《最小運行成本下基于粒子群算法的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計》9600字（論文）

最小運行成本下基于粒子群算法的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計摘要：由于近幾十年化石能源的開采情況愈發(fā)頻繁，導(dǎo)致其儲量逐漸降低。于是人們開始迫切地尋找新型清潔能源，比如風能。但是以此應(yīng)運而生的光伏發(fā)電，風力發(fā)電有著不穩(wěn)定，時限性的缺點。綜合能源系統(tǒng)將多種不同的能源耦合在一起，實現(xiàn)風能、電能、熱能的合理分配、高效利用。綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部相比于簡單系統(tǒng)更加復(fù)雜，研究其原理以及優(yōu)化也更加困難。對此，本文對綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部的主要設(shè)備，發(fā)電、產(chǎn)熱和儲能設(shè)備分別建立數(shù)學模型，綜合考慮。設(shè)置一定的約束條件，以系統(tǒng)的運行成本為目標函數(shù)，求其最小值，對其進行仿真優(yōu)化，仿真時采用粒子群算法作為其算法原理。優(yōu)化之后，經(jīng)各個單元協(xié)調(diào)運行，系統(tǒng)總成本將會有所降低，可再生能源將得到最有效化利用。關(guān)鍵詞：綜合能源系統(tǒng)粒子群算法優(yōu)化目錄第1章緒論 11.1研究背景和意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3本文主要研究內(nèi)容 2第2章綜合能源系統(tǒng)設(shè)備運行模型 32.1概述 32.2IES主要設(shè)備模型 32.2.1風力發(fā)電系統(tǒng)模型 42.2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)模型 42.2.3燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)模型 52.2.4燃氣鍋爐模型 52.2.5電化學儲能系統(tǒng)模型 62.2.6熱化學儲能系統(tǒng)模型 62.3本章小結(jié) 7第3章基于粒子群算法的IES運行優(yōu)化模型 83.1綜合能源系統(tǒng)運行優(yōu)化目標函數(shù) 83.2IES運行優(yōu)化約束條件 93.3粒子群算法簡介 10第4章算例分析 124.1概述 124.2仿真算例模型參數(shù) 124.3仿真過程 134.4設(shè)備出力情況 134.5優(yōu)化結(jié)果 16第5章結(jié)論與展望 175.1結(jié)論 175.2展望 17緒論研究背景和意義如今社會的高速發(fā)展離不開能源的供應(yīng)，尤其是近幾十年社會的飛速發(fā)展，更是消耗了大量的一次能源。不僅使得化石能源的儲存總量大大減少，而且環(huán)境問題也更加嚴重。在此雙重問題下，促使著人們?nèi)ふ也煌诨茉吹哪茉矗ゾ徑馍踔撂娲茉闯蔀槲磥砩鐣l(fā)展的必需、必要的能源。電能是由一次能源經(jīng)過各種方式轉(zhuǎn)化而成的二次能源，是萬家燈火的保障，是社會前行的基礎(chǔ)。化石能源的消耗大部分都是用于發(fā)電，所以，尋找新能源發(fā)電技術(shù)是當今社會發(fā)展的前提。表1-1電力平衡表項目1900199520002005201020152016201720182019可供量6230100231347324941419365802161204659147150974866生產(chǎn)量6212100771355625003420725814661332660447166175034水電126719062224397072221130311840119791231813044火電494580431114220473333194284244371475465096352202核電12816753173917032133248129443484風電44618582371297236604060新能源的尋找在近十幾年間進展巨大，核能、風能、太陽能、地熱能等能源的相繼出現(xiàn)，填補了空缺。