基于帝国竞争算法的冷热电联供优化调度研究

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随着当今人类社会科技快速发展,化石能源稀缺、环境污染治理等问题逐渐成为制约我国能源战略发展的重要因素,所以节能技术和解决环保问题一直是我国经济发展的聚焦点。传统的集中供能方式已逐渐不能满足我国可持续发展的复杂需求,而冷热电联供系统(Combined Cooling Heating and Power,CCHP)因其有高效的能源转换效率及发电方式,能够灵活调控电、热、冷三种能量流满足不同能量形式的供给问题,同时通过依托可再生能源驱动,排放的污染物较少,能与微电网(Microgrid)系统有效结合取得更好效果,成为当今能源领域中重要的研究发展趋势之一。本文首先阐述介绍了CCHP型微电网在国内外的研究发展现状,详细介绍微网中分布式能源的发电理论和冷热电联供系统的具体结构。对CCHP型微电网中主要设备根据其不同运行特性建立了相应的数学模型,其中可再生能源如风力发电机、光伏电池;可控分布式电源如燃气轮机、燃料电池等;其中冷热电联供系统内如吸收式制冷机、换热装置等;储能装置如蓄电池、蓄热槽、冰蓄冷空调,及电能设备如电锅炉、电制冷机等,为建立下文的优化调度数学模型提供理论基础。其次,介绍了帝国竞争算法(ICA)产生的背景及原理,针对传统的帝国竞争算法求解过程缺少突变的情况,再考虑到帝国个体有一定机率陷入局部最优,对传统的帝国竞争算法进行改进,提出一种自适应革命的帝国竞争算法(APICA)。引入一种国家革命的自适应调整概率,在全局最优解的搜索过程中,增大寻优,迭代范围,最大程度的防止帝国个体陷入局部最优解,从而能够在求解速度和收敛结果精度两个方面改善帝国竞争算法。对于一个单一供电型微电网的经济运行优化建立调度模型,考虑微网中各机组设备的运维成本和治理环境成本作为目标函数,基于电负荷功率平衡、各设备自身运行特性、蓄电池储能状态等约束条件,建立微网经济运行优化调度模型。本文运用改进帝国竞争算法(APICA)对该模型进行求解,并与其它智能算法如遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、微分搜索算法(DS)一同求解该模型进行对比,确定系统各设备出力状况,验证了算法的有效性。通过比较成本结果证明了APICA算法在处理这类问题时的优越性,利用该算法对于微网的经济优化调度有一定的借鉴意义。最后本文以含多种储能设备的冷热电联供型微网为研究对象,引入冰蓄冷空调(ISAC)以平衡微网压力。研究冰蓄冷空调不同运行方式对CCHP型微网综合效益的影响,以包含风力发电机、光伏电池、CCHP联供系统、不同形式储能装置如蓄电池、蓄热槽、冰蓄冷空调,补充辅助设备如电锅炉、电制冷机等的并网型微电网为例。综合考虑不同储能设备的储能特性、功率平衡及各分布式电源的运行特性等多种约束情况,建立以微网系统经济运行成本和环境治理成本最小为目标函数来优化调度微网中各机组出力。研究对比ISAC不同运行模式及利用电制冷机制冷对微网综合成本的影响,并通过APICA算法和GA算法对仿真结果进行对比分析。算例结果说明了优化调度模型的有效性和可靠性,并且验证了冰蓄冷空调在满足多能源负荷需求的基础上显著降低微网运行成本,具有更好的经济性和环保性。
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