摘要： 本發(fā)明涉及一種面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，首先是數(shù)據(jù)采集，而后在模型建立時明確目標(biāo)函數(shù)和約束條件;初始化過后則通過評價得到一個最佳個體，通過排序?qū)^差個體進(jìn)行不包含負(fù)荷數(shù)據(jù)的同化，加速收斂;而后進(jìn)行兩次變異，變異采取的是隔離交叉變異，這一過程是負(fù)荷調(diào)度以及儲能、各電源調(diào)度，調(diào)度完成后進(jìn)行種群評價和排序，選出一個代表性負(fù)荷調(diào)度最佳個體;接著通過負(fù)荷調(diào)度最佳個體對其他個體僅進(jìn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)同化，而后再進(jìn)行一次變異交叉，之后再對種群進(jìn)行評價和排序，挑選一個代表性最佳個體。接著檢查是否完成迭代，若沒有則再循環(huán);若完成，則輸出一個供參考的調(diào)度方案。本發(fā)明能夠在滿足能量管理各方面需求。技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電網(wǎng)能量管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法。

申請人 東華大學(xué)

發(fā)明人 李征 李利明 陳佳瑜 田星星

背景技術(shù)

分布式能源以微電網(wǎng)的形式運(yùn)行能夠提高其利用率，微電網(wǎng)的建設(shè)能夠用于緩解海島和偏遠(yuǎn)地區(qū)用電問題，并且能夠在電網(wǎng)故障時保障關(guān)鍵負(fù)荷供電穩(wěn)定。而通常微電網(wǎng)中有多種電源，通過協(xié)調(diào)調(diào)度能夠提升可再生能源利用率，降低微電網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊，甚至參與電網(wǎng)的調(diào)度，緩解電網(wǎng)的壓力。如今微電網(wǎng)的能量管理通常圍繞經(jīng)濟(jì)調(diào)度、環(huán)境成本或者負(fù)荷側(cè)資源進(jìn)行優(yōu)化，沒有體現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的供需互動思想。針對供需兩側(cè)互動的研究較少，部分對供需兩側(cè)優(yōu)化的研究考慮不夠全面，并且未針對供需兩側(cè)優(yōu)化提供一種能夠應(yīng)對這種復(fù)雜調(diào)度問題的解決方法，一般算法處理時因搜索空間過大極易陷入局部最優(yōu)解。

微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化算法多以加權(quán)形式的單目標(biāo)算法和多目標(biāo)優(yōu)化算法為主，在面對復(fù)雜微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化時因搜索空間過大，收斂速度慢，容易陷入局部最優(yōu)解。而一般分層多目標(biāo)算法特點(diǎn)是在上層目標(biāo)的優(yōu)化解集上進(jìn)行下一層目標(biāo)優(yōu)化，直到各層目標(biāo)優(yōu)化完結(jié)束，能夠壓縮搜索空間。但若各層目標(biāo)存在關(guān)聯(lián)，則有可能因某層目標(biāo)雖然達(dá)到最優(yōu)卻影響其他目標(biāo)，最終無法保證全局尋優(yōu)能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，能夠提升微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，減小環(huán)境污染，提高負(fù)荷平滑度，降低并網(wǎng)運(yùn)行時對電網(wǎng)的沖擊。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)供需兩側(cè)建立微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化調(diào)度模型，并選擇算法進(jìn)行求解;

(2)在求解過程中，首先對種群初始化，在初始化過后，對種群先進(jìn)行評價，通過評價尋找到一個最佳個體;

(3)以最佳個體對表現(xiàn)較差的個體進(jìn)行不包含負(fù)荷的其他可變量進(jìn)行同化，種群同化后，就開始進(jìn)行負(fù)荷調(diào)度，在負(fù)荷調(diào)度后進(jìn)行一次種群所有個體的評價，尋找一個代表性的個體為負(fù)荷調(diào)度最佳個體;

(4)通過負(fù)荷調(diào)度最佳個體來對種群中的其他個體僅進(jìn)行負(fù)荷同化，其他可變量保持不變，而后開始進(jìn)行各電源、儲能調(diào)度管理，在各電源、儲能調(diào)度后，通過負(fù)載和微電網(wǎng)內(nèi)電源輸出總功率差值確定電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的功率交換值;

(5)對種群所有個體進(jìn)行評價，得到各子目標(biāo)的優(yōu)化值，對于越界情況則采取懲罰措施降低其評價適應(yīng)度，得到評價后對所有個體進(jìn)行Pareto非支配排序，對統(tǒng)一支配等級的個體進(jìn)行空間分布均勻度的排序，尋找代表性的最佳個體;判斷是否完成迭代，若未完成則返回到步驟(3)。

