一种平抑电功率波动的混合储能容量配置优化方法

申请号 CN201410837838.6 申请日 2014-12-29 公开(公告)号 CN104600728A 公开(公告)日 2015-05-06
申请人 国网新疆电力公司经济技术研究院; 发明人 李昌陵; 何琳; 贾政豪; 孙梦洁; 杨佩源;
摘要 本 发明 公开了一种平抑 风 电功率 波动 的混合储能容量配置优化方法,包括:制定协调控制策略,在时域下根据功率型储能的 能量 状态SOE1(t-1)约束经验模态分解的分配参考功率,使用模糊控制理论以SOE1(t-1)和ΔSOE1(t)制定校正调节系数Kc,分配混合储能的实际输出功率;建立以混合储能成本为目标函数的经济性模型和模型的约束条件;根据建立的经济模型和模型的约束条件,使用带混沌扰动和 量子计算 遗传 算法 ,优化混合储能系统的配置方案。本发明所述平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,可以实现协调控制对功率型储能的保护以及寻优 精度 高、寻优过程计算速度快和适用范围大的优点。
权利要求

1.一种平抑电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,包括:
a、制定协调控制策略,在时域下根据功率型储能的能量状态SOE1(t-1)约束经验模态分解的分配参考功率,使用模糊控制理论以SOE1(t-1)和ΔSOE1(t)制定校正调节系数Kc,分配混合储能的实际输出功率;
b、基于对混合储能实际输出功率的分配结果,建立以混合储能成本为目标函数的经济性模型和模型的约束条件;
c、根据建立的经济模型和模型的约束条件,使用带混沌扰动和量子计算遗传算法,优化混合储能系统的配置方案。
2.根据权利要求1所述的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,所述步骤a,具体包括:
步骤1:根据风电场典型日的有功功率数据PW(t),采样时间T,共Ntotal个完备信息集下的数据点,以满足风电并网要求为原则,利用滑动平均法获取混合储能平抑风电目标功率PH(t)以及并网功率PG(t);
步骤2:在时域下根据功率型储能的能量状态SOE1(t-1)约束经验模态分解的分配参考功率,模糊控制理论以SOE1(t-1)和ΔSOE1(t)为输入制定模糊规则得到输出校正调节系数Kc,分配混合储能的实际输出功率,完成混合储能协调控制。
3.根据权利要求2所述的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,在步骤1中,所述获取混合储能平抑风电目标功率PH(t)的操作,进一步包括:
根据风电有功功率并网要求,设定滑动平均法参数N值,并分离风电功率PW(t),得到PH(t)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,所述步骤b,具体包括:
步骤3:建立混合储能系统的经济性模型为目标函数,同时根据储能技术需求、协调控制约束条件以及平抑波动要求建立约束;混合储能系统为功率型和能量型储能,步骤3中进行混合储能系统的功率分配,即协调控制。
5.根据权利要求4所述的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,所述步骤3,进一步包括:
步骤3-1:功率型储能SOE1能量状态定义为高电能区、低电能区以及中间区,当SOE1在高电能区时,其具有较大的放电能,充电能力却很差;在低电能区时,其具有较大的充电能力以及较差的放电能力;在中间区域具有良好的充放电能力;
步骤3-2:设功率型储能的额定功率为P1、容量为Q1,采样时间为T,对t时刻以及t时刻前N个时刻的值,进行经验模态分解得到n个本征模函数分量Aj(tr)以及余项B(tr),其中tr表示t、t-1…t-N个时刻;
1)PH(t)>0时,取满足Ci(t)<min(Q1*(1-SOE1(t-1),P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
2)PH(t)<0时,取满足Ci(t)>max(Q1*SOE1(t-1),-P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
3)当PH(t)=0时,Pc1(t)=Pb1(t)=0;
步骤3-3:对储能系统的能量状态进行分区,定义储能极高能量区Hi,高能量区HMi,中间区Mi,低能量区LMi,极低能量区Li,假设储能SOEi工作范围是[xil,xiu],额定功率及容量为Pi、Qi,其中i=1、2分别表示功率型储能系统和能量型储能系统;
步骤3-4:根据功率型储能在t时刻的能量状态SOE1(t)以及Pc1(t)在采样时间T的估计能量变化量ΔSOE1(t),以防止功率型储能过冲放为首要原则,并考虑降低能量型储能充放电改变次数,建立输入量SOE1(t)、ΔSOE1(t)以及输出量Kc的模糊词集以及隶属度函数,并建立模糊规则表,得到校正系数Kc的模糊词,去模糊化完成校正系数Kc的计算;
步骤3-5令功率型储能实际输出功率为Pc(t)=Kc*Pc1(t),则能量型储能实际输出功率:
1)PH(t)>0时,Pb(t)=min((1-SOE2(t))*Q2,PH(t)-Pc(t));
2)PH(t)<0时,Pb(t)=-min(SOE2(t)*Q2,Pc(t)-PH(t));
3)PH(t)=0时,Kc=0;
然后根据储能实际输出功率,更新t+1时刻混合储能的能量状态,并进入下一时刻。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,所述步骤c,具体包括:
步骤4:基于步骤1、2、3,利用带有混沌扰动的量子遗传算法优化目标,得到混合储能最佳容量配置方案;建立混合储能典型天即一个周期的成本,以其成本最低为目标函数;
并基于协调控制策略、选型储能的特点以及有功功率波动的平抑要求建立约束,构成配置混合储能系统容量最佳方案的目标模型。
7.根据权利要求6所述的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,所述步骤4,进一步包括:
步骤4-1:考虑一个典型天内储能系统的成本,即储能成本分为购买成本、回收盈利和运营成本;
步骤4-1-1购买成本和回收盈利均与储能额定功率和容量有关,只计算其单位功率和容量下的价差用 表示其中1表示功率型储能、2表示能量型储能、 表示功率单价差以及θ表示容量单价差;
步骤4-1-2根据混合储能各自的实际出力情况,利用雨流计数法折算典型天内功率型和能量型储能的折算充放电次数n1和n2;