表1-1電力平衡表是從《中國統(tǒng)計年鑒2021》摘取部分數(shù)據(jù)，從圖中可以很明顯看出，新型能源發(fā)電量正在逐年增加，可以緩解化石能源儲量不足的問題。由于風能和太陽能的隨處可見以及受地形限制較小的優(yōu)點，風能和太陽能發(fā)展迅速?，F(xiàn)如今，新能源體系的發(fā)展是必要的。但是這一過程需要技術(shù)支持，以及轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊哪茉窗l(fā)展觀念，是人類社會發(fā)展不可缺少的一環(huán)【1】。利用風能和光能的技術(shù)雖然發(fā)展迅速，但是其不穩(wěn)定性、反調(diào)峰性、受天氣影響較大等缺點限制了它們的發(fā)展?jié)摿?。綜合能源系統(tǒng)的提出有效解決了這一問題。綜合能源系統(tǒng)（簡稱IES）是由多個能源系統(tǒng)組合而成的分布式能源系統(tǒng)，其中包括可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、電熱儲能系統(tǒng)和其他能源系統(tǒng)【2】。綜合能源系統(tǒng)顯然滿足新型能源供給系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷-儲”一體化的架構(gòu)要求，用于滿足不同消費者對能源的不同需要，使得各種能源在一定程度上維持了供需平衡。綜合能源系統(tǒng)中擁有多種靈活性的可調(diào)用的資源，包括分布式電源、熱泵、儲能設(shè)備和用戶側(cè)負荷等。對于IES的運行優(yōu)化進行研究，是因為下面兩點內(nèi)容：不同種類的設(shè)備資源接入IES之中，使系統(tǒng)耦合更加復(fù)雜，當前研究成果尚且不足以滿足多種類型資源耦合要求；另外，傳統(tǒng)能源系統(tǒng)彼此毫無關(guān)系的調(diào)度方式，沒有辦法滿足多種類型能源進行互補，所以需要對IES運行優(yōu)化中的相關(guān)技術(shù)問題進行研究以解決問題。IES的探究和發(fā)展，以及環(huán)保、低碳能源體系的形成與發(fā)展，是我國甚至是全球能源發(fā)展轉(zhuǎn)型不可或缺的一步。IES能夠?qū)崿F(xiàn)多能互補、梯級利用等理論，減少能源浪費現(xiàn)象的發(fā)生，使可再生能源的能夠充分利用，高效應(yīng)對氣候變暖和環(huán)境污染的全球性環(huán)境問題。對于綜合能源系統(tǒng)的探索研究，可以改良我國能源利用現(xiàn)狀，對于能源利用的改革發(fā)展具有巨大意義。IES實現(xiàn)了多種不同能源之間的轉(zhuǎn)化以及儲存設(shè)備之間的協(xié)同合作、共同管理、協(xié)調(diào)互補；IES含有較多的能源設(shè)備單元，如何去協(xié)調(diào)各單元模塊的運行調(diào)度對綜合能源系統(tǒng)的推廣應(yīng)用具有重大意義。綜合能源系統(tǒng)運行方法可描述為：根據(jù)系統(tǒng)各設(shè)備運行情況得出抽象化的數(shù)學模型，以系統(tǒng)運行成本最小化建立最優(yōu)化模型，并且通過適合的方法求解該最優(yōu)化問題。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜合能源系統(tǒng)以其智能化、信息為手段，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組合區(qū)域內(nèi)多種能源，改變不同能源之間彼此割裂的形式，同時提升了可再生能源利用率，降低對生態(tài)環(huán)境的影響。