所述步驟(1)中根據(jù)可再生能源的預(yù)測數(shù)據(jù)，負(fù)荷的預(yù)測數(shù)據(jù)，市場收集的燃料價格，電網(wǎng)購電、售電價格，微電網(wǎng)組成設(shè)備的成本、運(yùn)行損耗、運(yùn)行維護(hù)信息，各電源容量、運(yùn)行特性以及運(yùn)行過程中造成的環(huán)境治理成本信息，微電網(wǎng)運(yùn)行的各方面需求建立微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化調(diào)度模型，在確定模型后就需要根據(jù)設(shè)計的模型來選擇適應(yīng)的算法。本模型是以分層多目標(biāo)模型為基礎(chǔ)建立的，其基本模型如下：

其中，F(xiàn)為微電網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境成本優(yōu)化目標(biāo)，H為負(fù)荷調(diào)度過程中負(fù)荷平滑度以及負(fù)荷峰值目標(biāo)，fi為第i個微電網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境成本優(yōu)化子目標(biāo)，hi為第i個負(fù)荷調(diào)度過程中負(fù)荷平滑度以及負(fù)荷峰值子目標(biāo)，X為變量因素，Ω是可行解空間，G則代表等式約束條件，L則代表不等式約束條件。

步驟(1)所述的模型是具有兩個分層目標(biāo)的，其中負(fù)荷管理層中有負(fù)荷平滑度指標(biāo)和負(fù)荷曲線峰值指標(biāo);而各電源、儲能和電網(wǎng)調(diào)度這一層則包括經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)和環(huán)境成本指標(biāo)。在各電源、儲能調(diào)度這一層因負(fù)荷調(diào)度已完成則不需考慮負(fù)荷曲線平滑度指標(biāo)和負(fù)荷曲線峰值指標(biāo)，而負(fù)荷調(diào)度層則以負(fù)荷調(diào)度指標(biāo)為主。

步驟(1)中涉及的電費(fèi)成本需要考慮不同的電價計費(fèi)策略。

步驟(1)所述的模型求解算法是多種的，應(yīng)對不同的模型選擇相應(yīng)的算法，有如光儲微電網(wǎng)、風(fēng)光儲微電網(wǎng)以及包含各類不同分布式電源的微電網(wǎng)，并且不同的模型的需求可能也不會一樣。

所述步驟(2)在算法流程中，首先是對種群初始化，一般而言通過混沌理論初始化對簡單系統(tǒng)能夠提高算法效率。在初始化過后，應(yīng)該要對種群先進(jìn)行評價，通過評價尋找到一個最佳個體，最佳個體的評價方法直接用簡單相加即可，只需要具有一定的代表性。其中，所提的混沌理論初始化對可變量較少的模型則比較適應(yīng)，而應(yīng)對可變量較多的模型則不太合適。

所述步驟(3)以最佳個體對表現(xiàn)較差的個體進(jìn)行不包含負(fù)荷的其他可變量進(jìn)行同化，種群同化后，就開始進(jìn)行負(fù)荷調(diào)度，也就是負(fù)荷側(cè)的管理，這一步主要是希望能夠盡可能的降低負(fù)荷曲線的沖擊性，提高負(fù)荷曲線的平滑度，同時降低負(fù)荷曲線的峰值，可以提高電網(wǎng)設(shè)備的利用效率。在負(fù)荷調(diào)度后進(jìn)行一次種群所有個體的評價，再次通過對負(fù)荷調(diào)度所影響的各子目標(biāo)簡單相加尋找一個代表性的個體為負(fù)荷調(diào)度最佳個體。

所述步驟(3)中的種群同化是通過最佳個體將Pareto非支配排序后，將最佳的前端保留，而對較差的個體強(qiáng)行同化。

所述步驟(4)是通過負(fù)荷調(diào)度最佳個體來對種群中的其他個體僅進(jìn)行負(fù)荷同化，其他可變量保持不變，而后開始進(jìn)行各電源、儲能調(diào)度管理。到這一步種群中每個個體的負(fù)荷曲線一致，因此無需考慮負(fù)荷管理所帶來的子目標(biāo)變化。因電池在運(yùn)行過程中是SOC(State of Charge)是動態(tài)變化的，因此其約束也是動態(tài)的，在各電源、儲能調(diào)度后，通過負(fù)載和微電網(wǎng)內(nèi)電源輸出總功率差值確定電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的功率交換值。

所述步驟(4)中儲能是動態(tài)變化的，其基于微電網(wǎng)動態(tài)運(yùn)行考慮，針對不同的儲能需要針對其不同充放電倍率考慮其約束條件。

所述步驟(3)和步驟(4)所述的負(fù)荷調(diào)度和各電源、儲能調(diào)度屬于算法的變異交叉過程。所述的變異過程是一種混合變異。這種變異過程將種群分割為兩個獨(dú)立的小種群，在變異過程中為了保證種群的多樣性，總保留固定比例的個體參加隨機(jī)變異，不受另一個小種群的干擾;而另一個小種群則采取一種犧牲種群多樣性但提升算法搜索能力的變異策略，并且變異個體部分來源于另一個小種群，是一種交叉性質(zhì)的變異。

