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基于改进粒子群算法的微网经济性优化摘要：研究一种含有微型涡轮机-燃料电池-储能电池混合能源的可再生微网系统，针对不同的分布式电源及储能装置的运行特性建立相应的数学模型，考虑系统的负载需求、与主网交互时购买及销售电的价格等约束条件，建立并网运行成本最优的经济性模型。根据模型特性选用改进的粒子群优化算法对该非线性系统进行优化，采用分段函数作为惯性权重，并加入单纯形调优法调整粒子，算法在求解大状态空间维数的优化问题时，具有更好的稳定性。典型算例验证表明，所提经济模型合理，求解算法效果良好。关键词：微网；分布式电源；粒子群算法；单纯形调优法OperationManagementofaRenewableMicrogridBasedonImprovedParticleSwarmPENGMing-cheng（HeFeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）Keywords：microgrid；energymanagement；PSO（Particleswarmoptimization）；simplexevolutionarymethod分布式电源是一种靠近用电需求侧配置较小的发电机组，一般在几千瓦至几十兆瓦之间，常见的机组有燃料电池、小型燃气轮机、小型光伏发电、小型风力发电等。具有提高供电可靠性、减少输电损失、增加能源利用率、解决偏远地区供电困难、低成本等优势。用电需求的增加、环境问题的突出、技术的发展等因素的共同作用使得分布式发电成为新世纪重要的能源选择[1-2]。然而，大量分布式电源的投入，在带来好处的同时，也给电网的安全运行、电能质量等方面带来了巨大挑战，因此，人们提出了微网的概念。微网是相对于传统主电网的一个概念，它由分布式电源、电力负载、储能装置以及控制装置按照一定的拓扑结构组成，并通过静态开关与传统主电网相连，既可以与其并网运行，也可以孤岛模式运行，较好的解决了分布式发电给电网带来的种种不良影响[3-5]。电力系统经济调度是电网控制运行的重要内容，其本质是在满足器件运行特性、供电可靠性等多方面约束条件下，以电网运营成本为优化目标。微网作为电力系统的一部分，且其所占地位越来越重要，研究其经济型调度很有必要。目前为止，已有了大量的电网操作管理优化方面的研究，主要目标函数为低成本、低污染和高可靠性等。文献[6]分析了三种模式的小型热电联产系统，分析说明了最小经济效益管理操作策略的优越性；文献[9]以投资者的角度，考虑了设备建设、运行操作管理及设备维护的综合耗费，并提出一种二次规划与粒子群算法的混合算法，对目标函数进行了优化；文献[10]针对一种由柴油机组、燃料电池及微型燃气轮机组成的混合能源系统的微网模型进行了分析研究，并提出一种自适应改进的粒子群算法对该系统一天的运行成本进行优化；文献[13]在微网经济性运行优化中，侧重考虑了铅酸蓄电池的保护使用，依此建立了多目标微网经济性优化模型，全面地评估系统经济性以及铅酸蓄电池的损耗水平；文献[14]针对风能、光能、微型燃气轮机热电联供应及储能电池混合能源系统，分析了各电气设备的运行特性，提出了合适的线性化方法，将微网规划问题转化为混合整数线性规划问题求解。考虑到微网自身拥有双向交互能力，合理地控制微网内各设备的运行，利用实时电价下不同时间段的电价差额，可以降低微网运行成本，进而使微网更加经济有效地运行。针对可再生能源发电、微型涡轮电机、燃料电池及储能电池等组成的混合能源系统，分析其上网运行策略下的运行特性，提出了以天成本最小为目标的数学模型。该模型状态空间维数较大，传统的优化方法存在优化时间过长、优化结果精度较低及优化结果分散度较大等问题。因此，本文扩展了标准粒子群算法，采用分段函数表示其惯性权重，并运用单纯形调优法改进其粒子更新。在此基础上，采用该算法对问题模型优化求解，并与多种粒子群算法优化结果进行比较，验证了该方法的可行性及有效性。1问题描述1.1问题模型一种典型的低压侧微网物理系统模型如图1所示：系统中包含着多种分布式电源，主要有微型涡轮发电机（MT）、低温型磷酸燃料电池（PAFC）、光伏发电机（PV）、风能发电机（WT）、镍氢电池（NiMH-Battery）等，涡轮电机、燃料电池和储能电池作为混合型后备能源分布于微网各处，平衡可再生能源的电量供应与负载需求之间的平衡；在此，我们只考虑系统的电力供应，而不考虑微网的供热系统，并且系统只考虑分布式电源的有功功率；系统中的负载需求分为三种，分别是居民负载、工业负载和商业负载，这三种需求在系统中全部能够得到满足；此外，系统通过公共连接点（PCC）连接着主电网（Grid），在上网运行模式下，微网不仅可以在有需要的时候向主电网买入电能，还可以在适当的时候向其售卖电能。整个微网系统的操作管理由微电网中央