步骤4-1-3运营成本和储能的损耗程度有关,并与储能循环充放电程度有关,典型天内储能的充放电次数除以其各自的循环寿命,则可建立典型天内混合储能成本的经济性模型即目标函数 其中功率型循环寿命N1,能量型N2;
步骤4-2:目标函数中包含4个变量即功率型储能功率P1及容量Q1,、能量向储能功率P2及容量Q2;
步骤4-2-1定义域约束:考虑变量的物理意义不可能无穷大,故设定其定义域,Pi=[ai,bi]且Qi=[li,ui];
步骤4-2-2储能技术约束,考虑功率型储能和能量型储能的额定功率与容量关系,则Qi/Pi≤Ti,其中Ti表示储能在额定功率下最大充放电时间;
步骤4-2-3协调控制约束:储能能量分区确保Mi区域的存在,则高能量区下限必须高于低能量区上限,即(1-xiu)*Qi-Pi*T>xil*Qi+Pi*T;
步 骤 4-2-4 平 抑 需 求 约 束:考 虑 混 合 储 能 对 风 电 有 功 功率波动的平抑情况,建立指标1) 风电有功功率相对波动比 I1,
2)风电残余最大波动
量I2: 3) 能量型储
能保护率I3:计算在Pc(t)≡0,典型天能量型储能折算后功率型循环充放电次数n3,
8.根据权利要求6所述的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,所述步骤c,具体还包括:
步骤5:通过引入量子双链编码加快优化进程和提升种群多样性,并利用量子旋转、非门等操作模拟遗传中的选择、交叉以及变异的过程;并再判断最优解时,引入混沌扰动增加优化算法跳出局部最优解的可能,提高其寻找全局最优的能量。
9.根据权利要求8所述的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,其特征在于,所述步骤5,进一步包括:
步骤5-1:初始化种群,产生Nq个个体组成的种群,并设置参数,如遗传迭代次数g=
1、最大迭代次数maxgen、染色体码长即变量数Mq、转初值θ0、变异概率Pq,混沌扰动中Logistic方程参数μ;
步骤5-2:在第1代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,令全局最优Gy=gy以及相应的染色体Gx=gx;
步骤5-3:对种群中的每一个染色体上的量子位,以Gx量子位为目标,利用量子旋转门更新染色体;
步骤5-4:对种群中的染色体上的量子位,以变异概率Pq选择变异的量子位,并应用量子非门完成变异运算;
步骤5-5:在第g代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,并与g代前的最优值Gy比较,若gy<=Gy,则更新Gy为gy,同时更新最优值对应的染色体Gx为gx;
步骤5-6:计算在第g代中最优解变化率IG=(Gy(g-1)-Gy(g))/Gy(g-1)*100%,设γ是引入混沌扰动条件,若变化率IG高于γ则进入步骤5-7,否则进入步骤5-8;
步骤5-7:对当前全局最优解Gx对应的θxj,j=1:Mq,用chebyshev映射产生混沌变量δxj,在最优解Gx附近扰动,并计算扰动后染色体gx及适应度函数gy,若gy≤Gy,则更新全局最优变量Gy=gy及最优解Gx=gx,否则不变化,进入步骤5-9;
步骤5-8:假设扰动次数函数K(g),取Mini=Gy(1:g)的第i个值且i=1:g,并在i=1下,取Mini并与Gy之间用Tent映射产生动态扰动范围,在动态范围内,用chebyshev映射进行混沌扰动,若找到小于Gy的最优解,令其替换Gy,对应的最优解替换Gx;若无小于Gy,则令i=i+1,直至i=K(g)停止,并进入步骤5-9;
步骤5-9:令g=g+1,若g

说明书全文

一种平抑电功率波动的混合储能容量配置优化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及发电技术领域,具体地,涉及一种平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法。

背景技术

[0002] 风力发电由于高效、清洁的优点得到了广泛的应用,然而风力风速较大的随机性和波动性影响风力发电的并网运行的安全稳定,造成风力发电站电能严重浪费。根据现行风电并网标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》,风力发电有功功率变化限值ΔPlimit参考表1:
[0003] 表1有功功率变化限值推荐表
[0004]
[0005] 混合储能系统由于能够实现电能的时空转移,从而被认为是平抑风电功率波动、提高电网接纳风电能力的有效手段,混合储能系统包括能量型储能系统和功率型储能系统。能量型储能系统(如电池)响应速度慢、循环寿命低,难以调控风力发电功率高频波动分量;功率型储能系统(如超级电容器)能量密度低,难以调控长时间尺度风力发电功率波动。
[0006] 混合储能系统(功率型-能量型储能介质构成的储能系统),集成了循环次数高、功率密度高和容量大等优点,在一定程度上解决了单独使用功率型或能量型储能系统受能量密度和运行寿命等因素制约的问题。然而,对于功率型和能量型构成的混合储能系统的能量分配原则成为了使用混合储能系统平抑风电波动的限制因素。
[0007] 储能系统造价较为昂贵,并且寿命有限,如何分配混合储能系统出力以平抑风电有功功率波动并基于协调控制配置经济合理有效的混合储能系统容量方案,成为一类亟需解决的问题。
[0008] 目前,针对混合储能系统功率分配的方式有很多,如申请号为CN201310091057.2的中国专利“一种混合储能系统平抑间歇式电源功率波动的控制方法”在时域上,虽然利用经验模态分解和混合储能系统充放电优先级有效地分配混合储能系统的输出功率,但没有考虑到储能能量状态对其输出功率能力的限制以及对功率型储能过充放的保护,具有一定的局限性。
[0009] 申请号CN201310675017.2的中国专利“一种混合储能系统的功率分配方法”考虑混合储能特点,基于频域分析,使用滤波器分离混合储能输出功率,并利用储能荷电状态改变滤波常数T,但是基于频域的滤波分解在储能实时功率分配时,存在延时现象且分离的储能输出功率也无法体现出其在时域上的细节信息以及储能特点。
[0010] 申请号CN201410062240.4的中国专利“用于平抑风电功率波动的混合储能电站容量确定方法”以减小蓄电池充放电次数为目标建立混合储能充放电模型,并以混合储能电站容量最优为目标函数,通过粒子群算法寻求混合储能电站的最优容量,该专利考虑了以减小电池充放电为原则保护电池的协调控制策略,并建立了储能经济陈本中运营成本,但没有考虑储能循环寿命成本的因素,且利用经典的粒子群算法可能导致寻优缓慢、易陷入局部最优等问题。
