專利名稱：一種自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的方法，屬光伏建筑供電系統(tǒng)經(jīng)濟運行與可靠供電技術。
背景技術：
為滿足光伏建筑供電系統(tǒng)負荷供電需求，其供電方式從控制角度可分為預防控制與事故后控制2類，其中預防控制對應于大電網(wǎng)參與并網(wǎng)模式下的光伏建筑供電系統(tǒng)供電，事故后控制對應于利用光伏建筑供電系統(tǒng)內(nèi)部各類供電方式參與孤島模式下的光伏建筑供電系統(tǒng)供電，其中各類供電方式包括利用風力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生分布式發(fā)電，投入燃料電池、燃氣輪機等不可再生分布式發(fā)電以及中斷可中斷負荷。
為滿足光伏建筑供電系統(tǒng)負荷供電需求，光伏建筑供電系統(tǒng)供電控制方式具有多樣性，如何協(xié)調(diào)各類供電控制方式來提高光伏建筑供電系統(tǒng)供電經(jīng)濟性將顯得尤為重要。長期以來，有關供電決策優(yōu)化方面的研究較多集中在微電網(wǎng)運行、能量管理決策等方面。迄今為止，有關從控制角度提出自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策方法方面的研究一直被長期忽視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對目前光伏建筑供電系統(tǒng)、供電決策優(yōu)化方面的不足，提出一種自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的方法。本發(fā)明為解決以上技術問題采用以下技術方案一種自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的方法，其特征在于從兼顧光伏建筑供電系統(tǒng)的預防控制與事故后控制角度，基于協(xié)調(diào)優(yōu)化理論來決策光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策；包括光伏建筑供電系統(tǒng)預防控制與事故后控制供電成本的量化、優(yōu)化模型的建立與求解；具體步驟如下步驟I，光伏建筑供電系統(tǒng)預防控制與事故后控制供電成本的量化，具體如下①將t時段大電網(wǎng)的供電成本用函數(shù)表示為
_9] C1(Pgit) = AgitPgt式中λ g t、Pg t分別為t時段大電網(wǎng)向光伏建筑供電系統(tǒng)供電的供電價格、供電量，當大電網(wǎng)以峰谷分時電價方式參與光伏建筑供電系統(tǒng)供電時，t時段分為峰時段、平時段、谷時段，λ g,t則為相應時段的電價；②將t時段燃料電池的供電成本用二次函數(shù)表示為C2(Prj) = O1Ifj+BlPrr+Ci式中分別為燃料電池的供電成本函數(shù)的系數(shù)，Pr；t為t時段燃料電池的供電量；③將t時段微型燃氣輪機的供電成本用二次函數(shù)表示為Ci(Pqr) = O2Pl^b2Pq +c
式中a2、b2、c2分別為微型燃氣輪機的供電成本函數(shù)的系數(shù)，Pq；t為t時段微型燃氣輪機的供電量；④將可中斷負荷IL的代價用二次函數(shù)表示為(,AOhOJW2式中a3、b3、C3分別為可中斷負荷IL的中斷成本函數(shù)的系數(shù)，Pi, t為t時段可中斷負荷IL的中斷量，即虛擬的供電量；。234=。2+。3+。4
