备战条件下能源互联网优化配置方法

2020-07-21郑晓坤牛延莉

通信电源技术 2020年8期

郑晓坤，牛延莉，孙辉

（中国人民解放军78111部队，四川成都 610000）

0 引言

目前，已有能源互联网的研究都未考虑军事应用和战争因素。在非和平时期，骨干网电力系统将变得不可靠，军事和民用设施的电力供应将是大问题。因此，考虑备战条件下的军事能源互联网的优化配置很必要[1]。本文通过合理配置城市中可再生能源发电设备、燃油的存储量以及战时能量供应原则，使军事能源互联网在和平时期运行符合经济运行原则，在非和平时期能给军事需求提供稳定充足的能量供给，实现“和平和战争相结合、供能可靠、来源广泛”的战争供能原则。

1 军事能源互联网结构及运行准则

备战条件下的军事能源互联网（Military Energy Internet，MEI）是围绕着重要的军事单位建立的能源互联网，系统结构及能量供应关系如图1所示。

在和平时期，外网供电稳定，系统的优化目标是使经济效益最大化。通过合理控制系统运行策略，使MEI系统与外电网的交互过程既能满足负荷需求，又能使经济效益最大化。在非和平时期，外网供电不稳定、不可靠，系统内部的军用负荷需要内部的发电单元及民用微电网的支持。在非和平时期，确保军用载荷的供电是首要目标。

备战条件下，能源互联网系统优化配置的目标是综合考虑内部、外部环境因素，协调控制MEI和CV的供应关系，优化系统中各发电单元容量、储能设备容量等，使得系统建设和运行的经济性以及非和平时期的供电稳定性达到最优。

2 MEI系统优化优化配置模型

军事能源互联网中，各发电单元模型（风、光、储、柴发电机模型）可参考文献[2]。

2.1 MEI年化成本

考虑MEI系统的建设成本时，一般用各部件的年化成本（ACS）来衡量。广义电源年化成本可以用式（1）进行计算：

其中，Cx为MEI系统中电源x的固有成本的年化成本。

2.2 MEI运行成本

MEI的运行成本主要指在和平时期系统满足负荷需求与外电网发生交易时总的经济付出。以一天为运行优化时长，以4 h为步长，根据优化做出每天的运行策略，计算总的周期T内系统的运行成本：

图1 MEI系统结构

假设规划期为T，di,i∈(0,1,2,…,T)为规划期内的第i天。在规划期内，非和平时期的开始时间为T0，结束时间为T1。Cdi为MEI在第i天内按优化策略运行一天的成本。根据图1中MEI系统的能量供应关系，第i天的运行成本为：

第i天的运行优化策略为使经济最大化，优化结果是MEI一天的运行成本，决策变量的取值是每一步长系统的运行策略。

2.3 MEI负荷切除代价

非和平时期外电网供电不稳定，增加的军用负载增大系统负荷需求，在电力供应不足时将导致部分载荷从系统切除，由此造成的影响可以用代价函数表示（可靠性目标为最小化切除代价），则非和平时期代价函数可以表示为：

3 算例分析

为验证本文提出的优化配置MEI方法的有效性，以实际数据为参考，通过构建一个包含一个军事微网和两个民用微网的MEI算例来验证模型。仿真一个规划时间为5年，假设非和平期持续2个月，优化单位时长为4 h，以此计算MEI的优化配置方案。

3.1 参数设置

风速、光照强度以及载荷需求等环境数据参考 GEF Com 2014 Data（Global Energy Forecasting Competition 2014 Data）中提供的标准数据[3]。

MEI系统中可再生能源发电模型参考文献[1]，其中各部件的参数设置如表1所示。

3.2 算法求解结果

利用PICEA-g算法进行求解，根据算法参数设置，算法的进化代数设为100。以系统运行经济性和非和平时期负荷切除代价为收敛目标，得到能综合协调这两个目标的结果。利用PICEA-g算法得到的收敛结果如图2所示。

表1 MEI系统各部件参数

图2 MEI系统多目标优化帕雷托前沿

算法运行结果的最后一代帕雷托前沿中共有50个解，表示50种MEI优化配置方案。选择一个配置结果：光伏板装机容量380 kW，风机装机容量510 kW，蓄电池容量4 200 Ah，柴油存储量15 248.48 kg，计算求得MEI系统总成本为1 695 731 $，在为期两个月的非和平期负荷总切除代价为45.75，军用核心负荷持续工作时间为24天（大于20天），满足军方对作战条件下需要持续供应最低时限的要求[4]。