[0011] 在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术中至少存在协调控制未对功率型储能进行保护,优化过程精度低、计算速度慢和适应度小等缺点。

发明内容

[0012] 本发明的目的在于,针对上述问题,提出一种平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,以实现协调控制对功率型储能的保护以及寻优精度高、寻优过程计算速度快和适用范围大的优点。
[0013] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,包括:
[0014] a、制定协调控制策略,在时域下根据功率型储能的能量状态SOE1(t-1)约束经验模态分解的分配参考功率,使用模糊控制理论以SOE1(t-1)和ΔSOE1(t)制定校正调节系数Kc,分配混合储能的实际输出功率;
[0015] b、基于对混合储能实际输出功率的分配结果,建立以混合储能成本为目标函数的经济性模型和模型的约束条件;
[0016] c、根据建立的经济模型和模型的约束条件,使用带混沌扰动和量子计算遗传算法,优化混合储能系统的配置方案。
[0017] 进一步地,所述步骤a,具体包括:
[0018] 步骤1:根据风电场典型日的有功功率数据PW(t),采样时间T,共Ntotal个完备信息集下的数据点,以满足风电并网要求为原则,利用滑动平均法获取混合储能平抑风电目标功率PH(t)以及并网功率PG(t);
[0019] 步骤2:在时域下根据功率型储能的能量状态SOE1(t-1)约束经验模态分解的分配参考功率,模糊控制理论以SOE1(t-1)和ΔSOE1(t)为输入制定模糊规则得到输出校正调节系数Kc,分配混合储能的实际输出功率,完成混合储能协调控制。
[0020] 进一步地,在步骤1中,所述获取混合储能平抑风电目标功率PH(t)的操作,进一步包括:
[0021] 根据风电有功功率并网要求,设定滑动平均法参数N值,并分离风电功率PW(t),得到PH(t)。
[0022] 进一步地,所述步骤b,具体包括:
[0023] 步骤3:建立混合储能系统的经济性模型为目标函数,同时根据储能技术需求、协调控制约束条件以及平抑波动要求建立约束;混合储能系统为功率型和能量型储能,步骤3中进行混合储能系统的功率分配,即协调控制。
[0024] 进一步地,所述步骤3,进一步包括:
[0025] 步骤3-1:功率型储能SOE1能量状态定义为高电能区、低电能区以及中间区,当SOE1在高电能区时,其具有较大的放电能力,充电能力却很差;在低电能区时,其具有较大的充电能力以及较差的放电能力;在中间区域具有良好的充放电能力;
[0026] 步骤3-2:设功率型储能的额定功率为P1、容量为Q1,采样时间为T,对t时刻以及t时刻前N个时刻的值,进行经验模态分解得到n个本征模函数分量Aj(tr)以及余项B(tr),其中tr表示t、t-1…t-N个时刻;
[0027] 1)PH(t)>0时,取满足Ci(t)<min(Q1*(1-SOE1(t-1),P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
[0028] 2)PH(t)<0时,取满足Ci(t)>max(Q1*SOE1(t-1),-P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
[0029] 3)当PH(t)=0时,Pc1(t)=Pb1(t)=0;
[0030] 步骤3-3:对储能系统的能量状态进行分区,定义储能极高能量区Hi,高能量区HMi,中间区Mi,低能量区LMi,极低能量区Li,假设储能SOEi工作范围是[xil,xiu],额定功率及容量为Pi、Qi,其中i=1、2分别表示功率型储能系统和能量型储能系统;
[0031] 步骤3-4:根据功率型储能在t时刻的能量状态SOE1(t)以及Pc1(t)在采样时间T的估计能量变化量ΔSOE1(t),以防止功率型储能过冲放为首要原则,并考虑降低能量型储能充放电改变次数,建立输入量SOE1(t)、ΔSOE1(t)以及输出量Kc的模糊词集以及隶属度函数,并建立模糊规则表,得到校正系数Kc的模糊词,去模糊化完成校正系数Kc的计算;
[0032] 步骤3-5令功率型储能实际输出功率为Pc(t)=Kc*Pc1(t),则能量型储能实际输出功率:
[0033] 1)PH(t)>0时,Pb(t)=min((1-SOE2(t))*Q2,PH(t)-Pc(t));
[0034] 2)PH(t)<0时,Pb(t)=-min(SOE2(t)*Q2,Pc(t)-PH(t));
[0035] 3)PH(t)=0时,Kc=0;
[0036] 然后根据储能实际输出功率,更新t+1时刻混合储能的能量状态,并进入下一时刻。
[0037] 进一步地,所述步骤c,具体包括:
[0038] 步骤4:基于步骤1、2、3,利用带有混沌扰动的量子遗传算法优化目标,得到混合储能最佳容量配置方案;建立混合储能典型天即一个周期的成本,以其成本最低为目标函数;并基于协调控制策略、选型储能的特点以及有功功率波动的平抑要求建立约束,构成配置混合储能系统容量最佳方案的目标模型。
[0039] 进一步地,所述步骤4,进一步包括:
[0040] 步骤4-1:考虑一个典型天内储能系统的成本,即储能成本分为购买成本、回收盈利和运营成本;
[0041] 步骤4-1-1购买成本和回收盈利均与储能额定功率和容量有关,只计算其单位功率和容量下的价差用 表示其中1表示功率型储能、2表示能量型储能、 表示功率单价差以及θ表示容量单价差;
[0042] 步骤4-1-2根据混合储能各自的实际出力情况,利用雨流计数法折算典型天内功率型和能量型储能的折算充放电次数n1和n2;
[0043] 步骤4-1-3运营成本和储能的损耗程度有关,并与储能循环充放电程度有关,典型天内储能的充放电次数除以其各自的循环寿命,则可建立典型天内混合储能成本的经济性模型即目标函数 其中功率型循环寿命N1,能量型N2;
[0044] 步骤4-2:目标函数中包含4个变量即功率型储能功率P1及容量Q1,、能量向储能功率P2及容量Q2;
[0045] 步骤4-2-1定义域约束:考虑变量的物理意义不可能无穷大,故设定其定义域,Pi=[ai,bi]且Qi=[li,ui];
[0046] 步骤4-2-2储能技术约束,考虑功率型储能和能量型储能的额定功率与容量关系,则Qi/Pi≤Ti,其中Ti表示储能在额定功率下最大充放电时间;
[0047] 步骤4-2-3协调控制约束:储能能量分区确保Mi区域的存在,则高能量区下限必须高于低能量区上限,即(1-xiu)*Qi-Pi*T>xil*Qi+Pi*T;
[0048] 步骤 4-2-4 平抑需求约束:考虑混合储能对风电有功功率波动的平抑情况,建立指标1) 风电有功功率相对波动比I1,