步驟2，建立優(yōu)化模型，將以光伏建筑供電系統(tǒng)各類供電控制成本之和最小為目標函數(shù)，表示為minC (Pt) =C1 (Pg,t) +C234 (Pg, t, Pq, t, Pr, t, Pi, t, PL,t)；式中C234=C2+C3+C4,PL，t 為 t 時段負荷需求水平，，其中Pw,t、Ps，t分別為t時段風力發(fā)電量以及光伏發(fā)電量，且h(Pg,t，Pw,t，Ps,t，Pq,t，Pr, f Pi, t)彡 O ;步驟3，選擇t時段大電網(wǎng)的供電量Pg, t、微型燃氣輪機的供電量Pq, t、燃料電池的供電量Pu、以及可中斷負荷IL的中斷量Piit中的任意一個為優(yōu)化變量進行建模，根據(jù)等微增率準則，運用基于數(shù)值靈敏度技術的尋優(yōu)算法對步驟2建立的優(yōu)化模型進行求解，求得該優(yōu)化變量的最優(yōu)值；當t時段大電網(wǎng)的供電量Pg, t、微型燃氣輪機的供電量Pq, t、燃料電池的供電量已，t、以及可中斷負荷IL的中斷量Piit中的任意一個變量的最優(yōu)值確定后，其余可控發(fā)電量的最優(yōu)值也分別隨之確定。進一步的，本發(fā)明的一種自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的方法，在所述步驟3中，當選擇t時段大電網(wǎng)供電量Pg, t為優(yōu)化變量進行建模時具體如下為使C(Pt)達到最小，t時段大電網(wǎng)供電量Pg,t最優(yōu)值Pg,t.。應滿足等微增率準則，即;通過靈敏度系，引導對最優(yōu)值Pg,t.。的搜索，最終求得t時段大電網(wǎng)供電量的最優(yōu)值Pg, t.。；大電網(wǎng)供電量Pg,t的最優(yōu)值Pg,t.。確定后，所述t時段大電網(wǎng)燃料電池的供電量Pq,t、微型燃氣輪機的供電量Pu、可中斷負荷IL的中斷量Piit的最優(yōu)值也分別隨之確定。本發(fā)明采用以上技術方案具有以下技術效果本發(fā)明為提高光伏建筑供電系統(tǒng)供電經(jīng)濟性，充分利用預防控制、事故后控制這2類控制方式之間的經(jīng)濟互補特性，基于協(xié)調(diào)優(yōu)化理論，建立自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的數(shù)學模型，并基于代價對參數(shù)的靈敏度來指導優(yōu)化方向的尋優(yōu)算法對該模型進行求解，通過仿真來量化各類供電方案的經(jīng)濟性，并分析各因素對光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的影響，為光伏建筑供電系統(tǒng)經(jīng)濟運行與可靠供電提供決策依據(jù)，可以實現(xiàn)對光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的自適應優(yōu)化，分別量化光伏建筑供電系統(tǒng)供電的預防控制與事故后控制供電成本，并運用基于數(shù)值靈敏度技術的尋優(yōu)算法對模型進行求解，加快對供電決策優(yōu)化結(jié)果的搜索，是一種簡單有效的決策優(yōu)化方法。


圖I是光伏建筑供電系統(tǒng)的預防控制與事故后控制供電方式之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果圖。
圖2是量化分析預防控制量中大電網(wǎng)供電量對光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的影響示意圖。其中圖2 (a)是大電網(wǎng)供電量對各類供電方式下的發(fā)電量影響示意圖；圖2 (b)是大電網(wǎng)供電量對供電成本的影響示意圖。圖3是量化分析預防控制量中大電網(wǎng)供電價格對光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的影響示意圖。其中圖3 (a)是大電網(wǎng)供電價格對各類供電方式下的發(fā)電量影響示意圖；圖3 (b)是大電網(wǎng)供電價格對供電成本的影響示意圖。圖4是量化分析事故后控制量中燃料 電池供電成本對光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的影響示意圖。