楊鵬程　 成健

摘 要：針對(duì)包含波浪能的海島微電網(wǎng)，提出一種考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性及環(huán)保性的優(yōu)化配置方法。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行策略，在滿足優(yōu)化變量范圍的條件下，以綜合成本最小及可靠性最高為目標(biāo)，對(duì)容量進(jìn)行優(yōu)化。綜合成本包括投資成本、運(yùn)維護(hù)成本、環(huán)境治理成本等。

關(guān)鍵詞：波浪能；優(yōu)化配置方法；綜合成本

在遠(yuǎn)離大陸的海島中將不同類型的可再生能源組成微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，提高可再生能源的利用率，是解決海島供電的有效途徑之一。

關(guān)于優(yōu)化配置，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究了一些成果，文獻(xiàn)[1]采用枚舉法得到滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)供電可靠率約束且成本最小的光伏和儲(chǔ)能容量配置方案，但尋優(yōu)效率低。文獻(xiàn)[2]考慮的優(yōu)化配置目標(biāo)有系統(tǒng)成本、可靠性等，通過微分算法獲得微電網(wǎng)的容量配置。文獻(xiàn)[3]提出了一種多目標(biāo)優(yōu)化配置模型及求解方法，并通過自適應(yīng)多目標(biāo)差分進(jìn)化算法進(jìn)行求解，獲得容量?jī)?yōu)化配置。文獻(xiàn)[4]建立了綜合考慮可再生能源利用率、環(huán)保性及可靠性等指標(biāo)的優(yōu)化模型，采用權(quán)重轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題進(jìn)行求解，獲得微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置。

綜合上述，本文考慮波浪能發(fā)電特性，進(jìn)行海島微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置。

1 海島微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

海島微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 光伏發(fā)電模型

光伏輸出功率受光照強(qiáng)度，其輸出功率公式為

1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型

1.3 柴油發(fā)電機(jī)模型

1.4 蓄電池模型

可以從荷電量對(duì)BESS進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。

1.5 波浪能發(fā)電機(jī)模型

波浪能功率密度與有效高度Hm和能量周期Te有關(guān)，其中關(guān)系表達(dá)式為

式中，ρ為海水密度，一般取1.025×103kg/m3；g為重力加速度，一般取9.8m/s2；

2 優(yōu)化配置模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

以總成本來評(píng)估其經(jīng)濟(jì)性。該目標(biāo)函數(shù)表示為

式中，CINj表示可再生能源的投資成本；kj表示可再生能源相應(yīng)的功率成本系數(shù)；Nj為可再生能源電源的數(shù)量；CINIde表示柴油發(fā)電機(jī)的投資成本；kde表示柴發(fā)功率成本系數(shù)；Pde為柴發(fā)的額定功率；CINIbat表示蓄電池的投資成本；PC為蓄電池的額定功率；EC為蓄電池的額定容量；kbp、kep表示相應(yīng)的功率和能量成本系數(shù)。

2.2 約束條件

3 算例分析

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文選取某海島作為研究對(duì)象。該島長(zhǎng)400米，寬230米，總面積0.06平方公里。該島燈塔是我國(guó)南北海上航標(biāo)之一，保障著船舶航行安全。

光照強(qiáng)度隨月份變化較大，選取1月和8月典型日作為研究，圖2為典型日光照分布情況。

該島年平均風(fēng)速為5.43m/s，故通過模擬日風(fēng)速分布情況估計(jì)全年風(fēng)速變化情況。

該島居民人數(shù)較少，常規(guī)負(fù)荷主要為燈塔主燈用電，故負(fù)荷高峰期出現(xiàn)在夜晚。圖4所示海島常規(guī)負(fù)荷日變化情況。

3.2 優(yōu)化結(jié)果分析

含波浪能 不含波浪能

從圖5中可以看到，這兩種方案中，含波浪能發(fā)電的可再生能源在系統(tǒng)中占的比重較大，年柴油機(jī)總?cè)剂腺M(fèi)較低。含波浪能方案柴油燃料費(fèi)占總費(fèi)用的16%，而不含波浪能方案柴油燃料費(fèi)占總費(fèi)用的37%。綜合經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性考慮，含波浪能的方案要優(yōu)于不含波浪能的方案，驗(yàn)證了本文考慮含波浪能的海島微電網(wǎng)規(guī)劃的合理性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要圍繞海島微電網(wǎng)，提出一種考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性等多目標(biāo)優(yōu)化配置方法，對(duì)海島微電網(wǎng)系統(tǒng)容量進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)行兩種方案對(duì)比：1）含波浪能；2）不含波浪能，通過粒子群算法求解，得出含波浪能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Fatih O.Hocaoglu， Omer N.Gerek， Mehmet Kurban. A novel hybrid （windphotovoltaic） system sizing procedure[J].Solar Energy， 2009（83）：20192028.

[2]楊琦，張建華，劉自發(fā)，等.風(fēng)光互補(bǔ)混合供電系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，（17）：8690.

[3]宋洪磊，吳俊勇，冀魯豫，等.風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，26（7）：104111.

[4]張建華，于雷，劉念，等.含風(fēng)/光/柴/蓄及海水淡化負(fù)荷的微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（2）：102112.

作者簡(jiǎn)介：楊鵬程（1992），男，漢族，江蘇鹽城人，學(xué)生，南京師范大學(xué)南瑞電氣與自動(dòng)化學(xué)院電氣工程專業(yè)，工程碩士，研究方向：新能源發(fā)電；成?。?993），男，漢族，江蘇南通人，學(xué)生，南京師范大學(xué)南瑞電氣與自動(dòng)化學(xué)院，工程碩士，研究方向：新能源發(fā)電。