2) 风电残余最大波动
量I2: 3) 能量型储
能保护率I3:计算在Pc(t)≡0,典型天能量型储能折算后功率型循环充放电次数n3,[0049] 进一步地,所述步骤c,具体还包括:
[0050] 步骤5:通过引入量子双链编码加快优化进程和提升种群多样性,并利用量子旋转、非门等操作模拟遗传中的选择、交叉以及变异的过程;并再判断最优解时,引入混沌扰动增加优化算法跳出局部最优解的可能,提高其寻找全局最优的能量。
[0051] 进一步地,所述步骤5,进一步包括:
[0052] 步骤5-1:初始化种群,产生Nq个个体组成的种群,并设置参数,如遗传迭代次数g=1、最大迭代次数maxgen、染色体码长即变量数Mq、转初值θ0、变异概率Pq,混沌扰动中Logistic方程参数μ;
[0053] 步骤5-2:在第1代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,令全局最优Gy=gy以及相应的染色体Gx=gx;
[0054] 步骤5-3:对种群中的每一个染色体上的量子位,以Gx量子位为目标,利用量子旋转门更新染色体;
[0055] 步骤5-4:对种群中的染色体上的量子位,以变异概率Pq选择变异的量子位,并应用量子非门完成变异运算;
[0056] 步骤5-5:在第g代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,并与g代前的最优值Gy比较,若gy<=Gy,则更新Gy为gy,同时更新最优值对应的染色体Gx为gx;
[0057] 步骤5-6:计算在第g代中最优解变化率IG=(Gy(g-1)-Gy(g))/Gy(g-1)*100%,设γ是引入混沌扰动条件,若变化率IG高于γ则进入步骤5-7,否则进入步骤5-8;
[0058] 步骤5-7:对当前全局最优解Gx对应的θxj,j=1:Mq,用chebyshev映射产生混沌变量δxj,在最优解Gx附近扰动,并计算扰动后染色体gx及适应度函数gy,若gy≤Gy,则更新全局最优变量Gy=gy及最优解Gx=gx,否则不变化,进入步骤5-9;
[0059] 步骤5-8:假设扰动次数函数K(g),取Mini=Gy(1:g)的第i个值且i=1:g,并在i=1下,取Mini并与Gy之间用Tent映射产生动态扰动范围,在动态范围内,用chebyshev映射进行混沌扰动,若找到小于Gy的最优解,令其替换Gy,对应的最优解替换Gx;若无小于Gy,则令i=i+1,直至i=K(g)停止,并进入步骤5-9;
[0060] 步骤5-9:令g=g+1,若g
[0061] 本发明各实施例的平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,由于包括:制定协调控制策略,在时域下根据功率型储能的能量状态SOE1(t-1)约束经验模态分解的分配参考功率,使用模糊控制理论以SOE1(t-1)和ΔSOE1(t)制定校正调节系数Kc,分配混合储能的实际输出功率;建立以混合储能成本为目标函数的经济性模型和模型的约束条件;根据建立的经济模型和模型的约束条件,使用带混沌扰动和量子计算遗传算法,优化混合储能系统的配置方案;可以通过改进的遗传算法准确、快速的完成以经济性最优为目的的混合储能系统容量配置;从而可以克服现有技术中协调控制未对功率型储能进行保护,优化过程精度低、计算速度慢和适应度小等缺点,以实现协调控制对功率型储能的保护以及寻优精度高、寻优过程计算速度快和适用范围大的优点。
[0062] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。
[0063] 下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0064] 附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0065] 图1为本发明中平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化算法框架图;
[0066] 图2为本发明中混合储能系统有功功率分配即协调控制策略图;
[0067] 图3为本发明中储能能量状态分区图;
[0068] 图4为本发明中模糊控制隶属度函数图;
[0069] 图5为本发明中储能循环寿命折算流程图
[0070] 图6为本发明中混沌量子遗传算法寻优混合储能容量流程图。

具体实施方式

[0071] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
[0072] 根据本发明实施例,如图1-图6所示,提供了一种平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法,本发明涉及一种混合储能系统的容量配置方法,具体涉及一种平抑间歇式电源功率波动的混合储能协调控制策略及容量配置方法。
[0073] 本发明建立了一种平抑风电有功功率波动的混合储能容量优化方法。混合储能系统包括功率型储能系统和能量型储能系统。本发明共包括3个部分:第一部分是制定协调控制策略,在时域下根据功率型储能的能量状态SOE1(t-1)约束经验模态分解的分配参考功率,并基于功率型储能易产生过充放,不利于使用寿命的特点,使用模糊控制理论以SOE1(t-1)和ΔSOE1(t)制定校正调节系数Kc,分配混合储能的实际输出功率;第二部分是建立优化模型,即建立以混合储能成本为目标函数的经济性模型,并根据混合储能系统的技术性能、平抑风电波动的要求、协调控制策略假设等建立模型约束;第三部是根据经济模型使用带混沌扰动和量子计算遗传算法优化混合储能系统的配置方案。和现有技术相比,本发明提供了一种平抑风电功率的混合储能系统的容量优化配制方法,提供合理、有效的混合储能协调控制算法,并通过改进的遗传算法准确、快速的完成以经济性最优为目的的混合储能系统容量配置方案。
[0074] 本发明的技术方案,建立以储能成本最小为目标,储能性能、协调控制、平抑波动要求等为约束的优化模型;并建立一种在时域分析下,利用模糊控制理论引入校正的混合储能协调控制方法;基于模型和协调控制方式,提出一种混沌扰动的量子计算遗传算法优化模型,得出最佳混合储能配置方案:
[0075] 步骤1:根据风电场典型日的有功功率数据PW(t),采样时间T,共Ntotal个完备信息集下的数据点,以满足风电并网要求为原则,利用滑动平均法获取混合储能平抑风电目标功率PH(t)以及并网功率PG(t);
[0076] 步骤1中储能目标功率PH获取,根据风电有功功率并网要求,设定滑动平均法参数N值,并分离风电功率PW(t),得到PH(t);