其中圖4 (a)是燃料電池供電成本系數(shù)對各類供電方式下的發(fā)電量影響示意圖；圖4 (b)是燃料電池供電成本系數(shù)對供電成本的影響示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明本發(fā)明為提高光伏建筑供電系統(tǒng)供電經(jīng)濟性，充分利用各種控制之間的經(jīng)濟互補特性，基于協(xié)調(diào)優(yōu)化理論，建立優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的數(shù)學模型，并基于代價對參數(shù)的靈敏度來指導優(yōu)化方向的尋優(yōu)算法對該模型進行求解，量化光伏建筑供電系統(tǒng)各類供電控制方案的經(jīng)濟性，分析各因素對光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的影響。(一)、光伏建筑供電系統(tǒng)預防控制與事故后控制供電成本的量化①當大電網(wǎng)以峰谷分時電價方式參與光伏建筑供電系統(tǒng)供電時，其t時段供電成本可表述為=C1(Pfct) = Ag tPw ；式中λ g t、Pg t分別為t時段大電網(wǎng)向光伏建筑供電系統(tǒng)供電的供電價格、供電量，當t時段為峰時段、平時段、谷時段時，Xg t則為相應時段的電價(峰電價、平電價以及谷電價)。②燃料電池的供電成本用二次函數(shù)可以表示為 C2(Prt) = UlP^t + ^Prj + C1式中ai、bp C1分別為其供電成本函數(shù)的系數(shù)(通過公知方法可以得到);Pr,t為其t時段供電量。③微型燃氣輪機的供電成本用二次函數(shù)可以表示為C, (Pqj) = Q2Plt + h2Pq, + C2式中a2、b2、C2分別為其供電成本函數(shù)的系數(shù)(通過公知方法可以得到)；Pq，t為其t時段供電量。④可中斷負荷IL的代價用二次函數(shù)可以表示為C,(Pti) = Gjfii+hJ)t+c,式中a3、b3、C3分別為其中斷成本函數(shù)的系數(shù)(通過公知方法可以得到);Pi,t為其t時段負荷中斷量(相當于虛擬的供電量)。C234=C2+C3+C4(二)、優(yōu)化模型的建立與求解在給定時段t光伏建筑供電系統(tǒng)負荷供電需求、風力發(fā)電以及光伏發(fā)電量前提下，為提高光伏建筑供電系統(tǒng)供電經(jīng)濟性，所提出的優(yōu)化模型將以光伏建筑供電系統(tǒng)各類供電控制成本之和(總代價C)最小為目標而不是僅以預防控制或事故后控制成本最小為目標函數(shù)，可表示為minC(Pt) =C1 (Pg,t)+C234 (Pg, t，Pq, t, Pr, t，Pi,,, PL’t)s. t.Pg, t+ [Pw，t+Ps，t+Pq； t+Pr，t+Pi； J =PL，th (Pg, t，Pw, t，Ps, t，PtJ, t，Pr, t，Piit) ^ 0式中 0、？0、？丨、？卩分別為七時段大電網(wǎng)、微型燃氣輪機、燃料電池的供電量以及IL的中斷量；Pu、Pw,t、Ps,t分別為t時段負荷需求水平、風力發(fā)電量以及光伏發(fā)電量。以Pg,t為優(yōu)化變量進行建模為例，如圖I所示，給出了其求解過程的示意圖。為使C(Pt)達到最小，t時段Pg,t最優(yōu)值pg,t.。應滿足等微增率準則，即通過靈敏 度系數(shù)乂,=PQAT+可有效引導對Pg,t.。的搜索。由于該優(yōu)化模型的最優(yōu)值唯一，所以各變量的最優(yōu)值也是唯一的，一旦pg，t最優(yōu)值被確定，其它變量(pq,t、Pu、Pu)的最優(yōu)值也將被隨之確定。選取其中任何一個變量為優(yōu)化變量，并不改變其它變量的最優(yōu)值。當選擇其它可控發(fā)電量(Pq,t、Prjt, Pi；t)為優(yōu)化變量進行建模時，可參照以上求解過程，在此不再贅述，總之，優(yōu)化變量選擇的不同并不會影響到優(yōu)化結(jié)果。(三)、仿真驗證分析設某時段t光伏建筑供電系統(tǒng)處于峰時段,此時負荷供電需求為600kW,風力發(fā)電量、光伏發(fā)電量分別為200kW、200kW ;大電網(wǎng)最大供電容量為200kW，峰時段電價為pf=0. 6元/kWh ;燃料電池供電成本系數(shù)al=0. OUbl=O, cl=0，最大供電量為200kW ;微型燃氣輪機供電成本系數(shù)a2=0. 