本文的工作包含到了綜合能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化問題，下面對國內(nèi)外相關(guān)研究進行闡述【3】。對待這種最優(yōu)化類型的問題，一般采用下面兩種方法解決：數(shù)學規(guī)劃法以及以智能算法為代表的啟發(fā)式方法。在此研究方向上，綜合能源系統(tǒng)設(shè)備以及運行優(yōu)化問題已經(jīng)被國內(nèi)和國外許多研究人員建立了精細化的數(shù)學模型，并且對提出的模型使用相應(yīng)的方法進行求解，并且取得了豐富的研究成果。文獻[4]針對電能和熱能緊密耦合的綜合能源系統(tǒng)，考慮目前能源系統(tǒng)的實際運行情況，提出了“源-網(wǎng)-荷-儲”的協(xié)同優(yōu)化運行方法。建立了以運行總成本最小的目標函數(shù)，構(gòu)建了綜合能源系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷-儲”運行優(yōu)化模型。并且通過分析比較不同形式的仿真運行結(jié)果，驗證其有效性【4】。文獻[5]針對新能源出力的不確定性對綜合能源系統(tǒng)具有一定影響，建立了多時間尺度優(yōu)化模型，考慮了系統(tǒng)各部分的運行和固有約束，采用模型預(yù)測控制算法對系統(tǒng)優(yōu)化模型進行優(yōu)化，最后通過算例驗證了此方法的有效性【5】。文獻[6]針對綜合能源系統(tǒng)的碳目標約束和需求側(cè)響應(yīng)，考慮已有約束的同時，增加了碳排放約束，以經(jīng)濟成本運行成本最小和碳排放量最低為目標函數(shù)，建立了綜合能源系統(tǒng)日前優(yōu)化模型，通過算例分析不同場景運行優(yōu)化結(jié)果，證明了碳排放量確實有效降低了【6】。文獻[7]探討了當前新能源政策對園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的收益，同時考慮新能源的不確定性和供需不匹配性，從供能側(cè)、需求側(cè)、政策側(cè)三方面綜合考慮，構(gòu)建了以園區(qū)收益最大化的目標函數(shù)，優(yōu)化模型為魯棒隨機優(yōu)化模型。最后在考慮政策層面，分析仿真結(jié)果，以獲得最大收益【7】。本文主要研究內(nèi)容在本文中，針對綜合能源系統(tǒng)進行研究，探尋能夠同時兼顧電、熱、氣多能耦合的運行優(yōu)化控制策略。具體工作如下：（1）簡要介紹了本文的研究背景，包括綜合能源的發(fā)展、優(yōu)化控制發(fā)展的意義與現(xiàn)狀【8】。（2）基于能量母線方法建立IES多能流構(gòu)架并分析其多能互補特性，針對某典型電熱綜合能源系統(tǒng)，根據(jù)光伏發(fā)電、風力發(fā)電、燃氣輪機熱電聯(lián)供單元、燃氣鍋爐和電、熱儲能等主要能量轉(zhuǎn)化及存儲設(shè)備單元的運行特性，建立IES設(shè)備運行數(shù)學模型。（3）基于IES內(nèi)部主要設(shè)備數(shù)學模型，綜合考慮平衡關(guān)系、IES實際運行中的天然氣消耗、與上級電網(wǎng)的功率交互和設(shè)備實際運行過程中限制，以總成本為目標函數(shù)構(gòu)建IES運行優(yōu)化模型（4）以國內(nèi)某園區(qū)IES為算例，根據(jù)其內(nèi)部設(shè)備參數(shù)，對某日內(nèi)系統(tǒng)運行調(diào)度優(yōu)化情況進行仿真計算分析。通過算例驗證本文所提出的IES運行調(diào)度優(yōu)化方法的可行性，為IES實際運行過程中的運行策略的制定提供綜合能源系統(tǒng)設(shè)備運行模型概述IES能夠有效整合利用可再生能源和化石能源等多種能源，同時關(guān)注了能源供應(yīng)的環(huán)保性和經(jīng)濟性，有效的解決了可再生能源的浪費等問題，提升系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部含有多個能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，多種能源協(xié)同工作、互濟互補，因此能量流也變得特別繁雜，為進一步捋清楚綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部的能量耦合關(guān)系，需對其進行建模分析研究，也是使其高效運行的關(guān)鍵。