[0077] 步骤2:在时域下根据功率型储能的能量状态SOE1(t-1)约束经验模态分解的分配参考功率,模糊控制理论以SOE1(t-1)和ΔSOE1(t)为输入制定模糊规则得到输出校正调节系数Kc,分配混合储能的实际输出功率,完成混合储能协调控制;
[0078] 步骤3:建立混合储能系统的经济性模型为目标函数,同时根据储能技术需求、协调控制约束条件以及平抑波动要求建立约束;混合储能系统为功率型和能量型储能,步骤3中进行混合储能系统的功率分配,即协调控制;
[0079] 步骤3-1:功率型储能SOE1能量状态定义为高电能区、低电能区以及中间区,当SOE1在高电能区时,其具有较大的放电能力,充电能力却很差;在低电能区时,其具有较大的充电能力以及较差的放电能力;在中间区域具有良好的充放电能力;
[0080] 步骤3-2:设功率型储能的额定功率为P1、容量为Q1,采样时间为T,对t时刻以及t时刻前N个时刻的值,进行经验模态分解得到n个本征模函数分量Aj(tr)以及余项B(tr),其中tr表示t、t-1…t-N个时刻;
[0081] 1)PH(t)>0时,取满足Ci(t)<min(Q1*(1-SOE1(t-1),P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
[0082] 2)PH(t)<0时,取满足Ci(t)>max(Q1*SOE1(t-1),-P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
[0083] 3)当PH(t)=0时,Pc1(t)=Pb1(t)=0;
[0084] 步骤3-3:对储能系统的能量状态进行分区,定义储能极高能量区Hi,高能量区HMi,中间区Mi,低能量区LMi,极低能量区Li,假设储能SOEi工作范围是[xil,xiu],额定功率及容量为Pi、Qi,其中i=1、2分别表示功率型储能系统和能量型储能系统;
[0085] 步骤3-4:根据功率型储能在t时刻的能量状态SOE1(t)以及Pc1(t)在采样时间T的估计能量变化量ΔSOE1(t),以防止功率型储能过冲放为首要原则,并考虑降低能量型储能充放电改变次数,建立输入量SOE1(t)、ΔSOE1(t)以及输出量Kc的模糊词集以及隶属度函数,并建立模糊规则表,得到校正系数Kc的模糊词,去模糊化完成校正系数Kc的计算。
[0086] 步骤3-5令功率型储能实际输出功率为Pc(t)=Kc*Pc1(t),则能量型储能实际输出功率:
[0087] 1)PH(t)>0时,Pb(t)=min((1-SOE2(t))*Q2,PH(t)-Pc(t));
[0088] 2)PH(t)<0时,Pb(t)=-min(SOE2(t)*Q2,Pc(t)-PH(t));
[0089] 3)PH(t)=0时,Kc=0;
[0090] 然后根据储能实际输出功率,更新t+1时刻混合储能的能量状态,并进入下一时刻;
[0091] 步骤4:基于步骤1、2、3,利用带有混沌扰动的量子遗传算法优化目标,得到混合储能最佳容量配置方案;建立混合储能典型天(一个周期)的成本,以其成本最低为目标函数;并基于协调控制策略、选型储能的特点以及有功功率波动的平抑要求建立约束,构成配置混合储能系统容量最佳方案的目标模型;
[0092] 步骤4-1:考虑一个典型天内储能系统的成本,即储能成本分为购买成本、回收盈利和运营成本;
[0093] 步骤4-1-1购买成本和回收盈利均与储能额定功率和容量有关,只计算其单位功率和容量下的价差用 表示其中1表示功率型储能、2表示能量型储能、 表示功率单价差以及θ表示容量单价差;
[0094] 步骤4-1-2根据混合储能各自的实际出力情况,利用雨流计数法折算典型天内功率型和能量型储能的折算充放电次数n1和n2;
[0095] 步骤4-1-3运营成本和储能的损耗程度有关,并与储能循环充放电程度有关,典型天内储能的充放电次数除以其各自的循环寿命,则可建立典型天内混合储能成本的经济性模型即目标函数 其中功率型循环寿命N1,能量型N2;
[0096] 步骤4-2:目标函数中包含4个变量即功率型储能功率P1及容量Q1,、能量向储能功率P2及容量Q2;
[0097] 步骤4-2-1定义域约束:考虑变量的物理意义不可能无穷大,故设定其定义域,Pi=[ai,bi]且Qi=[li,ui];
[0098] 步骤4-2-2储能技术约束,考虑功率型储能和能量型储能的额定功率与容量关系,则Qi/Pi≤Ti,其中Ti表示储能在额定功率下最大充放电时间;
[0099] 步骤4-2-3协调控制约束:储能能量分区确保Mi区域的存在,则高能量区下限必须高于低能量区上限,即(1-xiu)*Qi-Pi*T>xil*Qi+Pi*T;
[0100] 步骤 4-2-4 平抑需求约束:考虑混合储能对风电有功功率波动的平抑情况,建立指标1) 风电有功功率相对波动比I1,
2)风电残余最大波动
量I2: 3) 能量型储
能保护率I3:计算在Pc(t)≡0,典型天能量型储能折算后功率型循环充放电次数n3,[0101] 步骤5:优化算法选择较为成熟的遗传算法,为弥补经典遗传算法中种群多样性低、易陷于全局最优解、优化进程慢的缺点。通过引入量子双链编码加快优化进程和提升种群多样性,并利用量子旋转门、非门等操作模拟遗传中的选择、交叉以及变异的过程;并再判断最优解时,引入混沌扰动增加优化算法跳出局部最优解的可能,提高其寻找全局最优的能量;
[0102] 步骤5-1:初始化种群,产生Nq个个体组成的种群,并设置参数,如遗传迭代次数g=1、最大迭代次数maxgen、染色体码长即变量数Mq、转角初值θ0、变异概率Pq,混沌扰动中Logistic方程参数μ等;
[0103] 步骤5-2:在第1代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,令全局最优Gy=gy以及相应的染色体Gx=gx;
[0104] 步骤5-3:对种群中的每一个染色体上的量子位,以Gx量子位为目标,利用量子旋转门更新染色体;
[0105] 步骤5-4:对种群中的染色体上的量子位,以变异概率Pq选择变异的量子位,并应用量子非门完成变异运算;
[0106] 步骤5-5:在第g代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,并与g代前的最优值Gy比较,若gy<=Gy,则更新Gy为gy,同时更新最优值对应的染色体Gx为gx;
[0107] 步骤5-6:计算在第g代中最优解变化率IG=(Gy(g-1)-Gy(g))/Gy(g-1)*100%,设γ是引入混沌扰动条件,若变化率IG高于γ则进入步骤5-7,否则进入步骤5-8;
[0108] 步骤5-7:对当前全局最优解Gx对应的θxj,j=1:Mq,用chebyshev映射产生混沌变量δxj,在最优解Gx附近扰动,并计算扰动后染色体gx及适应度函数gy,若gy≤Gy,则更新全局最优变量Gy=gy及最优解Gx=gx,否则不变化,进入步骤5-9;
