[發明專利]基于自適應懲罰函數粒子群算法的光儲逆變器能量調度

在審

• 申請號: 202111501859.7
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114336597A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王輝;杜蘇;陳希達
• 申請（專利權）人: 杜蘇;中南大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/32;H02J3/46;G06N3/00;G06Q10/06;G06Q50/06
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本發明提供一種基于自適應懲罰函數粒子群算法的光儲逆變器能量調度方法。為了減少用戶日電力開支，本發明針對戶用式光伏儲能逆變器系統的能量調度問題展開研究。懲罰函數與優化算法相結合的方法是解決相關問題的常用手段，但傳統懲罰函數存在懲罰因子難以確定的缺陷，因此本發明提出了一種自適應懲罰函數法。該方法能在優化算法的每一次迭代過程中根據所尋方案超出約束范圍的大小自動調整懲罰因子，最后搜索出用戶電力開支較小時的系統各部分出力數據。通過對比分析，本發明所提算法有效減少了用戶的電力開支。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，更具體地，涉及一種基于自適應懲罰函數粒子群算法的光儲逆變器能量調度。

背景技術

近年來社會工業化得到了迅猛發展，人類對能源的需求和消耗也隨之大大增加。傳統能源的大規模利用雖然促進了社會經濟和文明的進步，但也給生態環境帶來了不可逆轉的壓力。相對地，可再生能源的環境友好性使得現今社會對它的開發熱情逐步高漲。其中，太陽能是人類可以利用的最豐富的能源，它清潔無害、無需運輸，而且具有普遍性。因此利用太陽能發電成為了現今社會解決能源問題的最有效手段之一。

作為光伏實用化的一類重要探索，戶用式光伏儲能逆變器擁有了日漸龐大的市場。然而，要實現光儲逆變器系統穩定高效的運行，必須對其進行能量管理，即在預測光伏出力及電力負荷需求的基礎上，通過合理安排系統中儲能裝置的充放電策略、電網的出力來協調各單元之間的能量分配，最終在滿足自身供需平衡等前提下，使系統的各部分能量得到充分利用。

對光儲逆變器系統進行能量調度本質上是一個多約束優化問題，通常是先通過傳統懲罰函數將多約束問題轉化為無約束問題，然后再采用尋優算法進行搜索。

傳統懲罰函數解決問題的關鍵就是懲罰因子的選擇，然而現在并沒有固定的方法確定懲罰因子的大小。在實際工程應用上，一般按照經驗選取一個常數作為懲罰因子，由于無法確定合適的懲罰力度，最終都難以求得較優解。目前相關研究已得出一些改進方法，比如靜態懲罰函數法、動態懲罰函數法和退火懲罰函數法等，但這些方法均具有參數過多、計算強度過高等問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

基于上述背景技術提及的缺陷，本發明設計了一種自適應懲罰函數方法，再以粒子群算法為搜索引擎，對戶用式光儲逆變器系統進行了能量調度，合理的對系統內各部分的能量流動進行控制，減少了用戶的日電力開支。

(二)技術方案

本發明公開了一種基于自適應懲罰函數粒子群算法的光儲逆變器能量調度，該方法包括以下步驟：

步驟1：搭建戶用式光伏儲能逆變器的拓撲結構；

步驟2：對光儲逆變器系統的能量調度問題進行數學模型的建立。優化問題的數學模型包含目標函數和約束條件兩個部分。本發明中目標函數代表用戶的日電力開支，約束條件代表系統必須要滿足的限制條件，優化目標就是要求解該數學模型的最小值即用戶日電力開支的最小值；

步驟3：構建在優化算法的每一次迭代中懲罰因子自動更新的表達式即自適應懲罰函數表達式；

步驟4：根據步驟3得到的自適應懲罰函數表達式調整優化算法每一次迭代中新的目標函數表達式，再利用粒子群優化算法進行尋優。

進一步的，所述的步驟1中的戶用式光伏儲能逆變器的拓撲結構如下：

光伏發電單元和蓄電池儲能單元分別經過前級升壓直流變換器模塊和諧振變換器模塊連接至逆變器的輸入，蓄電池既可以從其它部分接收能量進行充電，也可以放電再逆變后向負載供能。逆變器的輸出連接至電網與家庭負載端。此逆變器系統的負載供電模式有三種，分別是：逆變器單獨供電模式、電網單獨供電模式、逆變器和電網共同供電模式。

進一步的，所述的步驟2中得到的目標函數計算方式如下：