[發明專利]一種遺傳算法下的多向量清潔能源系統及其優化方法

在審

• 申請號: 202110732285.8
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113346549A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 陳湘萍
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28;H02J15/00;C25B9/65;C25B1/04;G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06N3/12
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 張行超

1.一種遺傳算法下的多向量清潔能源系統，它包括風力發電機(1)；其特征在于：風力發電機(1)的電力輸出端通過整流器(2)與DC總線(3)相接；DC總線(3)分別通過DC-DC轉換器(5)和第一逆變器(6)接入電解水槽(8)和電網(7)中；在電解水槽(8)的正負極電解反應處通過連管分別與儲氧罐(9)和儲氫罐(10)相連通；儲氧罐(9)和儲氫罐(10)均與燃料電池(12)相連接；燃料電池(12)通過第二逆變器(7)與電網(7)相連接；電網(7)與家庭用電系統(11)相連；所述整流器(2)、DC-DC轉換器(5)、第一逆變器(6)和第二逆變器(12)均與中心優化控制器(4)電連接。

2.根據權利要求1所述的一種遺傳算法下的多向量清潔能源系統的優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、根據實測數據并結合式1或式2計算出風力發電機(1)的輸出功率記為p_wind；

其中，P_r，v_{cut_in}，v_{cut_out}，v_r和v分別代表風力發電機(1)的額定功率，輸入風速，輸出風速，額定風速和渦輪機葉片風速；ρ，A和v分別表示當地空氣密度，作用在風力發電機(1)上葉片的等效面積和平均風速。

S2、根據式3計算出電解水槽(8)的電能消耗功率，并將電能消耗功率記為p_e；

其中；η_we，U_n分別表示氫氣流量(升/小時)，氧氣流量(升/小時)，電解水槽(8)的轉化效率和電壓。

S3、計算出燃料電池(12)的實際輸出功率并記為p_fc，

S4、引入ESOC_S來評估儲氧罐(9)和儲氫罐(10)中剩余的氫氣和氧氣的水平，通過式4計算出ESOC_S；

其中，V_H和V_O分別為氫氣罐和氧氣罐的等效體積狀態，ESOC_H和ESOC_O分別為氫氣罐和氧氣罐的水平，其可通過式5和式6求得：

P_h，P_o和分別為氫氣罐的當前壓力、氫氣罐的滿載壓力、氧氣罐的當前壓力和氧氣罐的滿載壓力；

S5、通過式7建立設置GA目標函數，并定義該目標函數的約束條件式7a、式7b、式7c、式7d：

p_dir(k)+p_fc(k)＝p_load(k) (7b)

0.2≤ESOC_S(k)≤0.9 (7c)

0≤p_grid(k)≤p_wind(k) (7d)

其中，p_grid(k)為輸出到電網上的電功率；p_load(k)為家庭用電系統(11)的負載功率，p_dir(k)為風力發電所產生的電量用于滿足家庭用電系統(11)的需求功率；

S6、為了求取p_grid(k)，進一步通過式8建立SSM適應度函數，同時定義該適應度函數的約束條件式9、式10、式11；

x₁(k)＝x₁(k-1)+ξ₁·x₂(k)+φ₁ (8)

x₂(k)＝y(k)＝p_dir(k) (9)

p_dir(k)+p_fc(k)＝p_loc (10)

其中，x₁(k)和x₂(k)為定義的狀態變量，x₁(k)＝ESOC_S，y(k)為定義的輸出變量；

ξ₁為經驗系數，φ₁為建立狀態空間時的松弛變量；

定義狀態變量x₁(k)和x₂(k)；并定義輸出變量y(k)；k＝1～24；令k＝1，且并對x₁(0)賦值，使x₁(0)等于0.2至0.9區間上的任意一個數；并對步驟S1至步驟S4中獲得的與時間相關的參數：p_wind、p_e和ESOC_S進行種群初始化處理以得到候選解；

S7、通過SSM適應度函數對獲得的候選解進行適應性評估，判斷其是否符合SSM函數的停止標準，若符合停止標準，則進入步驟S8；若不符合則使用交叉和突變的方法處理上述候選解由SSM適應度函數進行迭代計算，生成新一代的候選解，并重復本步驟；

S8、符合停止標準，則將該候選解作為最終解；根據最優解獲得GA目標函數中p_grid(k)，并取得所對應的p_wind、p_e和ESOC_S指標參數，再由中心優化控制器(4)根據p_wind、p_e和ESOC_S的指標參數向風力發電機(1)、電解水槽(8)及儲氧罐(9)和儲氫罐(10)發送控制指令以調整各裝置的工作狀態。