[0109] 步骤5-8:假设扰动次数函数K(g),取Mini=Gy(1:g)的第i个值且i=1:g,并在i=1下,取Mini并与Gy之间用Tent映射产生动态扰动范围,在动态范围内,用chebyshev映射进行混沌扰动,若找到小于Gy的最优解,令其替换Gy,对应的最优解替换Gx;若无小于Gy,则令i=i+1,直至i=K(g)停止,并进入步骤5-9;
[0110] 步骤5-9:令g=g+1,若g
[0111] 本发明的技术方案,在考虑混合储能初始成本、回收成本以及运营成本,并考虑其使用寿命影响的基础上,建立混合储能的经济模型将更为准确的分析混合储能的最优容量;在混合储能系统分配时,兼顾储能系统时域信息以及储能能量状态的影响,可以更为实际、可靠地分离混合储能系统的输出功率;在寻优算法上,选择较为成熟的遗传智能算法,并考虑其缺点引入量子信息以及混沌扰动理论将完善寻优过程,得到更加合理可靠的最优混合储能容量配置方案。
[0112] 具体地,为了满足配置储能平抑风电功率经济性和技术性的需要,本发明的技术方案,提供了一种平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化算法,混合储能系统包括功率型储能系统和能量型储能系统,该平抑风电功率波动的混合储能容量配置优化方法包括下述步骤:
[0113] 步骤1:根据风电场典型日的有功功率数据PW(t),采样时间T,共Ntotal个完备信息集下的数据点,利用滑动平均法及风电并网要求,设定滑动平均法参数N值,并分离风电功率PW(t),获取混合储能平抑风电目标功率PH(t)以及并网功率PG(t);
[0114] 步骤2:对得到的混合储能平抑风电目标功率PH(t),进行符合混合储能系统状态的功率分配,即协调控制;
[0115] 步骤2-1:功率型储能SOE1能量状态定义为高电能区、低电能区以及中间区,当SOE1在高电能区时,其具有较大的放电能力,充电能力却很差;在低电能区时,其具有较大的充电能力以及较差的放电能力;在中间区域具有良好的充放电能力;
[0116] 步骤2-2:设功率型储能的额定功率为P1、容量为Q1,采样时间为T,对t时刻以及t时刻前N个时刻的值,进行经验模态分解得到n个本征模函数分量Aj(tr)以及余项B(tr),其中tr表示t、t-1…t-N个时刻;
[0117] 1)PH(t)>0时,取满足Ci(t)<min(Qc*(1-SOE1(t-1),P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
[0118] 2)PH(t)<0时,取满足Ci(t)>max(Q1*SOE1(t-1),-P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
[0119] 3)PH(t)=0时,Pc1(t)=Pb1(t)=0。
[0120] 步骤2-3:储能能量分区,分为储能极高能量区Hi,高能量区HMi,中间区Mi,低能量区LMi,极低能量区Li,假设储能SOEi工作范围是[xil,xiu],额定功率及容量为Pi、Qi,其中i=1,2表示功率型和能量型储能:
[0121]
[0122] 步骤2-4:根据功率型储能在t时刻的能量状态SOE1以及Pc1(t)在采样时间T的能量变化量ΔSOE1,以防止功率型储能过冲放为首要原则,并考虑降低能量型储能充放电改变次数,能量状态SOE1的模糊集论域、词集;估计能量状态改变量ΔSOE1(t)的模糊论域选择词集;校正系数Kc模糊集论域,选择词集。利用以上模糊集建立其隶属度函数并规定校正系数Kc的模糊控制规则,获得校正系数Kc模糊表示,将其去模糊化并计算功率型储能实际输出功率为Pc(t)=Kc*Pc1(t)。然后,计算能量型储能实际输出功率Pb(t):
[0123] 1)PH(t)>0时,Pb(t)=min((1-SOE2(t))*Q2,PH(t)-Pc(t));
[0124] 2)PH(t)<0时,Pb(t)=-min(SOE2(t)*Q2,Pc(t)-PH(t));
[0125] 3)PH(t)=0时,Kc=0;
[0126] 最后,根据储能实际输出功率更新t+1时刻混合储能的能量状态,进入(t+1)时刻的混合系统的功率分配计算。
[0127] 步骤3:建立混合储能典型天(一个周期)的成本,以其成本最低为目标函数;并基于协调控制策略、选型储能的特点以及有功功率波动的平抑要求建立约束,构成配置混合储能系统容量最佳方案的目标模型;
[0128] 步骤3-1:考虑一个典型天内储能系统的成本,即储能成本分为购买成本、回收盈利和运营成本;
[0129] 步骤3-1-1购买成本和回收盈利均与储能额定功率和容量有关,只计算其单位功率和容量下的价差用 表示其中1表示功率型储能、2表示能量型储能、 表示功率单价差额以及θ表示容量单价差额;
[0130] 步骤3-1-2根据混合储能各自的实际出力情况,利用雨流计数法计算典型天内功率型和能量型储能的折算充放电次数n1和n2;
[0131] 步骤3-1-2运营成本和储能的损耗程度有关,并与储能循环充放电程度有关,典型天内储能的充放电次数除以其各自的循环寿命,则可建立储能成本的经济性模型即目标函数 其中功率型循环寿命N1,能量型N2;
[0132] 步骤3-2:目标函数中包含4个变量即功率型储能功率P1及容量Q1,、能量向储能功率P2及容量Q1;
[0133] 步骤3-2-1定义域约束:考虑变量的物理意义不可能无穷大,故设定其定义域,Pi=[ai,bi]且Qi=[li,ui];
[0134] 步骤3-2-2储能技术约束,考虑功率型储能和能量型储能的额定功率与容量关系,则Qi/Pi≤Ti,其中Ti表示储能在额定功率下最大充放电时间;
[0135] 步骤3-2-3协调控制约束:储能能量分区确保Mi区域的存在,则高能量区下限高于低能量区上限,即(1-xiu)*Qi-Pi*T>xil*Qi+Pi*T;
[0136] 步骤 3-2-4 平抑需求约束:考虑混合储能对风电有功功率波动的平抑情况,建立指标1) 风电有功功率相对波动比I1,
2) 风电残余最大波动
量I2: 3) 能量型储
能保护率I3:计算在Pc(t)≡0,典型天能量型储能折算后功率型循环充放电次数n3,[0137] 步骤4:为弥补经典遗传算法中种群多样性低、易陷于全局最优解、优化进程慢的缺点。通过引入量子双链编码加快优化进程和提升种群多样性,并利用量子旋转门、非门等操作模拟遗传中的选择、交叉以及变异的过程;并再判断最优解时,引入混沌扰动增加优化算法跳出局部最优解的可能,提高其寻找全局最优的能量;
