多能聯(lián)供型綜合能源優(yōu)化研究

康智韜 李世博 周虎

摘要：為減少單一用電、耗氣成本，提高能源利用效率，建立滿足電熱冷負荷的綜合能源系統(tǒng)。針對傳統(tǒng)粒子群算法容易陷入局部最優(yōu)的問題，將慣性權(quán)重進行改進，并對建立的綜合能源系統(tǒng)求解，分析表明改進后的粒子群算法具有更好的尋優(yōu)能力，采用綜合能源系統(tǒng)能有效減少綜合用能成本。

關(guān)鍵詞：綜合能源;粒子群算法;節(jié)能;尋優(yōu)

Abstract：Single to reduce electricity and gas consumption， improve the efficiency of energy utilization， set up the comprehensive energy system meet the cooling load，heat load and electrical load.In order to solve the problem of the traditional particle swarm optimization algorithm easy to fall into local optimum， the inertia weight in particle swarm optimization algorithm was improved， It is used to solve the establish integrated energy system. The results show that the improved particle swarm algorithm has better optimization ability， using the integrated energy system can effectively reduce comprehensive energy costs.

Keyword：integrated energy system;particle swarm optimization; energy conservation; optimizing.

1引言

當(dāng)前，我國正處于能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，企業(yè)能源利用率低，用能成本高等問題十分突出[1]。在我國，制造業(yè)占能源消費比重較高，能源成本消耗量僅次于人工成本。傳統(tǒng)的能源供應(yīng)子系統(tǒng)相對獨立，醫(yī)院、熱力公司等煤炭銷售商各自為戰(zhàn)，促使總體規(guī)劃建設(shè)運營等缺少協(xié)調(diào)以及優(yōu)化。目前采取綜合能源的方式能有效縮短能源連、減少用能成本[2]。

部分專家學(xué)者吸取對微電網(wǎng)的控制理論以及調(diào)度理論，開展綜合煤炭子系統(tǒng)的運行優(yōu)化研究[3]。但通常研究的對象還是以傳統(tǒng)能源設(shè)備為主要節(jié)能手段，或者在電力系統(tǒng)中加入風(fēng)、光等可再生能源，沒有對以新能源與可再生能源為主的供能系統(tǒng)進行過多研究[4]。因此，針對以綜合能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，并采用改進后的粒子群算法，進而得到系統(tǒng)經(jīng)濟性最優(yōu)情況下的用能策略[5]。

2綜合能源系統(tǒng)建模

綜合能源系統(tǒng)由光伏機組、風(fēng)能機組、內(nèi)燃機、燃氣鍋爐、燃氣輪機、電制冷及、吸收式制冷機、熱交換器構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示[6]。

3粒子群的簡介

粒子群優(yōu)化算法屬于計算機智能控制領(lǐng)域，是一種群體優(yōu)化智能的優(yōu)化算法，該算法的研究來源于對鳥類捕食問題探討。其基礎(chǔ)思想：一群鳥在已知的區(qū)域里隨機搜索可能的食物，并且這塊區(qū)域有且只有一塊食物;食物在哪是未知的;但是鳥類能感受到離食物還有多遠。那么尋找到食物的最優(yōu)策略便是如下所示[9]：

1.找到哪個區(qū)域離食物最近。

2.依據(jù)鳥類飛行的經(jīng)驗判斷食物的位置所在。

粒子群算法先初始化一群粒子在可行解空間中，每個粒子所處位置都有可能是最優(yōu)解，該粒子特征用位置、速度和適應(yīng)度值來表示。通過對Pbest和Gbest更新迭代后的個體位置，其中Pbest是指個體適應(yīng)度值最優(yōu)位置，Gbest是指種群中的適應(yīng)度最優(yōu)位置。粒子每完成一次迭代，就計算一次適應(yīng)度函數(shù)，并且更新最優(yōu)個體極值和最優(yōu)群體極值位置。

4算例分析

4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文案例在文獻[8]基礎(chǔ)上進行改進，實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度分析。以24h為調(diào)度周期，單位調(diào)度時長為1h，峰時電價為0.5583元每度電，谷時電價為0.3583元每度電，以0.3780元每度電賣給電網(wǎng)。天燃氣的單價為0.1750元每平方。在未進行綜合能源系統(tǒng)之前，電負荷全部由電網(wǎng)配電提供，冷負荷由電制冷機提供，熱負荷由天燃氣經(jīng)過熱轉(zhuǎn)換器提供。某區(qū)域一天的預(yù)測負荷如下圖所示：

光伏機組和風(fēng)能機組產(chǎn)生的電量先賣給電網(wǎng)，再將電量輸送給電負荷。其發(fā)電產(chǎn)生的功率如下圖所示：

4.2仿真結(jié)果

為減少誤差將粒子的最大種群數(shù)調(diào)整為300，最大迭代次數(shù)為800。將改進后的粒子群算法進行多次仿真，并與未改進的粒子群算法進行比較其迭代收斂曲線如下圖所示：

通過matlab仿真計算得出系統(tǒng)優(yōu)化前的成本為7536元一天，優(yōu)化后的成本為3696元一天。其余各機組出力情況如下圖所示：

5結(jié)論

建立綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型，通過改進后的粒子群算法經(jīng)過仿真后計算出以綜合能源系統(tǒng)的用能成本比單一用電用氣成本更低，運算更穩(wěn)定。為之后的綜合能源系統(tǒng)運行和規(guī)劃提供了基礎(chǔ)。

參考文獻

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基金項目

教育部學(xué)校綠色發(fā)展研究基金項目（LSFZ1601）

作者簡介

康智韜，男，研究生。Tel：18816236771，E-mail：609669577@qq.com。