基于蝗蟲優(yōu)化算法的工業(yè)區(qū)企業(yè)共享儲能分配探析

丁文青

（焦作市解放區(qū)城鄉(xiāng)建設服務中心， 河南 焦作 454150）

0 引言

隨著電力應用技術的進步與各類新型電力需求的發(fā)展，共享儲能在電力領域得到了廣泛應用，為促進電力市場發(fā)展提供了有效支持，可以緩解儲能投資大以及運維過程復雜的問題[1-2]。通過設置共享儲能系統(tǒng)可以充分匯聚大量分散儲能設施，顯著增強規(guī)模效應，實現邊際成本大幅下降，能夠為企業(yè)提供更優(yōu)質的電網電能服務[3-4]。

許多學者進行了相關方面的研究。郝木凱等[5]根據共享儲能原理來設計系統(tǒng)調度控制方案，以達到最低日運維費用作為優(yōu)化目標，綜合分析初期投資額、設備壽命、峰谷差價、日常運維費和電池放電程度的影響，驗證了該模式可以獲得比常規(guī)模式更低的成本。王仕俊等[6]則設計了一種通過社區(qū)綜合能源系統(tǒng)實現的基礎架構。同時，設置了光伏出力和熱電聯產系統(tǒng)，開發(fā)了共享儲能模式，可以實現企業(yè)成本的分攤功能。本文在前人研究的基礎上，開展基于蝗蟲優(yōu)化算法的工業(yè)區(qū)企業(yè)共享儲能分配研究。

1 工業(yè)區(qū)企業(yè)共享儲能分配策略

本文構建了效益函數來評價企業(yè)用能滿意度，并在計算利潤過程中加入了效益函數的影響[7-8]。根據以上要求，針對工業(yè)區(qū)企業(yè)每日用電情況，構建了費用成本最低的仿真模型，使工業(yè)區(qū)企業(yè)n達到最低每日花費Cuser，n[9-10]。

式中：bn為個體企業(yè)n需支付實際費用；CE，n為個體企業(yè)n計算用能滿意度的函數表達式。

工業(yè)區(qū)中個體企業(yè)費用和工業(yè)區(qū)團體支出一致，表達式如下：

式中：Call為工業(yè)區(qū)企業(yè)每日應支付的實際費用；N為工業(yè)區(qū)企業(yè)數；Cgrid（t）為t時企業(yè)通過企業(yè)繳費的總支出；CMG（t）為t時企業(yè)獲取企業(yè)電力輔助服務對應的費用。

2 蝗蟲優(yōu)化算法

蝗蟲優(yōu)化算法（GrasshopperOptimizationAlgorithm，GOA）為參考蝗蟲群運動和覓食過程形成的個體作用力規(guī)律進行設計的數學模型。各個蝗蟲可以產生排斥作用來協(xié)助元素勘探過程，從而保證在全局范圍內進行檢索。同時，蝗蟲還可以通過相互吸引作用，使蝗蟲在靠近最優(yōu)解的區(qū)域完成搜索過程，實現局部檢索功能。

對模型進行求解的算法流程如圖1 所示，具體步驟如下：

圖1 算法流程

步驟1：群落位置參數初始化，為檢索舒適區(qū)設置控制參數c與最大迭代次數Y。同時，將迭代數設定為0。

步驟2：建立目標函數，由此構成適應度值，結合實際約束參數開展控制。

步驟3：對所有蝗蟲個體進行適應度計算。

步驟4：對蝗蟲位置進行更新得到下一代位置參數。

步驟5：對位置權重系數與經過改造處理的檢索范圍控制參數c按照非線性狀態(tài)進行遞減，由此完成系數的更新。

步驟6：結合透鏡成像反向模型獲得反向解。

步驟7：計算經過迭代處理的新蝗蟲適應度，再對種群進行更新。

步驟8：判斷是否迭代至上限次數。當處于上限次數時，則輸出此時最優(yōu)解。如果還沒有到達上限次數，則繼續(xù)開展下一步計算。

步驟9：跳轉到第3 步。

3 算例分析

3.1 基本數據

為了對共享儲能的實際效益進行測試，以河北某工業(yè)能源系統(tǒng)作為測試對象，并開展仿真分析。本文選擇MATLAB 開展算例仿真，同時，利用本文設計的蝗蟲優(yōu)化算法實施求解計算，設定以下算法參數，種群數量為30，比例系數k為10 000，最大迭代數為500，對算例開展25 次獨立計算，再從上述計算結果中選擇最優(yōu)解。