[0138] 步骤4-1:初始化种群,产生Nq个个体组成的种群,并设置参数,如遗传迭代次数g=1、最大迭代次数maxgen、染色体码长即变量数Mq、转角初值θ0、变异概率Pq,混沌扰动中Logistic方程参数μ等;
[0139] 步骤4-2:在第1代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,令全局最优Gy=gy以及相应的染色体Gx=gx;
[0140] 步骤4-3:对种群中的每一个染色体上的量子位,以Gx量子位为目标,确定转角θij改变方向和大小,i=1:Nq,j=1:Mq,利用量子旋转门更新染色体,其中θij的转角大小由设置的步长Δθ决定,其方向由Gx以及当前染色体各量子位概率幅值[αx,βx]与[α,β]构成的矩阵 决定。当A≠0时,方向为-sgn(A);当A=0时,方向任意;
[0141] 步骤4-4:对种群中的染色体上的量子位,以变异概率Pq选择变异的量子位,并应用量子非门完成变异运算;
[0142] 步骤4-5:在第g代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,并与g代前的最优值Gy比较,若gy<=Gy,则更新Gy为gy,同时更新最优值对应的染色体Gx为gx;
[0143] 步骤4-6:计算在第g代中最优解变化率IG=(Gy(g-1)-Gy(g))/Gy(g-1)*100%,设γ是引入混沌扰动条件,若变化率IG高于γ则进入步骤4-7,否则进入步骤4-8;
[0144] 步骤4-7:对当前全局最优解Gx对应的θxj,j=1:Mq,用chebyshev映射产生混沌变量δxj,设扰动范围[-Δδxj,Δδxj],则使用θ'xj=θxj*Δ'δxj改变变量参数,并计算扰动后染色体gx及适应度函数gy,若gy≤Gy,则更新全局最优变量Gy=gy及最优解Gx=gx,否则不变化,进入步骤4-9;
[0145] 步骤4-8:假设扰动次数函数K(g),取Mini=Gy(1:g)的第i个值且i=1:g,并在i=1下,取Mini并与Gy之间用Tent映射产生动态扰动范围,用chebyshev映射进行混沌扰动,若找到小于Gy的最优解,令其替换Gy,对应的最优解替换Gx;若无小于Gy,则令i=i+1,直至i=K(g)停止,并进入步骤4-9;
[0146] 步骤4-9:令g=g+1,若g
[0147] 例如,图1示出了本实施例中的所述方法的结构框图,本发明提供了一种平抑风电功率波动的混合储能系统容量配置优化方法,包括下述步骤:
[0148] 步骤1:根据风电场典型日的有功功率数据PW(t),采样时间T,共Ntotal个完备信息集下的数据点,利用滑动平均法及风电并网要求,获取混合储能平抑风电目标功率PH(t)以及并网功率PG(t);
[0149] 步骤2:根据获取混合储能平抑风电目标功率PH(t)建立混合储能系统协调控制策略,即功率分配方法,如图2所示;
[0150] 步骤2-1:设功率型储能的额定功率为P1、容量为Q1,采样时间为T,对t时刻以及t时刻前N个时刻的值,进行经验模态分解得到n个本征模函数分量Aj(tr)以及余项B(tr),其中tr表示t、t-1…t-N个时刻;
[0151] 功率型储能SOE1能量状态定义为高电能区、低电能区以及中间区,当SOE1在高电能区时,其具有较大的放电能力,充电能力却很差;在低电能区时,其具有较大的充电能力以及较差的放电能力;在中间区域具有良好的充放电能力;
[0152] 1)PH(t)>0时,取满足Ci(t)<min(Q1*(1-SOE1(t-1),P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
[0153] 2)PH(t)<0时,取满足Ci(t)>max(Q1*SOE1(t-1),-P1)的最大i值,并令功率型储能功率Pc1(t)=Ci(t),能量型储能功率为Pb1(t)=PH(t)-Pc1(t);
[0154] 3)PH(t)=0时,Pc1(t)=Pb1(t)=0;
[0155] 步骤2-2:细化储能系统的电能分区情况,如图3所示。定义储能极高能量区Hi,高能量区HMi,中间区Mi,低能量区LMi,极低能量区Li,假设储能SOEi工作范围是[xil,xiu],额定功率及容量为Pi、Qi,其中i=1,2表示功率型储能系统和能量型储能系统,那么:
[0156]
[0157] 步骤2-3:根据功率型储能在t时刻的能量状态SOE1(t)以及Pc1(t)在采样时间T的估计能量变化量ΔSOE1(t),以防止功率型储能过冲放为首要原则,并考虑降低能量型储能充放电改变次数。
[0158] 设定能量状态SOE1的模糊集论域为{0,1,2,3,4,5,6,7},选择词集为{VL,L,M,H,VH};估计能量状态改变量ΔSOE1的模糊论域为{-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4},选择词集为{NB,NS,Z,PS,PB};校正系数Kc模糊集论域为{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10},选择词集为{VS,S,MS,M,MB,B,VB}。利用以上模糊集建立校正系数Kc的模糊控制规则,如表2所示。例如:
[0159] 1)当功率型储能在极低能量状态下(VL),若估计能量变化量为负值且很大(NB)时,应该使Kc很小(VS),减小功率型储能放电量,交予能量型储能出力;
[0160] 2)当功率型储能在极低能量状态(VL)下,若估计能量变化量为正值值且很大(PB)时应该使校正系数很大(VB),增加功率型储能能量状态并降低能量型储能出力;
[0161] 其他状态类似,具体情况由表2给出。
[0162] 表2校正系数Kc模糊规则表
[0163]
[0164] 根据表2得到校正系数Kc模糊表示,将其去模糊化并计算功率型储能实际输出功率为Pc(t)=Kc*Pc1(t)。然后,计算能量型储能实际输出功率Pb(t):
[0165] 1)PH(t)>0时,Pb(t)=min((1-SOE2(t))*Q2,PH(t)-Pc(t));
[0166] 2)PH(t)<0时,Pb(t)=-min(SOE2(t)*Q2,Pc(t)-PH(t));
[0167] 3)PH(t)=0时,Kc=0;
[0168] 最后,根据储能实际输出功率更新t+1时刻混合储能的能量状态,进入(t+1)时刻的混合系统的功率分配计算。
[0169] 步骤3:建立混合储能典型天(一个周期)的成本,以其成本最低为目标函数;并基于协调控制策略、选型储能的特点以及有功功率波动的平抑要求建立约束,构成配置混合储能系统容量最佳方案的目标模型;
[0170] 步骤3-1:考虑一个典型天内储能系统的成本,即储能成本分为购买成本、回收盈利和运营成本;