IES主要設(shè)備模型本章主要是對綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部的各個設(shè)備進行簡要敘述以及模型的建立，本文采用通用能量母線式對IES進行建模【9】，主要對其中的能量轉(zhuǎn)換以及儲存設(shè)備進行建模，為后續(xù)工作奠定模型基礎(chǔ)。不同能源的相互轉(zhuǎn)化在IES中展現(xiàn)的淋漓盡致：其中電能和天然氣是IES之中最優(yōu)質(zhì)的能源，因為其可以轉(zhuǎn)化成其他能源；熱能和冷能是IES之中較為優(yōu)質(zhì)的能源;風能和光能只能進行單向轉(zhuǎn)化，并且其本身具有出力的不穩(wěn)定性，而且無法進行儲存，因此，太陽能和風能是綜合能源系統(tǒng)之中質(zhì)量較低的能源【3】。如圖2-1所示，本文介紹的是一種典型的電熱聯(lián)產(chǎn)的綜合能源系統(tǒng)，從圖中可以看出，IES的主要設(shè)備包含風電、光伏、分布式燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（包括電鍋爐與熱泵，圖中為英文縮寫CHP）、燃氣鍋爐、熱儲能系統(tǒng)、電儲能系統(tǒng)等設(shè)備單元，分別對他們建立建模分析。風能和太陽能因為是不可調(diào)度的分布式能源，為了最大化利用，因此其發(fā)電功率將得到全部利用，然后再由其他設(shè)備對其缺額部分進行補充或者對其剩余部分進行儲存或者消納。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s11綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖風力發(fā)電系統(tǒng)模型風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)已為大眾熟知，是一種風電轉(zhuǎn)換技術(shù)，發(fā)電過程安全環(huán)保，較其他傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)可有效減少污染。而且隨著對風力發(fā)電技術(shù)的研究，裝機成本也在慢慢下降，近年來風電技術(shù)也是得到了重用，尤其是在地勢開闊的平原、高原地帶。風能在夜晚時更加充足，然而，用電的高峰期一般在白天，其反調(diào)峰特性會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的電勢沖擊。IES的多能互補特性是該問題的一個有效措施，通過協(xié)調(diào)控制多種能源的轉(zhuǎn)化及儲存利用，可實現(xiàn)能量連續(xù)、穩(wěn)定且高效供應(yīng)。風力發(fā)電的輸出模型為：（2-1）式中：輸出功率（kW）；葉片半徑（m）；空氣密度（kg/m3）；風能利用系數(shù)；空氣流速（m/s）。光伏發(fā)電系統(tǒng)模型化石能源是幾百萬年前存儲的太陽能，風的流動也是因為氣流溫度不一致而形成，地球上現(xiàn)存的能源，幾乎全部來自于太陽能。因此，想辦法利用太陽能，是刻不容緩的事。現(xiàn)如今，直接利用太陽光的技術(shù)，就是通過光伏板直接發(fā)電。太陽光是非常廉價的能源，光伏發(fā)電的成本，幾乎全部集中在光伏板。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，光伏發(fā)電已經(jīng)是較為成熟、經(jīng)濟的技術(shù)，對于人類來說也是取之不盡，清潔無污染的能源。