[發明專利]一種基于遺傳算法的分段式綜合能源系統運行優化方法

有效

• 申請號: 201910921498.8
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110766204B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 張筱辰;楊志宏;楊冬梅;陳永華;杜煒;劉剛;傅金洲;何國鑫;陳卉
• 申請（專利權）人: 國電南瑞科技股份有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06;G06N3/12;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種基于遺傳算法的分段式綜合能源系統運行優化方法,其特征在于：

步驟1：根據“低谷-高峰-平段-高峰-平段”的分段電價，將24小時分為時段一、時段二、時段三、時段四、時段五的五個時段，時段一從時刻1到時刻T₁，時段二從時刻T₁+1到時刻T₂，時段三從時刻T₂+1到時刻T₃，時段四從時刻T₃+1到時刻T₄，時段五從時刻T₄+1到時刻24；

步驟2：構建包含五個時段的運行優化目標函數f₁，如下：

其中，c_gas表示燃氣價格,c_i表示時段i從電網的購電價格，P_i,gas表示時段i冷熱電聯產系統的發電功率，P_i,net表示時段i從電網的購電量；

步驟3：構建包含五個時段的約束條件，包括：

(3-1)綜合能源系統中，電功率平衡約束如下：

Aeq₁＝P_i,gas+P_i,net+P_i,pv+P_i,cd-P_i,eth-P_i,etc-eLoad_i

其中，Aeq₁＝0時滿足電功率平衡約束，P_i,pv表示時段i光伏的發電功率，P_i,cd表示時段i儲電設備的功率，P_i,eth表示時段i電制熱設備的功率，P_i,etc表示時段i電制冷設備的功率，eLoad_i表示時段i的電力負荷的總需求；

(3-2)綜合能源系統中，熱功率約束如下：

A₁＝hLoad_i-ε₁·P_i,gas-η₁·P_i,eth-P_i,cr

其中，A₁0時滿足熱功率約束，hLoad_i表示時段i的熱負荷的總需求，ε₁表示冷熱電聯產系統的熱電比例系數，η₁表示電制熱設備的轉換效率，P_i,cr表示時段i儲熱設備的功率；

(3-3)綜合能源系統中，冷功率約束如下：

A₂＝cLoad_i-ε₂·P_i,gas-η₂·P_i,etc-P_i,cl

其中，A₂0時滿足冷功率約束，cLoad_i表示時段i的冷負荷的總需求，ε₂表示冷熱電聯產系統的冷電比例系數，η₂表示電制冷設備的轉換效率，P_i,cl表示時段i儲冷設備的功率；

(3-4)綜合能源系統中，充放電約束如下：

其中，Aeq₂＝0時滿足充放電約束；

(3-5)綜合能源系統中，充放熱約束如下：

其中，Aeq₃＝0時滿足充放熱約束；

(3-6)綜合能源系統中，充放冷約束如下：

其中，Aeq₄＝0時滿足充放冷約束；

(3-7)綜合能源系統中，儲電容量約束如下：

其中，i＝1,2,…,5；A₃0且A₄0時滿足儲電容量約束；表示前i個時段的儲電設備功率累加值；W_d表示電池的額定容量；

(3-8)綜合能源系統中，儲熱容量約束如下：

其中，i＝1,2,…,5；A₅0且A₆0時滿足儲電容量約束；表示前i個時段的儲熱設備功率累加值；W_r表示儲熱設備的額定容量；

(3-9)綜合能源系統中，儲冷容量約束如下：

其中，i＝1,2,…,5；A₇0且A₈0時滿足儲電容量約束；表示前i個時段的儲冷設備功率累加值；W_l表示儲冷設備的額定容量；

步驟4：構造待優化變量矩陣，具體表示為：Matrix1＝[P_i,gas,P_i,net,P_i,pv,P_i,cd,P_i,eth,P_i,etc,P_i,cr,P_i,cl],i＝1,2,…,5；Matrix1為一個1×40的矩陣；

步驟5：將步驟2的目標函數與步驟3的約束條件構造遺傳算法的適應度函數f₂，公式如下：

步驟6：采用二進制編碼法將Matrix1中每一個變量用N個二進制碼表示，則可以將Matrix1轉換為一個包含40×N個二進制碼的矩陣Matrix2，隨機構造M個二進制碼的矩陣Matrix2，進而得到初始化的遺傳算法種群Matrix3，Matrix3為一個M行，40×N列的二進制碼的矩陣；

步驟7：通過遺傳算法的選擇操作、交叉操作、變異操作對遺傳算法種群Matrix3進行進化，經過num1次迭代，最后得到使適應度函數f₂最大的二進制碼的矩陣Matrix2_best，相應的，可得最優優化變量矩陣Matrix1_best＝[P_i,gas,best,P_i,net,best,P_i,pv,best,P_i,cd,best,P_i,eth,best,P_i,etc,best,P_i,cr,best,P_i,cl,best],i＝1,2,…,5；