[0171] 步骤3-1-1购买成本和回收盈利均与储能额定功率和容量有关,只计算其单位功率和容量下的价差用 表示其中1表示功率型储能、2表示能量型储能、表示功率单价以及θ表示容量单价;
[0172] 步骤3-1-2运营成本和储能的损耗程度有关,并与储能循环充放电程度有关,典型天内储能的充放电次数除以其各自的循环寿命,则可建立储能成本的经济性模型即目标函数 其中功率型循环寿命N1、能量型N2,典型天功率型储能折算后功率型循环充放电次数n1、能量型n2;
[0173] 步骤3-1-2如图5所示,以功率型储能为例,使用雨流计数法计算折算充放电次数n1,根据功率型储能实际输出功率Pc(t)以及其初始能量状态SOE10计算得到功率型储能的SOE1(t)变化曲线,利用雨流计数法分析并计数一个典型天内功率型储能以幅值νi充放电一个周期的次数λi,共存在循环Ω个,则Ω=Σλi计算其折算满份额充放电次数n1=Σλi(νi/1),能量型储能类似处理计算n2。
[0174] 步骤3-2:目标函数中包含4个变量即功率型储能功率P1及容量Q1,、能量向储能功率P2及容量Q1;
[0175] 步骤3-2-1定义域约束:考虑变量的物理意义不可能无穷大,故设定其定义域,Pi=[ai,bi]且Qi=[li,ui];
[0176] 步骤3-2-2储能技术约束,考虑功率型储能和能量型储能的额定功率与容量关系,则Qi/Pi≤Ti,其中Ti表示储能在额定功率下最大充放电时间;
[0177] 步骤3-2-3协调控制约束:储能能量分区确保Mi区域的存在,则高能量区下限高于低能量区上限,即(1-xiu)*Qi-Pi*T>xil*Qi+Pi*T;
[0178] 步骤 3-2-4 平抑需求约束:考虑混合储能对风电有功功率波动的平抑情况,建立指标1) 风电有功功率相对波动比I1,
2)风电残余最大波动
量I2: 3) 能量型储
能保护率I3:计算在Pc(t)≡0,典型天能量型储能折算后功率型循环充放电次数n3,[0179] 步骤4:为弥补经典遗传算法中种群多样性低、易陷于全局最优解、优化进程慢的缺点。通过引入量子双链编码加快优化进程和提升种群多样性,并利用量子旋转门、非门等操作模拟遗传中的选择、交叉以及变异的过程;并再判断最优解时,引入混沌扰动增加优化算法跳出局部最优解的可能,提高其寻找全局最优的能量。混沌扰动的量子遗传算法流程如图6所示;
[0180] 步骤4-1:初始化种群,产生Nq个个体组成的种群,并设置参数,如遗传迭代次数g=1、最大迭代次数maxgen、染色体码长即变量数Mq、转角初值θ0、变异概率Pq,混沌扰动中Logistic方程参数μ等;
[0181] 步骤4-2:在第1代中,将优化目标中变量组成向量,映射到I4即单位长度的解空间上,然后在解空间将其表示成双链的量子编码构成染色体,其中1~4表示4个变量即功率型和能量型储能的额定功率和容量,i=1,2…,Nq,每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,对适应度函数值进行排序,记录当代最优值gy与最优个体gx,令全局最优Gy=gy以及相应的染色体Gx=gx;
[0182] 步骤4-3:对种群中的每一个染色体上的量子位 其中 表示第g代中第i个个体中第j位的量子位,以Gx量子位为目标,确定转角θgij改变方向和大小,i=1:Nq,j=1:Mq,利用量子旋转门更新染色体,其中θgij的转角大小由设置的步长Δθ决定,其方向由Gx以及当前染色体各量子位概率幅值[αx,βx]与[α,β]构成的矩阵决定。当A≠0时,方向为-sgn(A);当A=0时,方向任意;
[0183] 步骤4-4:对种群中的染色体上的量子位,以变异概率Pq选择变异的量子位,并应用量子非门完成变异运算;
[0184] 步骤4-5:在第g代中,将每条染色体的基因型变换成表现型,并计算其适应度函数即目标函数,记录当代最优值gy与最优个体gx,并与g代前的最优值Gy比较,若gy<=Gy,则更新Gy为gy,同时更新最优值对应的染色体Gx为gx;
[0185] 步骤4-6:计算在第g代中最优解变化率IG=(Gy(g-1)-Gy(g))/Gy(g-1)*100%,设γ是引入混沌扰动条件,若变化率IG高于γ则进入步骤4-7,否则进入步骤4-8;
[0186] 步骤4-7:对当前全局最优解Gx对应的θxj,j=1:Mq,用chebyshev映射产生混沌变量δxj,设扰动范围[-Δδxj,Δδxj],则使用θ'xj=θxj*Δ'δxj改变变量参数,并计算扰动后染色体gx及适应度函数gy,若gy≤Gy,则更新全局最优变量Gy=gy及最优解Gx=gx,否则不变化,进入步骤4-9;
[0187] 步骤4-8:假设扰动次数函数K(g),取Mini=Gy(1:g)的第i个值且i=1:g,并在i=1下,取Mini并与Gy之间用Tent映射产生动态扰动范围,用chebyshev映射进行混沌扰动,若找到小于Gy的最优解,令其替换Gy,对应的最优解替换Gx;若无小于Gy,则令i=i+1,直至i=K(g)停止,并进入步骤4-9;
[0188] 步骤4-9:令g=g+1,若g
[0189] 与最接近的现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0190] ⑴本发明技术方案中,使用基于功率型储能能量状态调控的经验模态分解以及根据能量状态得到混合储能系统初步功率分配情况,该方式体现了时域下能量状态对储能出力的约束,以及充分考虑保护能量型储能,优先功率型储能充放电的原则;
[0191] ⑵在前一级混合储能系统功率分配下,根据储能能量状态和能量状态的改变量,利用模糊理论得到混合储能功率分配后一级的校正系数Kc,同时也减小了功率型储能过充放的可能性,得到混合储能系统的实际输出功率;
[0192] ⑶本发明技术方案中,考虑了储能在一个典型日下的成本,考虑前期投资、回收以及运营成本,并初步考虑储能循环寿命对成本的影响,建立一个典型日(或者一个周期)下的成本最低的优化模型;
[0193] ⑷本发明技术方案中,在以经济型为优化对象的前提下,考虑储能特点约束、协调控制约束以及平抑要求约束,并建立相应的指标表征其约束范围与能力;
[0194] ⑸本发明技术方案中,考虑模型约束导致可行解的不连贯性,利用混沌扰动增加搜索能力,改善经典遗传算法以陷于局部最优的情况,增强算法寻找全局最优解的能力;
[0195] ⑹本发明方案中,将量子信息引入遗传算法中,利用量子编码方式提高了储能变量个体在种群中的多样性,并建立双链染色体以及解空间变换,减小了遗传算法中频繁编解码过程,并增加遗传算法的搜索速度。
[0196] 最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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