夏季典型日負荷以及光伏出力結果如圖2 所示，A 類與B 類企業(yè)分別對應71.1 kW 與81.5 kW 的最大負荷功率，同時達到了54.3 kW 的最高光伏出力功率。

圖2 工業(yè)區(qū)負荷數據

工業(yè)區(qū)中其他各項參數如表1 所示，按照以上方法對共享儲能效果開展驗證。

表1 工業(yè)區(qū)中各項參數

3.2 算例分析

3.2.1 共享儲能支出

為所有工業(yè)區(qū)企業(yè)配備了光伏系統(tǒng)，這些企業(yè)都存在儲能需求，各企業(yè)每日費用情況如表2 所示。其中，場景1 企業(yè)未參與聯盟計劃，場景2 企業(yè)則參與了聯盟計劃，每個團體中共包含6 個企業(yè)單元。

表2 各企業(yè)每日費用 單位：元

跟未參與聯盟計劃的情況相比，設置共享儲能計劃后，企業(yè)群體日支出降低了3 805 元。因此，可以通過共享儲能的方式來減小總成本，獲得額外收益。設置共享儲能的企業(yè)個體支出都出現了較大程度降低，相對單獨行動模式，可以實現更高利益。為工業(yè)區(qū)企業(yè)個體提供了使用共享儲能策略的極大支持，有助于快速推廣共享儲能市場。

3.2.2 共享儲能需求

分別根據各企業(yè)的日用電量情況設置了是否存在共享儲能的情況，各企業(yè)日充電需求如表3 所示。場景1 屬于未設置聯盟計劃的情況，場景2 屬于設置聯盟計劃的情況。相對未設置聯盟計劃，設置聯盟計劃的企業(yè)群體需求減少約22%。因此，可以通過設置共享儲能來減小總體需求，獲得額外利益。沒有設置共享儲能計劃的情況下，獲得了815 kW 的棄光功率。當設置共享儲能計劃后，則減小到了26.8 kW。由此可見，設置共享儲能計劃的情況可以使棄光亮減少，實現光伏消納量的顯著提升，有效減少儲能需求。

表3 各企業(yè)日充電需求 單位：kW

3.2.3 不同服務費用

對工業(yè)區(qū)企業(yè)支付服務費額度將直接影響到企業(yè)對服務購買意愿。對工業(yè)區(qū)企業(yè)，通過共享儲能獲得的利益受服務費的影響，不同價格下的選擇結果存在明顯差異。同時，服務費也對工業(yè)區(qū)企業(yè)收益存在顯著影響。對工業(yè)區(qū)內企業(yè)受服務費影響的情況進行分析，通過控制服務費用，使其介于0～1.0 元/（kW·h）之間，企業(yè)群體應支付費用如圖3 所示。

圖3 企業(yè)群體所支付實際費用變化

由圖3 可知，設置較低服務費時，合作博弈的共享儲能策略下需支付費用跟服務費之間呈現線性變化規(guī)律。逐漸提升工業(yè)區(qū)企業(yè)服務費后，二者轉變成了非線性變化的特點，且斜率持續(xù)降低。在運營規(guī)劃中，如果企業(yè)進一步提升服務費，則會造成工業(yè)區(qū)企業(yè)通過降低購買儲能服務方式來確保支出不會發(fā)生更大幅度的增長。

4 結論

本文開展基于蝗蟲優(yōu)化算法的工業(yè)區(qū)企業(yè)共享儲能分配分析，取得如下有益結果：

1）跟未參與聯盟計劃的情況相比，設置共享儲能計劃后，企業(yè)群體日支出降低了3 805 元。通過共享儲能的方式來減小總成本，可獲得額外收益。

2）相對未設置聯盟計劃，設置聯盟計劃的企業(yè)群體需求減少約22%。通過設置共享儲能來減小總體需求，可獲得額外利益。

3）設置較低服務費時，合作博弈共享儲能策略下需支付費用跟服務費之間呈現線性變化。逐漸提升工業(yè)區(qū)企業(yè)服務費后，通過降低購買儲能服務方式來確保支出不會發(fā)生大幅增長。