在光伏發(fā)電設(shè)備的運行中，其出力受制于實際工況因素，因此對標準測試條件（簡稱STC，光強為1000W/m2,環(huán)境溫度為25（2-2）式中時刻光伏設(shè)備輸出功率(kW)；降額系數(shù)，取值為0.9；光伏的額定功率(kW)；——時刻的實際光強(W/m2)；對應(yīng)的光照強度，1000W/m2；時刻光伏電池板表面溫度(℃)，具體計算方式如公式（2-3）所示；對應(yīng)光伏電池板表面溫度，25℃。（2-3）式中時刻環(huán)境溫度(℃)；時刻環(huán)境風速.燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)模型燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種集發(fā)電和供熱為一體的單元。其中，相比于單獨發(fā)電和供熱而言，效率更高，排放廢氣更少，對環(huán)境更加友好，成本也更加低?？梢曰厥杖細廨啓C發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱廢氣，回收利用產(chǎn)熱，實現(xiàn)能源回收，減少浪費，因此效率更高。并且其占地面積小，易管理，啟動快。即便因其規(guī)模問題而局限于只能小面積推廣，但是此單元在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢，注定以后會成為供能的主流。燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)模型，可由下式表示：（2-4）（2-5）式中t時段輸出電功率(kW)；t時段回收熱功率(kW)；t時段發(fā)電效率；t時段天然氣消耗速率(m3/h)；天然氣的熱值，取9.7kWh/m3【10】；散熱損失率，本文取值為0.15。燃氣鍋爐模型燃氣鍋爐相較于其他鍋爐而言，更加經(jīng)濟、更加環(huán)保，因為其燃料為天然氣。在IES中，作為備用熱源，當供熱不足時，補充其缺額，通過與燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)單元的回收熱廢氣單元相互配合，實現(xiàn)IES的靈活高效供熱。本文不研究燃氣鍋爐內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只簡單研究燃氣鍋爐模型，如下式所示：（2-6）式中t時段輸出熱功率(kW)；運行效率，取值0.8并假定其保持不變；t時段天然氣消耗速率(m3/h)。電化學儲能系統(tǒng)模型IES的電負荷突然增加時，燃氣輪機的發(fā)電功率無法快速增加，此時就可通過釋放電儲能系統(tǒng)內(nèi)部電能緩解負荷壓力，維持IES的正常運行；電負荷突然減少時，燃氣輪機的發(fā)電功率無法快速減少，余出的電能就可存儲在電儲能系統(tǒng)中，避免電能的浪費。對電能的釋放與存儲，使得電儲能系統(tǒng)在IES的能源調(diào)度中，靈活調(diào)動，從而極大地提高了系統(tǒng)能效和穩(wěn)定性，對于“雙碳”背景下現(xiàn)行電網(wǎng)中高比例可再生能源的接入，具有至關(guān)重要的作用，是IES不可或缺的組成部分?；谏鲜鰞?yōu)點，儲能技術(shù)得到大規(guī)模推廣。下面對實際運行中的充放電過程進行數(shù)學建模，如公式（2-7）和（2-8）所示：（2-7）（2-8）式中t時段系統(tǒng)容量(kWh)；能量自損率；充電效率；放電效率；t時段充放能功率(kW)；調(diào)度周期，取1h；t時段蓄能狀態(tài)(%)，其取值范圍為0-100%；系統(tǒng)額定容量(kWh)。熱化學儲能系統(tǒng)模型儲能技術(shù)被視作解決可再生能源應(yīng)用帶來的不穩(wěn)定性和波動性的關(guān)鍵技術(shù)。近年來許多專家學者對儲熱材料進行了大量的研究，儲熱技術(shù)進步良多，在未來必會得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。IES的熱負荷突然增加時，設(shè)備的輸出熱功率無法快速增加，此時就可通過釋放熱儲能設(shè)備內(nèi)部熱能緩解負荷壓力，維持IES的正常運行；熱負荷突然減少時，設(shè)備輸出的熱功率無法快速減少，余出的熱能就可存儲在熱儲能設(shè)備中，避免熱能的浪費。