL(t)為時(shí)段系統(tǒng)負(fù)荷。在考慮系統(tǒng)有功功率平衡與頻率變化的關(guān)系時(shí)，一般情況下系統(tǒng)頻率可以在符合安全標(biāo)準(zhǔn)的條件下上下波動(dòng)，本文取0.1Hz。研究表明ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉陽(yáng)陽(yáng)</Author><Year>2015</Year><RecNum>113</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[28]</style></DisplayText><record><rec-number>113</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2axwvfx5l5rfwuedxe5vpfxkdf9sp2fpzeaa"timestamp="1620293333">113</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉陽(yáng)陽(yáng)</author></authors></contributors><titles><title>基于抽水蓄能的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)研究</title></titles><keywords><keyword>風(fēng)光互補(bǔ)</keyword><keyword>抽水蓄能電站</keyword><keyword>粒子群算法</keyword><keyword>煤耗量</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>南昌大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls><related-urls><url>/thesis/ChJUaGVzaXNOZXdTMjAyMTAzMDISB0Q2OTA1MzgaCDE4YXlyYmxj</url></related-urls></urls><remote-database-provider>北京萬(wàn)方數(shù)據(jù)股份有限公司</remote-database-provider><language>chi</language></record></Cite></EndNote>[28]一般電源側(cè)功率不變而負(fù)荷上下波動(dòng)1.2%時(shí)，系統(tǒng)頻率約波動(dòng)0.1Hz，即系統(tǒng)功率平衡方程轉(zhuǎn)化為： (1.25)(2)電網(wǎng)功率限制約束由于一般情況下大型水電站、抽水蓄能電站、風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能電站安裝在距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)的地區(qū)，但電網(wǎng)建設(shè)存在局限性導(dǎo)致輸電網(wǎng)傳輸能力不足，因此電網(wǎng)對(duì)輸送的功率存在一定的限制，約束方程如下： (1.26)(3)抽水蓄能電站功率約束放水發(fā)電： (1.27) (1.28)抽水儲(chǔ)能： (1.29)式中，ηT為放水發(fā)電效率;ηP為抽水儲(chǔ)能效率;E2(t)為t時(shí)刻水庫(kù)儲(chǔ)能。(4)常規(guī)水電站出力限制約束 (1.30)式中，Phydro,min為常規(guī)水電站最小出力;Phydro,max常規(guī)水電站最大出力。(5)風(fēng)電出力限制約束 (1.31)式中，Pw,max為風(fēng)電場(chǎng)最大預(yù)測(cè)出力。(6)光伏出力限制約束 (1.32)式中，Ppv,max為光伏電場(chǎng)最大預(yù)測(cè)出力。(7)電化學(xué)儲(chǔ)能荷電狀態(tài)約束 (1.33)式中，、分別為電池最小、最大荷電狀態(tài)。1.4水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型1.4.1目標(biāo)函數(shù)1、目標(biāo)函數(shù)1（經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)）：聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益最大 (1.34) (1.35)2、目標(biāo)函數(shù)2（穩(wěn)定性目標(biāo)）：聯(lián)合系統(tǒng)總出力波動(dòng)性最小 (1.36)式中，Pe(t)為t時(shí)刻聯(lián)合系統(tǒng)總上網(wǎng)出力；Pref為T時(shí)段內(nèi)聯(lián)合系統(tǒng)總上網(wǎng)出力平均值。3、目標(biāo)函數(shù)3（保護(hù)環(huán)境目標(biāo)）：減排CO2量最大 (1.37)式中，為中國(guó)二氧化碳的排放率，即每噸燃煤的二氧化碳排放量，；為中國(guó)火力發(fā)電供電煤耗率，g/kWh；水-風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)總上網(wǎng)發(fā)電量，MWh。1.4.2約束條件(1)系統(tǒng)功率平衡約束由于電能具有不能大量?jī)?chǔ)存的特性，故聯(lián)合系統(tǒng)總發(fā)電量應(yīng)等于總耗電量。不考慮系統(tǒng)網(wǎng)損，則系統(tǒng)功率平衡方程為： (1.38)式中，PL(t)為t時(shí)段系統(tǒng)負(fù)荷。在考慮系統(tǒng)有功功率平衡與頻率變化的關(guān)系時(shí)，一般情況下系統(tǒng)頻率可以在符合安全標(biāo)準(zhǔn)的條件下上下波動(dòng)，本文取0.1Hz。研究表明ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉陽(yáng)陽(yáng)</Author><Year>2015</Year><RecNum>113</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[28]</style></DisplayText><record><rec-number>113</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2axwvfx5l5rfwuedxe5vpfxkdf9sp2fpzeaa"timestamp="1620293333">113</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉陽(yáng)陽(yáng)</author></authors></contributors><titles><title>基于抽水蓄能的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)研究</title></titles><keywords><keyword>風(fēng)光互補(bǔ)</keyword><keyword>抽水蓄能電站</