改进鲸鱼算法求解微电网运行规划问题

作     者：刘奕兴 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张寿明

授予年度：2023年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：微电网 运行规划 非线性优化 自适应 Levy轨迹 改进鲸鱼算法 

摘      要：随着能源需求的增长和对环境的担忧,全球对可再生能源的关注度不断提高。可再生能源的不断开发,加上分布式能源发电技术的成熟和成本下降,促进了微电网的发展。微电网是一种由多个分布式能源设备和能源储存设备组成的小型电网系统,它既可以独立运行,也可以与主电网单向连接或相互连接,能够为一个小型社区、建筑物或企业提供可靠、安全、经济和环保的能源供应。微电网已经成为解决能源供应问题和推进能源转型的重要手段。因此,微电网的运行规划是确保微电网中各分布式电源安全高效输出和电力系统稳定运行的关键之一。微电网运行规划是指针对微电网系统的特点和需求,制定出系统运行的具体方案和策略。本文围绕微电网在并网运行和离网运行两种模式下的运行规划问题以及解决相关问题的求解方法展开研究。主要工作如下:(1)根据微电网中风力发电、光伏发电、蓄电池组、柴油发电和燃料电池的运行特性,得到各分布式能源发电的数学模型以及微电网安全运行条件下需要满足的约束条件。在此基础上,将微电网中各发电设备运行维护成本、燃料使用成本、微电网与主电网的交互成本和污染物排放成本之和作为综合成本,以最小化综合成本为优化目标,建立并网型与离网型微电网运行规划模型。(2)微电网的运行规划问题受多种因素影响,包含多个变量和约束条件,构成了一个具有挑战性的非线性优化问题。传统的优化方法在优化过程中受复杂计算带来的影响,效果不明显。因此,利用元启发式算法求解复杂非线性优化问题能有效提高求解精度,如鲸鱼算法等。鲸鱼算法具有全局搜索能力强、收敛速度快和不易受初始参数影响的优点,在处理高维问题时表现良好。本文在原始鲸鱼算法的基础上基于自适应惯性权重和Levy飞行轨迹提出一种改进的鲸鱼算法,进一步增强鲸鱼算法全局搜索能力,提高求解精度,并设计对比实验以验证改进鲸鱼算法的有效性。(3)考虑到一年四季气候环境的差异影响可再生能源出力和负荷需求,本文以春夏秋冬四季中各自的典型日为代表,分析了四个季节微电网的运行差异,以便更有针对性地制定微电网的运行方案。最后,采用改进鲸鱼算法对模型进行求解,并通过实例仿真求解得到四个季节的并网型与离网型微电网运行规划结果。经过对比验证,在使用微电网春季典型日的数据测试本文优化目标时,相比其他几种对比算法,改进鲸鱼算法求解的微电网实际总成本降低了至少15%,至多29%。此外,求解得到的四季典型日并网型与离网型微电网的运行方案平衡了可靠性和环保性,能够保证微电网安全稳定运行。