在本文所介紹的電熱IES中，熱能在各設(shè)備之間的靈活轉(zhuǎn)移，使得熱能的利用更充分合理，提高系統(tǒng)能源利用效率和運行的靈活性。本文參照蓄電池儲能的充放電模型，建立了蓄熱儲能系統(tǒng)的數(shù)學模型，如下式所示：（2-9）（2-10）式中t時段容量(kWh)；能量自損率；充電效率；放電效率；t時段充放能功率(kW)；t時段蓄能狀態(tài)(%)，其取值范圍為0-100%；額定容量(kWh)。本章小結(jié)本章主要任務(wù)是對IES內(nèi)部主要設(shè)備建立數(shù)學模型，其中包括以風光這種可再生能源發(fā)電的風電模型和光電模型，主要承擔電負荷的燃氣輪機模型和主要承擔熱負荷的燃氣鍋爐模型，以及滿足電能調(diào)度的電儲能模型和滿足熱能調(diào)度的熱儲能模型。簡單介紹其原理，并建立起各自的數(shù)學模型，以便分析其能量調(diào)度過程。為后續(xù)仿真，建立基礎(chǔ)數(shù)學模型?；诹Ｗ尤核惴ǖ腎ES運行優(yōu)化模型綜合能源系統(tǒng)運行優(yōu)化目標函數(shù)身為IES的擁有者，首要的目標就是如何獲取最大利益。當運行成本越小時，總收益也會越大，因此，選取IES運行總成本為目標函數(shù)?？偝杀居扇糠纸M成，計算公式如下：（3-1）式中系統(tǒng)運行總成本(元)；燃料購置成本(元)；系統(tǒng)與上級電網(wǎng)交互成本(元)；設(shè)備運行維護成本(元)【11】。在IES架構(gòu)中，運行過程中所需能源為天然氣資源的設(shè)備，分別為燃氣輪機和燃氣鍋爐設(shè)備，燃氣輪機通過使用天然氣產(chǎn)熱、產(chǎn)電，燃氣鍋爐通過燃燒天然氣產(chǎn)生熱能。因此燃氣故燃料購置成本是由燃氣輪機與燃氣鍋爐兩部分的共同消耗組成，如公式（3-2）所示：（3-2）式中天然氣單價(元/m3)，本文取3。IES處于并網(wǎng)運行狀態(tài)，當電負荷高于燃氣輪機與可再生能源的發(fā)電功率，并且電儲能設(shè)備內(nèi)部無剩余電能時，可從上級電網(wǎng)購電，以滿足綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部的用電需求；同時，也可以在滿足綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部的用電負荷，并且電儲能設(shè)備內(nèi)部儲能滿負荷時，向上級電網(wǎng)售電。因此模型表述如下：（3-3）式中t時段交互功率單價(元/kWh)；t時段交互功率。在綜合能源系統(tǒng)正常運行過程中，設(shè)備不可避免會有所磨損和故障，磨損到一定程度，就需要更換設(shè)備，故障時需要維修，平時也需要進行維護，還需要承擔員工的工資等等開銷。通常把這些費用等效換算為設(shè)備生產(chǎn)單位功率上面，設(shè)備運行維護成本模型如公式（3-4）所示：（3-4）式中、、、、、分別為光電系統(tǒng)、風電系統(tǒng)、燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)、燃氣鍋爐、電儲能系統(tǒng)、熱儲能系統(tǒng)的單位功率運行維修費用(元/kWh)。IES運行優(yōu)化約束條件（1）電功率及熱功率約束（3-5）（3-6）式中t時段用戶用電負荷；t時段用戶用熱負荷(kW)。（2）可控設(shè)備功率約束在本文的IES運行優(yōu)化模型中，風機發(fā)電與光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電能將得到全部利用，因此風電與光電設(shè)備作為不可控的發(fā)電設(shè)備，可控設(shè)備包含燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)、燃氣鍋爐、電儲能系統(tǒng)、熱儲能系統(tǒng)，結(jié)合設(shè)備配置的實際容量情況，對它們的運行功率進行限制，如公式（3-7）-（3-10）所示：（3-7）（3-8）（3-9）（3-10）式中、燃氣輪機熱電聯(lián)供系統(tǒng)功率上下限值(kW)；、燃氣鍋爐功率上下限值(kW)；、電儲能系統(tǒng)功率上下限值(kW)；、熱儲能系統(tǒng)功率上下限值(kW)。