所述步驟(5)中的對所有個體進(jìn)行Pareto非支配排序是以Pareto理論為基礎(chǔ)進(jìn)行的多目標(biāo)非支配排序，而針對在同一支配層的個體為了保持種群的空間均勻分布，則運(yùn)用空間分布思想來進(jìn)行進(jìn)一步排序。

步驟(2)、步驟(3)和步驟(5)所述的最佳個體只需要在當(dāng)代種群中具有代表性的個體即可，因為在多目標(biāo)的情況下基于Pareto的非支配排序有時難以確定一個最佳個體，因此只需要通過各子目標(biāo)相加選擇一個代表性的即可。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明對供需兩側(cè)進(jìn)行互動優(yōu)化，針對供需兩側(cè)優(yōu)化復(fù)雜問題提供了一種有效優(yōu)化算法，能夠在滿足能量管理各方面需求的同時對算法流程進(jìn)行改進(jìn)。通過對負(fù)荷資源和各電源、儲能資源分層調(diào)度，能夠同時兼顧負(fù)荷曲線多方指標(biāo)以及微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)供需互動。結(jié)合分層調(diào)度思想對算法流程進(jìn)行改進(jìn)，讓優(yōu)化算法解決多層目標(biāo)關(guān)聯(lián)的優(yōu)化問題，能夠適應(yīng)供需兩側(cè)同時優(yōu)化的需求，滿足微電網(wǎng)能量管理多方面需求。并且引入的同化過程能夠提升算法的收斂速度，而隔離交叉變異能夠提升算法的全局搜索能力。

發(fā)明專利要點(diǎn)簡析：

1 .一種面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據(jù)供需兩側(cè)建立微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化調(diào)度模型，并選擇算法進(jìn)行求解;

(2)在求解過程中，首先對種群初始化，在初始化過后，對種群先進(jìn)行評價，通過評價尋找到一個最佳個體;

(3)以最佳個體對表現(xiàn)較差的個體進(jìn)行不包含負(fù)荷的其他可變量進(jìn)行同化，種群同化后，就開始進(jìn)行負(fù)荷調(diào)度，在負(fù)荷調(diào)度后進(jìn)行一次種群所有個體的評價，尋找一個代表性的個體為負(fù)荷調(diào)度最佳個體;

(4)通過負(fù)荷調(diào)度最佳個體來對種群中的其他個體僅進(jìn)行負(fù)荷同化，其他可變量保持不變，而后開始進(jìn)行各電源、儲能調(diào)度管理，在各電源、儲能調(diào)度后，通過負(fù)載和微電網(wǎng)內(nèi)電源輸出總功率差值確定電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的功率交換值;

(5)對種群所有個體進(jìn)行評價，得到各子目標(biāo)的優(yōu)化值，對于越界情況則采取懲罰措施降低其評價適應(yīng)度，得到評價后對所有個體進(jìn)行Pareto非支配排序，對統(tǒng)一支配等級的個體進(jìn)行空間分布均勻度的排序，尋找代表性的最佳個體;判斷是否完成迭代，若未完成則返回到步驟(3)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述調(diào)度模型為：

其中，F(xiàn)為微電網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境成本優(yōu)化目標(biāo)，H為負(fù)荷調(diào)度過程中負(fù)荷平滑度以及負(fù)荷峰值目標(biāo)，fi為第i個微電網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境成本優(yōu)化子目標(biāo)，hi為第i個負(fù)荷調(diào)度過程中負(fù)荷平滑度以及負(fù)荷峰值子目標(biāo)，X為變量因素，Ω是可行解空間，G則代表等式約束條件，L則代表不等式約束條件。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(3)中的種群同化是通過最佳個體將Pareto非支配排序后，將最佳的前端保留，而對較差的個體強(qiáng)行同化。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(3)和步驟(4)中的負(fù)荷調(diào)度和各電源、儲能調(diào)度均屬于算法的變異交叉過程。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的變異過程是一種混合性的變異，將種群分割為兩個獨(dú)立的小種群，在變異過程中為了保證種群的多樣性，總保留固定比例的個體參加隨機(jī)變異，不受另一個小種群的干擾;

而另一個小種群則采取一種犧牲種群多樣性但提升算法搜索能力的變異策略，并且變異個體部分來源于另一個小種群，是一種交叉性質(zhì)的變異。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(4)中儲能是動態(tài)變化的，其基于微電網(wǎng)動態(tài)運(yùn)行考慮，針對不同的儲能需要針對其不同充放電倍率考慮其約束條件。

7 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微電網(wǎng)綜合能量管理的分層多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(5)中的對所有個體進(jìn)行Pareto非支配排序是以Pareto理論為基礎(chǔ)進(jìn)行的目標(biāo)非支配排序，而針對在同一支配層的個體為了保持種群的空間均勻分布，則運(yùn)用空間分布思想來進(jìn)行進(jìn)一步排序。