keyword><keyword>粒子群算法</keyword><keyword>煤耗量</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>南昌大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls><related-urls><url>/thesis/ChJUaGVzaXNOZXdTMjAyMTAzMDISB0Q2OTA1MzgaCDE4YXlyYmxj</url></related-urls></urls><remote-database-provider>北京萬(wàn)方數(shù)據(jù)股份有限公司</remote-database-provider><language>chi</language></record></Cite></EndNote>[28]一般電源側(cè)功率不變而負(fù)荷上下波動(dòng)1.2%時(shí)，系統(tǒng)頻率約波動(dòng)0.1Hz，即系統(tǒng)功率平衡方程轉(zhuǎn)化為： (1.39)(2)電網(wǎng)功率限制約束由于一般情況下大型水電站、抽水蓄能電站、風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能電站安裝在距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)的地區(qū)，但電網(wǎng)建設(shè)存在局限性導(dǎo)致輸電網(wǎng)傳輸能力不足，因此電網(wǎng)對(duì)輸送的功率存在一定的限制，約束方程如下： (1.40)(3)抽水蓄能電站功率約束放水發(fā)電： (1.41) (1.42)抽水儲(chǔ)能： (1.43)式中，ηT為放水發(fā)電效率;ηP為抽水儲(chǔ)能效率;E2(t)為t時(shí)刻水庫(kù)儲(chǔ)能。(4)常規(guī)水電站出力限制約束 (1.44)式中，Phydro,min為常規(guī)水電站最小出力;Phydro,max常規(guī)水電站最大出力。(5)風(fēng)電出力限制約束 (1.45)式中，Pw,max為風(fēng)電場(chǎng)最大預(yù)測(cè)出力。(6)光伏出力限制約束 (1.46)式中，Ppv,max為光伏電場(chǎng)最大預(yù)測(cè)出力。(7)電化學(xué)儲(chǔ)能荷電狀態(tài)約束 (1.47)式中，為電池最小荷電狀態(tài);為電池最大荷電狀態(tài)。1.5約束條件處理最優(yōu)化問(wèn)題一般可以根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束條件的不同分為線性和非線性優(yōu)化、約束和無(wú)約束優(yōu)化、等式約束和不等式約束優(yōu)化ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>蔡海鸞</Author><Year>2015</Year><RecNum>114</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[29]</style></DisplayText><record><rec-number>114</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2axwvfx5l5rfwuedxe5vpfxkdf9sp2fpzeaa"timestamp="1620312809">114</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>蔡海鸞</author><author>郭學(xué)萍</author></authors></contributors><auth-address>華東師范大學(xué)數(shù)學(xué)系;華東師范大學(xué)上海市核心數(shù)學(xué)與實(shí)踐重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;</auth-address><titles><title>一種新的自適應(yīng)懲罰函數(shù)在遺傳算法中的應(yīng)用</title><secondary-title>華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)</secondary-title></titles><periodical><full-title>華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)</full-title></periodical><pages>36-45+52</pages><number>06</number><keywords><keyword>約束最優(yōu)化</keyword><keyword>懲罰函數(shù)</keyword><keyword>遺傳算法</keyword><keyword>自適應(yīng)懲罰函數(shù)</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><isbn>1000-5641</isbn><call-num>31-1298/N</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[29]。本文所研究的問(wèn)題屬于非線性約束優(yōu)化，該問(wèn)題一般可以表示為下式：目標(biāo)函數(shù)： (1.48)約束條件：①不等式約束 (1.49)②等式約束 (1.50)由于約束條件的存在會(huì)增加尋優(yōu)的難度與復(fù)雜性，故需要合理地處理約束條件，通常的做法是將有約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題。懲罰函數(shù)法是解決此類問(wèn)題的一種有效方法，其在原目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)代表約束條件的懲罰項(xiàng)，構(gòu)造出一個(gè)帶參數(shù)的新的增廣目標(biāo)函數(shù)（如式1.51所示），將約束問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問(wèn)題ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[30,31]。目前懲罰函數(shù)法主要有內(nèi)點(diǎn)法和外點(diǎn)法，內(nèi)點(diǎn)法搜索范圍是可行域，外點(diǎn)法是從不可行域到可行域進(jìn)行搜索，工程實(shí)際問(wèn)題中一般用外點(diǎn)法處理約束。外點(diǎn)懲罰法一般可以將式(1.48)-式(1.50)所示問(wèn)題表示為ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馬曉娟</Author><Year>2013</Year><RecNum>116</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[32]</style></DisplayText><record><rec-n