粒子群算法簡介在二十世紀九十年代中期，有兩位博士通過研究鳥類捕食行為提出了粒子群算法。像這樣學者受到自然行為而提出的算法還有許多，如蟻群算法等等。本文采用的粒子群算法，簡單原理就是，每只鳥都去搜索距離食物最近的鳥兒所在的附近區(qū)域。其中最重要的就是迭代過程之中的更新：粒子i的第d維速度更新公式：（3-11）粒子i的第d維位置更新公式：（3-12）：加速度常數(shù)，調(diào)節(jié)學習最大步長（超參數(shù)）

：0-1的隨機數(shù)

：慣性權(quán)重2.算法流程（1）初始化：初始化粒子群體（群體規(guī)模為n）的參數(shù)，包括隨機位置和速度【12】。（2）計算：根據(jù)目標函數(shù)，評價每個粒子的適應(yīng)度。（3）尋找最優(yōu)位置：將每一次迭代后的粒子，與前一個粒子的適應(yīng)值作比較，如果此粒子適應(yīng)值更高，就取代上一個粒子，成為個體最優(yōu)解；反之，上一個粒子還是個體最優(yōu)解，不被替代。（4）尋找最優(yōu)解：將每一次迭代后的粒子群，與前一次粒子群的適應(yīng)值作比較，如果此粒子群適應(yīng)值更高，就取代上一個粒子群，成為整體最優(yōu)解；反之，上一個粒子群還是整體最優(yōu)解，不被替代。（5）迭代更新：根據(jù)公式（3-11）和（3-12）進行迭代，每次迭代之后，保留最優(yōu)解，以便與下次迭代結(jié)果進行比較，直到迭代次數(shù)用完為止。算法流程圖如下：開始開始初始化粒子群計算每個粒子的適應(yīng)度達到最大迭代次數(shù)或全局最優(yōu)位置滿足最小界限根據(jù)適應(yīng)度更新pbest、gbest，更新粒子位置速度結(jié)束YesNo算例分析概述本章節(jié)中的算例是北方某一園區(qū)，其中的電、熱負荷選取自某典型日（風光正常的一日）的參數(shù)。根據(jù)所用參數(shù)，代入前面所建立的各設(shè)備數(shù)學模型中，求出目標函數(shù)。在軟件之中編程，利用粒子群算法進行迭代更新，得出結(jié)果。仿真算例模型參數(shù)本文以我國北方某園區(qū)綜合能源系統(tǒng)為研究對象，其中主要設(shè)備包含風電機組、光伏機組、分布式燃氣熱電聯(lián)供系統(tǒng)、燃氣鍋爐及電熱儲能系統(tǒng)。圖4-1顯示的是光伏、風機、燃氣輪機、燃氣鍋爐四個供能設(shè)備的額定容量、效率、單位運行維護成本、爬坡約束以及設(shè)備功率約束參數(shù)；圖4-2為電熱儲能設(shè)備的額定功率、功率范圍、單位運行維護成本參數(shù)。圖4-1供能設(shè)備參數(shù)圖4-2儲能設(shè)備的參數(shù)圖4-1內(nèi)有四條曲線，分別為電負荷、熱負荷、風機出力以及光伏出力預(yù)測曲線。在一天之中，分別在07：00到08:00、11:00到14:00、19:00到20:00、22:00到23:00出現(xiàn)用電高峰期，電負荷曲線出現(xiàn)相應(yīng)變化。熱負荷曲線與電負荷正相反，峰值出現(xiàn)在04:00，夜間時期寒冷，熱負荷急劇增加；白天氣溫相較于夜晚有所提高，熱負荷下降。風機出力具有反調(diào)峰性，也就是說，電負荷峰值時，風機出力為峰谷；電負荷峰谷時，風機出力為峰值，就會造成浪費，但是在IES中，可以把多余的電儲存起來，在需要時再放出來，就能大大提高風能的利用率。光伏出力曲線從07：00開始發(fā)電，到19:00停止發(fā)電。光伏發(fā)電受氣候影響較大，具有時限性，在IES中可以協(xié)調(diào)利用。該園區(qū)IES與上級電網(wǎng)相連，可從上級電網(wǎng)購電以及余電上網(wǎng)。目前園區(qū)采用的電價策略是價格為0.85元/kWh的固定電價。