步驟8：對時段一進行細化尋優，具體包括：

(8-1)構建時段一的運行優化目標函數f₃，如下：

其中，c_ki表示時刻k₁從電網的購電價格，P_k1,gas表示時刻k₁冷熱電聯產系統的發電功率，P_k1,net表示時刻k₁從電網的購電量；

(8-2)構建包含時段一的約束條件，包括：

(8-2-1)電功率平衡約束如下：

其中，Aeq₁₁＝0時滿足電功率平衡約束，P_k1,pv表示時刻k₁光伏的發電功率，P_k1,cd表示時刻k₁儲電設備的功率，P_k1,eth表示時刻k₁電制熱設備的功率，P_k1,etc表示時刻k₁電制冷設備的功率，eLoad_k1表示時刻k₁的電力負荷的總需求；

(8-2-2)熱功率約束如下：

其中，A₁₁0時滿足熱功率約束，hLoad_k1表示時刻k₁的熱負荷的總需求，ε₁表示冷熱電聯產系統的熱電比例系數，η₁表示電制熱設備的轉換效率，P_k1,cr表示時刻k₁儲熱設備的功率；

(8-2-3)冷功率約束如下：

其中，A₁₂0時滿足冷功率約束，cLoad_k1表示時刻k₁的冷負荷的總需求，ε₂表示冷熱電聯產系統的冷電比例系數，η₂表示電制冷設備的轉換效率，P_k1,cl表示時刻k₁儲冷設備的功率；

(8-2-4)設備出力功率約束如下：

其中，Aeq₁₂、Aeq₁₃、Aeq₁₄、Aeq₁₅、Aeq₁₆、Aeq₁₇、Aeq₁₈、Aeq₁₉均等于0時，滿足設備出力功率約束；

(8-2-5)儲電容量約束如下：

其中，A₁₃0且A₁₄0時滿足儲電容量約束；表示前k₁個時段的儲電設備功率累加值；W_d表示電池的額定容量；

(8-2-6)儲熱容量約束如下：

其中，A₁₅0且A₁₆0時滿足儲電容量約束；表示前k₁個時段的儲熱設備功率累加值；W_r表示儲熱設備的額定容量；

(8-2-7)儲冷容量約束如下：

其中，A₁₇0且A₁₈0時滿足儲電容量約束；表示前k₁個時段的儲冷設備功率累加值；W_l表示儲冷設備的額定容量；

(8-3)構造時段一的待優化變量矩陣，具體表示為：Matrix4＝[P_k1,gas,P_k1,net,P_k1,pv,P_k1,cd,P_k1,eth,P_k1,etc,P_k1,cr,P_k1,cl],k₁＝1,2,…,T₁；Matrix4共包含8×T₁個變量；

(8-4)將步驟(8-1)的目標函數與步驟(8-2)的約束條件構造遺傳算法的適應度函數f₄，公式如下：

g₁＝Aeq₁₁+Aeq₁₂+Aeq₁₃+Aeq₁₄+Aeq₁₅+Aeq₁₆+Aeq₁₇+Aeq₁₈+Aeq₁₉

g₂＝A₁₁+A₁₂+A₁₃+A₁₄+A₁₅+A₁₆+A₁₇+A₁₈

(8-5)：采用二進制編碼法將Matrix4中每一個變量用N₁個二進制碼表示，則可以將Matrix4轉換為一個包含8×T₁×N₁個二進制碼的矩陣Matrix5，隨機構造M₁個二進制碼的矩陣Matrix5，進而得到初始化的遺傳算法種群Matrix6，Matrix6為一個M₁行，8×T₁×N₁列的二進制碼的矩陣；

(8-6)：通過遺傳算法的選擇操作、交叉操作、變異操作對遺傳算法種群Matrix6進行進化，經過num2次迭代，最后得到使適應度函數f₄最大的二進制碼的矩陣Matrix5_best，相應的，可得時段一的最優優化變量矩陣Matrix4 _best＝[P_k1,gas,best,P_k1,net,best,P_k1,pv,best,P_k1,cd,best,P_k1,eth,best,P_k1,etc,best,P_k1,cr,best,P_k1,cl,best],k₁＝1,2,…,T₁；

步驟9：參照步驟8，依次對時段二、時段三、時段四、時段五進行細化尋優，分別得到時段二、時段三、時段四、時段五的最優優化變量矩陣；

步驟10：時段一、時段二、時段三、時段四、時段五的最優優化變量矩陣即為綜合能源系統的運行優化結果。