02、b2=0、c2=0，最大供電量為IOOkW ；IL中斷成本系數(shù)a3=0. 03、b3=0、c3=0，最大中斷量為120kW。針對上述數(shù)據(jù)，圖I給出了優(yōu)化結(jié)果。從圖中可以看出{〃存在最優(yōu)值匕^此W Pg,, 0=145kff, Pr., o=30kff, Pg,. 0=15kff, Pi., o=10kff, Cfflin = 103. 5 元。為滿足光伏建筑供電系統(tǒng)負荷供電需求，可供選擇的供電控制方案共有3種，分別為I)預防控制供電方案僅采用大電網(wǎng)參與光伏建筑供電系統(tǒng)供電；2)事故后控制供電方案僅采用網(wǎng)內(nèi)供電方式；3)協(xié)調(diào)控制方案綜合采用以上兩種控制方案。針對峰時段3種不同負荷供電需求,表I給出了各控制方案下的供電成本。從表中不難看出隨著負荷供電需求的增加，各控制方案下的供電成本都將隨之增加，但是對于任意一種負荷供電需求情況，協(xié)調(diào)控制方案的經(jīng)濟性都要明顯優(yōu)于其它2種方案，從而驗證了光伏建筑供電系統(tǒng)供電的預防控制與事故后控制之間存在協(xié)調(diào)空間，且對其優(yōu)化可以顯著提高其供電經(jīng)濟性。表I不同負荷需求下各控制方案的供電成本
負荷需求/kW 預防控制供電成本/元事故后控制供電成本/元協(xié)調(diào)控制供電成本/元550kW122. 790 Γδ
600kW218.2120103. 5650kW~340.9~136.9~133. 5預防控制參數(shù)對供電決策的影響，針對方案3，圖2 3分別給出了預防控制參數(shù)(包括大電網(wǎng)最大供電容量與供電價格)對優(yōu)化結(jié)果的影響。圖2(a)給出了大電網(wǎng)最大供電容量對各類供電分配量的影響，隨著大電網(wǎng)最大供電容量的增加，大電網(wǎng)供電容量Pg, t隨之增加，而其它供電容量Pn t、Pq, t、Pi, t隨之減少，且當大電網(wǎng)最大供電容量增加到某一數(shù)值后，保持不變；圖2(b)給出了大電網(wǎng)最大供電容量對供電成本的影響，隨著大電網(wǎng)最大供電容量的增加，為實現(xiàn)大電網(wǎng)供電所付出的供電成本C1隨之增加，而總的供電成本C隨之減少，且當大電網(wǎng)最大供電容量增加到某一數(shù)值后，保持不變。圖3(a)給出了大電網(wǎng)供電價格對各類供電分配量的影響，隨著大電網(wǎng)供電價 格的增加，大電網(wǎng)供電容量Pg,t隨之減少，而其它供電容量UwPi.t隨之增加；圖3(b)給出了大電網(wǎng)供電價格對供電成本的影響，隨著大電網(wǎng)供電價格的增加，為實現(xiàn)大電網(wǎng)供電所付出的供電成本C1先增加后減少，這是由于C1等于供電價格與其供電量Pg, t的乘積，而總的供電成本C隨之增加。圖4(a)給出了燃料電池供電成本對各類供電分配量的影響，隨著燃料電池供電成本的增加，燃料電池供電容量L t隨之減少，而其它供電容量Pg, t、P,, t、Pi, t隨之增加；圖4(b)給出了燃料電池供電成本對供電成本的影響，隨著燃料電池供電成本的增加，為實現(xiàn)燃料電池供電所付出的供電成本C2先增加后減少，這是由于C2等于供電價格與其供電量Pr, t的乘積，而總的供電成本C隨之增加。
權利要求
1.一種自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的方法，其特征在于，從兼顧光伏建筑供電系統(tǒng)的預防控制與事故后控制角度，基于協(xié)調(diào)優(yōu)化理論來決策光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策；包括光伏建筑供電系統(tǒng)預防控制與事故后控制供電成本的量化、優(yōu)化模型的建立與求解步驟；具體如下 步驟I，光伏建筑供電系統(tǒng)預防控制與事故后控制供電成本的量化，具體如下 ①將t時段大電網(wǎng)的供電成本用函數(shù)表示為 C1 (Pgjt) = AgjtPgjt 式中λ g,t、P&t分別為t時段大電網(wǎng)向光伏建筑供電系統(tǒng)供電的供電價格、供電量，當大電網(wǎng)以峰谷分時電價方式參與光伏建筑供電系統(tǒng)供電時，t時段分為峰時段、平時段、谷時段，λ g,t則為相應時段的電價；· ②將t時段燃料電池的供電成本用二次函數(shù)表示為 式中ApbpC1分別為燃料電池的供電成本函數(shù)的系數(shù)，Pnt為t時段燃料電池的供電量; ③將t時段微型燃氣輪機的供電成本用二次函數(shù)表示為 ()=U'J[,J + ^'J, +C2 式中a2、b2、c2分別為微型燃氣輪機的供電成本函數(shù)的系數(shù)，Pq,t為t時段微型燃氣輪機的供電量； ④將可中斷負荷IL的代價用二次函數(shù)表示為 ('狀 式中a3、b3、c3分別為可中斷負荷IL的中斷成本函數(shù)的系數(shù)，Pi;t為t時段可中斷負荷IL的中斷量，即虛擬的供電量； 步驟2，建立優(yōu)化模型，將以光伏建筑供電系統(tǒng)各類供電控制成本之和最小為目標函數(shù)，表示為minC (Pt) =C1 (Pg,t) +C234 (Pg, t, Pq, t, Pr, t, Pi, t, PL,t)； 式中C234=C2+C3+C4, Put 為 t 時段負荷需求水平，Ρ^=Ρ& +[Ρμ+Ρ^+Ρ^+Ρμ+Ρ^]， 其中Pw,t、Ps，t分別為t時段風力發(fā)電量以及光伏發(fā)電量，且h(Pg,t，Pwjt, Psjt, Pqjt, Prjt,Pi,t) ^0； 步驟3，選擇t時段大電網(wǎng)的供電量Pg, t、微型燃氣輪機的供電量Pq, t、燃料電池的供電量Pu、以及可中斷負荷IL的中斷量Piit中的任意一個為優(yōu)化變量進行建模，根據(jù)等微增率準則，運用基于數(shù)值靈敏度技術的尋優(yōu)算法對步驟2建立的優(yōu)化模型進行求解，求得該優(yōu)化變量的最優(yōu)值； 當t時段大電網(wǎng)的供電量Pg, t、微型燃氣輪機的供電量Pq, t、燃料電池的供電量Lt、以及可中斷負荷IL的中斷量Piit中的任意一個變量的最優(yōu)值確定后，其余可控發(fā)電量的最優(yōu)值也分別隨之確定。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的方法，其特征在于，在所述步驟3中，當選擇t時段大電網(wǎng)供電量Pg,t為優(yōu)化變量進行建模時具體如下 為使C(Pt)達到最小，t時段大電網(wǎng)供電量Pg, t最優(yōu)值Pg, t.。應滿足等微增率準則，SP 通過靈敏度系數(shù)=IiWKI，引導對最優(yōu)值Pg, ,0的搜索，最終求得t時段大電網(wǎng)供電量的最優(yōu)值Pg, t.。； 大電網(wǎng)供電量Pg,t的最優(yōu)值Pg,t.。確定后，所述t時段大電網(wǎng)燃料電池的供電量Pq,t、微型燃氣輪機的供電量Pu、可中斷負荷IL的中斷量Pu的最優(yōu)值也分別隨之確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的方法，包括光伏建筑供電系統(tǒng)預防控制與事故后控制供電成本的量化、優(yōu)化模型的建立與求解以及仿真分析三部分。本發(fā)明基于協(xié)調(diào)優(yōu)化理論，建立自適應優(yōu)化光伏建筑供電系統(tǒng)供電決策的數(shù)學模型，并基于代價對參數(shù)的靈敏度來指導優(yōu)化方向的尋優(yōu)算法對該模型進行求解，量化了各類供電控制方案的經(jīng)濟性，并對預防控制量與事故后控制量對供電決策的影響進行了敏感性分析，為光伏建筑供電系統(tǒng)經(jīng)濟運行與可靠供電提供決策依據(jù)，是一種簡單有效的決策優(yōu)化方法。
文檔編號H02J3/46GK102882235SQ201210359668
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權日2012年9月24日
發(fā)明者陳飛, 羅運虎, 張子明, 代曉翔 申請人:南京航空航天大學