仿真過程根據(jù)經(jīng)驗將參數(shù)設(shè)置如下：ω=0.729、C1=C2=1.494、Npar=200,titermax=300.【13】ω為慣性權(quán)重，反映粒子自身慣性的影響程度。這個數(shù)越大，代表著它不容易更改之前的運動路線，更傾向于探索未知領(lǐng)域。C1，C2為學習因子。C1為個體學習因子，這個因子越大，鳥兒越傾向于飛往它自己曾去的食物量最多的地方。C2為社會學習因子，這個因子越大，鳥兒越傾向于飛往其他鳥兒曾去的食物量最多的地方。本次仿真需要具備一定的編程基礎(chǔ)，如果基礎(chǔ)薄弱，可能無法完成仿真。在此過程中，需要把自己的目標函數(shù)，從數(shù)學模型變成計算機能夠理解的語言。圖4-1園區(qū)某典型日的電熱負荷和可再生能源出力預(yù)測曲線設(shè)備出力情況各設(shè)備出力情況如下圖所示：圖4-2一天之中燃氣輪機出力圖4-3一天之中燃氣鍋爐出力圖4-4一天之中電儲能設(shè)備圖4-5一天之中熱儲能設(shè)備圖4-6園區(qū)主要設(shè)備出力園區(qū)內(nèi)主要設(shè)備出力情況如圖4-2到4-6所示，分析如下：（1）儲能設(shè)備運行情況：在00:00到07:00之間，電儲能設(shè)備一直處于放能狀態(tài)，在之后的時間里就一直處于充放能狀態(tài)，與各設(shè)備協(xié)調(diào)運行，盡可能利用可再生能源。儲熱設(shè)備在04:00到07:00與18:00到24:00處于放熱狀態(tài)，其余時間處在充放熱狀態(tài)，協(xié)調(diào)互補。（2）燃氣輪機運行情況：在00:00到08:00之間燃氣鍋爐處于出力狀態(tài)，因為在此期間電負荷高于風機功率，而光伏發(fā)電由于光照原因，基本不發(fā)電，因此燃氣鍋爐處于出力狀態(tài)，多出的電能通過電儲能設(shè)備儲存。而在之后的時間，電負荷由風力機組、光伏機組、儲能設(shè)備以及上電網(wǎng)協(xié)同滿足。（3）燃氣鍋爐運行情況：從圖中可以清楚看出，燃氣鍋爐的運行狀態(tài)和熱儲能設(shè)備幾乎是完全相反的兩種狀態(tài)。這也很好理解，燃氣鍋爐產(chǎn)生的熱量滿足熱負荷之后有剩余，儲存在熱儲能設(shè)備之中。以及熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)之中的熱量，三者達到熱平衡狀態(tài)。優(yōu)化結(jié)果經(jīng)過粒子群算法優(yōu)化之后系統(tǒng)運行總成本有所下降，風能以及太陽能物盡其用，減少了“棄風”、“棄光”現(xiàn)象的發(fā)生，提高了能源利用率，符合我國可持續(xù)發(fā)展道路。綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部多種能源協(xié)調(diào)互補，運行過程中可再生能源最大化利用，全部利用其功率，其不足或剩余通過其他設(shè)備補足或者儲存。算例結(jié)果表明，粒子群對綜合能源系統(tǒng)的模型優(yōu)化能起到有效的提升，有利于提高系統(tǒng)的能源利用率。結(jié)論與展望結(jié)論化石能源的不足以及環(huán)境問題的惡化，促使著科學家去尋找新型能源、清潔能源。面對這一難題，綜合能源系統(tǒng)這一概念橫空出世，其內(nèi)部的可再生能源利用率大大提高。綜合能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)內(nèi)部多種能源，互補互濟，符合我國可持續(xù)發(fā)展理念。在未來的能源體系中，綜合能源系統(tǒng)必將因其經(jīng)濟性、智能化、信息化占據(jù)能源體系的重要席位，充分利用可再生能源。為人類繼續(xù)尋找可靠能源，提供了更多的時間。風能、光能的利用，必將減少化石能源的使用，環(huán)境問題也將得到緩解，社會進入可持續(xù)發(fā)展道路。展望粒子群算法雖然迭代速度快，計算速度快，但是有一個不可避免的缺點，橘色容易陷入局部解，后續(xù)將對粒子群算法進行改進，使其對綜合能