能源互聯網多目標協調優化配置平臺設計

郝娜娜，李 飛，夏遠德，張雁楠，謝君鵬

國網新疆電力有限公司喀什供電公司，新疆 喀什 844000

0 引言

隨著國民經濟水平的不斷提高，在可持續發展理念的社會規劃下，需要對現有能源結構加以協調優化。能源的優化配置主要目的是保持各種自然資源和人民需求的相對平衡狀態，能夠將各種能源在時間和空間結構上實現合理分配。自然能源分為可再生和不可再生兩大類型，目前煤炭、石油等不可再生能源仍然占據主導地位，導致生態系統和生物環境遭到嚴重破壞。為了減少對生態環境的破壞，改變不可再生能源的利用占比，在國家“十二五”改革的引導下，風電、光伏等間歇性可再生能源越來越多地被用于人們的生產、生活中[1]。國外許多發達國家（如美國和日本）已經完成了可再生能源的結構轉變，而國內由于礦產資源的豐富性以及生產技術的局限性，導致生產結構的轉變起步較晚，目前仍處于兩種能源相互轉換的狀態，但為了加速可再生能源的生產投入規模，許多能源沒有一個良好的優化配置平臺，在轉換過程中出現了許多問題，常規的調配方式已經難以滿足需要，如何保障可再生能源的有效控制和生產的快速性，成為當前急需解決的難題。為此，文章依據互聯網技術的優勢，設計了一種多目標能源協調優化配置平臺，兼顧各種能源之間的公平，以提升經濟效益。

1 能源互聯網多目標協調優化配置平臺硬件設計

該平臺硬件由能源傳導器、能源轉換器和能源儲存器構成，為了將不同區域內的能源進行統一規劃配置，需要在儲存方式上加以改變。不同形式的能源具有相互轉化的作用，因此需要利用耦合機制在能源特征描述上加以設定，不同特征的能源經過高壓電阻時會產生不同的電流，以此控制能源的轉換。耦合轉換電路如圖1所示。

圖1 耦合轉換電路

在該電路設定下，能源轉換器的容量配置得以提升，在18～26 V的電壓下，促進不同能源的相互轉化，通過耦合電阻的作用，將相互作用的能源在轉化時能夠平穩進行，不產生多余的能源輸出，使能源儲備過程中的效率和狀態達到平衡。

2 能源互聯網多目標協調優化配置平臺系統軟件設計

2.1 設定優化目標確定配置公平系數

在能源多目標協調優化范疇內，各類能源的延展配置涉及電氣和冷熱等一系列規劃。在互聯網技術的支持下，對選定的目標進行權重比計算，根據模糊算法對目標集進行二元結構比對，每個子目標中含有相對應的序列度，其目標排序序列度采用國際標準iuol設定，根據目標對應序列度值的不同，由此判斷目標集U的重要性排序。在確定好目標集的排序后，根據模糊算法的序列度對應關系，對每個目標進行重要性對比，比較相鄰兩個目標在相同序列度中的模糊值。當模糊值增加時，該優化目標的公平系數會逐漸減少，反之增加，在確定好配置的公平系數后，根據該系數建立多目標配置模型，求取能源優化參數。

2.2 建立多目標配置模型求取優化參數

根據確定好的多個目標建立所需的配置模型，在建立之前需要對涉及的各個維度能源分配問題和儲備問題進行關聯求解，得出目標的優化參數。在此基礎上，將待解決的復雜問題分成若干個子目標，利用配置公平系數將相對應的目標聯合起來，通過多方面協調得到最優配置平臺，將模型分為兩個模塊。

（1）第一部分根據現存自然環境和經濟狀態將能源系統分為遞進式多目標結構，在此階段對子系統的預分值進行目標函數設定，考慮能源負荷的轉移和增減效果，具體過程如下：

式中：azy為能量需求的耦合響應因子，表示在不同需求下產生的第y次形式的輸出，在不同形式輸出下會集合成對應的響應矩陣D。

（2）在合成矩陣中進行第二部分設定，用動態流動規劃求得該矩陣中各個子目標的最優解，其計算公式為

在總體目標達到最優時，若子目標沒有達到最優，則表示該參數不符合配置設定，需要進行第一部分的相應矩陣預分值重新排列，直到各個子目標得到最優解。

3 仿真分析

為了驗證該優化配置平臺的實用性，利用某城市的實際數據來進行驗證，選取兩組傳統配置平臺作對比。該城市配備有可再生能源發電廠，上百個住宅小區以及五家鋼鐵廠，為了實現季節性和住戶的能量互補計劃，結合所提多目標協調優化運行平臺，根據該城市能源系統的歷史數據，分析不同配置平臺下產生的經濟效益。該城市冬夏兩季所需能源負荷如圖2所示。

圖2 冬夏兩季冷熱以及電力負荷變化曲線

該地區用戶的能源負荷在不同季節具有差異性，用電高峰期一般在白天。夏季的冷負荷需求量大且多集中在下午，冬季的熱負荷需求量更集中在晚上。

利用MATLAB軟件搭建仿真測試平臺，將該地區的用戶能源負荷數據在同一場景內進行不同配置平臺的優化設計。傳統平臺1為郭亮等[2]提出的平臺，傳統平臺2為許春安等[3]提出的平臺，測試輪次設置為5次，每次設定的經濟成本不得高于200萬元。3種配置平臺優化后的經濟效益和成本對比如表1所示。

由表1可知，文章所設計的配置平臺在優化后的平均經濟效益為4 166萬元，兩組傳統平臺產生的經濟效益分別為2 349萬元和2 575萬元，分別提高了1 817萬元和1 591萬元，說明所設計的配置平臺能夠顯著提高經濟效益。

表1 3種平臺優化下產生的經濟效益

4 結束語

文章利用互聯網技術的多樣性建立新的協調優化配置平臺，通過對硬件和軟件的設計，兼顧多個能源之間的公平性，有效提升能源的利用率，使原有經濟效益有所提高。但該平臺受到時間限制，在軟件設計中無法對所選定的所有目標進行優化選擇，只能針對個別重要的參數進行目標設定，在優化結果上會存在少許偏差。在后續研究中，合理分配研究時間，在設定上會選擇更多的目標，建立更為精準的優化模型，為可持續發展提供科學的理論依據。