摘要：本文提出基于遺傳算法的電源規(guī)劃模型，以提升電網(wǎng)風電消納能力與系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過構(gòu)建方案，分析儲能電站引入對電力系統(tǒng)的多方面影響，包括提升風電消納能力、電網(wǎng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益等。盡管儲能設(shè)施初期投資高，但長期能降低運行成本、提高電網(wǎng)可靠性。此外，探討了允許風電輸出波動對規(guī)劃結(jié)果的積極作用及降低投資成本策略。

關(guān)鍵詞：風電消納；電源規(guī)劃；儲能電站

0引言

隨著全球氣候變化和能源危機加劇，可再生能源開發(fā)成為各國共同選擇，風能作為清潔能源代表備受關(guān)注。但其間歇性和不穩(wěn)定性給電網(wǎng)穩(wěn)定運行和風電大規(guī)模消納帶來挑戰(zhàn)。儲能電站提高風電消納能力工作機理該研究關(guān)注通過儲能系統(tǒng)提升風電利用效率和穩(wěn)定性。風能雖環(huán)保但不穩(wěn)定，風速變化致發(fā)電量波動，儲能電站通過存儲風速高時多余電力，風速減弱時釋放電力，保障電網(wǎng)穩(wěn)定供電。

2模型求解的流程

• 基于遺傳算法的電源規(guī)劃模型求解流程如圖 1 所示。遺傳算法是用于解決優(yōu)化和搜索問題的啟發(fā)式算法。

• 基于遺傳算法的電源規(guī)劃模型求解流程如圖 1 所示。遺傳算法是用于解決優(yōu)化和搜索問題的啟發(fā)式算法。
• 流程從 “開始” 出發(fā)，首先是 “種群初始化”，創(chuàng)建包含多個個體的種群，每個個體代表電源規(guī)劃問題的潛在解決方案，且有適應度值指示解決問題能力。
• 接著 “計算個體適應度”，基于系統(tǒng)數(shù)據(jù)和參數(shù)約束計算每個個體適應度值，適應度值高的個體被認為是更好的解決方案。
• 然后是 “滿足條件” 判定環(huán)節(jié)，檢查當前種群是否達到停止條件，如解決方案精度要求或預設(shè)迭代次數(shù)。

• 在 “選擇” 階段，根據(jù)個體適應度進行選擇，適應度較高的個體有更高機會被選中參與下一代生成，模仿自然選擇原則。
• “交叉” 是指選定個體交換部分基因生成新個體，對應生物學繁殖和遺傳，有助于產(chǎn)生新解決方案。

2.1解碼與編碼

在應用遺傳算法求解電源規(guī)劃問題時，染色體編碼設(shè)計至關(guān)重要。一個有效的編碼需滿足完備性（覆蓋所有可能解決方案）、健全性（每個編碼對應有效解決方案）和小冗余性（編碼系統(tǒng)簡潔以降低無效解出現(xiàn)）三個基本原則。

2.2適應度函數(shù)的選擇

在遺傳算法中，適應度函數(shù)是決定個體存續(xù)的關(guān)鍵，它衡量了個體在特定環(huán)境中的生存能力。高適應度的個體有大的概率傳遞其基因到下一代，而適應度低的個體則可能被淘汰。為了有效地引導算法搜索過程，并確保解決方案的質(zhì)量，本文采用了一種懲罰策略來增強個體的適應度。這種策略通過對目標函數(shù)添加懲罰項來調(diào)整適應值函數(shù)，使其能夠反映約束條件的滿足程度。在構(gòu)建小化國民經(jīng)濟投入的目標函數(shù)時，電力和電量的約束被作為懲罰項考慮在內(nèi)。這樣做的目的是確保在追求成本效益的同時，也要滿足電網(wǎng)的基本運行要求。類似地，當目標是大化風電消納能力時，電壓和頻率約束則成為懲罰項。此時的目標函數(shù)為：

這意味著解決方案不僅要追求風電的利用，而且要保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。目標函數(shù)的設(shè)計反映了這種平衡的追求。在適應度函數(shù)中，電網(wǎng)的穩(wěn)定運行參數(shù)被賦予了權(quán)重，這樣可以在種群進化的過程中自然淘汰那些可能導致電網(wǎng)不穩(wěn)定的解決方案。

2.3遺傳參數(shù)的選擇

經(jīng)多輪試驗調(diào)整，確定適合本文遺傳算法模型的關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)定由 150 個個體組成的種群以確保解空間探索多樣性；選擇率為 0.65 以平衡精英主義和多樣性保持；交叉率為 0.78 鼓勵個體間信息廣泛交換；變異率為 0.05 引入新基因變異且不破壞已適應結(jié)構(gòu)；隨機數(shù)種子為 0.68 保持實驗一致性和可重復性。這些參數(shù)設(shè)置旨在優(yōu)化算法搜索能力，同時保持魯棒性并避免過早收斂到局部優(yōu)解。

3算例仿真

3.1規(guī)劃內(nèi)容

采用虛擬電網(wǎng)環(huán)境，對特定地區(qū)電力系統(tǒng)進行未來 7 年規(guī)劃，涉及 12 個預期建立的電源，其中 9 - 12 號為儲能電站，其容量依風能資源利用情況動態(tài)確定，每個電站由若干儲能單元組成。本文算法與模型應用產(chǎn)生 3 種規(guī)劃方案：方案 1 采用本文算法和模型；方案 2 在模型基礎(chǔ)上允許風電場輸出功率有一定波動；方案 3 排除儲能電站參與，其他與方案 1 一致。

3.2不同規(guī)劃方案的結(jié)果及對規(guī)劃結(jié)果的分析

①不同投資選擇導致各電廠啟用順序變化，受選址地理位置、環(huán)境條件及電廠類型等因素影響投資總額。②方案 1 因納入儲能電站投資多出 109.6 億元，但風電消納能力顯著優(yōu)于方案 3，表明儲能電站提升風電消納效率，降低庫存與缺貨成本，增強市場競爭力，不過經(jīng)濟投入也增加。③方案 2 與方案 1 風電消納能力相近，但國民經(jīng)濟總投入降低 31.4 億元，因方案 2 允許風電場輸出功率有更大波動，減少儲能電站容量，鑒于儲能系統(tǒng)成本隨容量增加而上升，總投入相應減少。綜合分析，本文模型展現(xiàn)了儲能電站在增強風電消納能力的優(yōu)勢，實現(xiàn)了風電波動范圍內(nèi)可靠性和經(jīng)濟性的平衡，符合當前國際對環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展、電能可靠性及市場競爭力新形勢的需求。

4安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對工商業(yè)儲能電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)了儲能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實現(xiàn)與上級調(diào)度系統(tǒng)和云平臺的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級調(diào)度指令，又可以滿足遠程監(jiān)控與運維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行。

4.2應用場景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實時監(jiān)管

對微電網(wǎng)的運行進行實時監(jiān)管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

4.4.2優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對負荷進行功率預測，并結(jié)合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實現(xiàn)經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。

4.4.3收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

4.4.4能源分析

通過分析光伏、風電、儲能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評估設(shè)備性能與狀態(tài)。

4.4.5策略配置

微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運行策略及統(tǒng)計值進行設(shè)置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

5硬件及其配套產(chǎn)品

	內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統(tǒng)軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監(jiān)控主機提供后備電源
4	打印機	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業(yè)網(wǎng)絡交換機	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進行同步
8	交流計量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能?？蓭?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/rs/" target="_blank">RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能
10	電能質(zhì)量監(jiān)測	APView500		實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護裝置，當外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環(huán)網(wǎng)交換機功能的測控裝置
13	通信管理機	ANet-2E851		能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計算等多項功能:實時多任務并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù):
14	串口服務器	Aport		功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及完全斷電(二次開關(guān)實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設(shè)備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務器: 讀消防VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)

6結(jié)語

本文通過采用遺傳算法對電力系統(tǒng)的電源規(guī)劃進行了深入分析。結(jié)果表明，儲能電站的引入顯著提升了風電的消納能力，并增強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，為風電大規(guī)模應用和儲能技術(shù)的集成提供了實用的規(guī)劃策略，對促進可持續(xù)能源發(fā)展和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行具有重要意義。

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審核編輯 黃宇