張曉，謝開(kāi)貴，胡博

（重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400044）

計(jì)及運(yùn)行策略的光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置

張曉，謝開(kāi)貴，胡博

（重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400044）

光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)中，系統(tǒng)投資、運(yùn)行維護(hù)和停電損失等綜合成本受系統(tǒng)運(yùn)行策略的影響?；谙到y(tǒng)不同的運(yùn)行策略，建立混合系統(tǒng)充裕性評(píng)估模型。在此基礎(chǔ)上計(jì)及系統(tǒng)運(yùn)行策略、停電損失、儲(chǔ)能設(shè)備壽命、環(huán)保折算成本等因素，建立以系統(tǒng)綜合成本最小為目標(biāo)的容量?jī)?yōu)化配置模型，采用遺傳算法求解各種運(yùn)行策略下系統(tǒng)的最優(yōu)配置。通過(guò)算例分析不同運(yùn)行策略下系統(tǒng)的最優(yōu)配置，并進(jìn)一步分析不同可靠性約束、燃油價(jià)格變化對(duì)系統(tǒng)配置的影響。算例表明，系統(tǒng)不同的運(yùn)行策略對(duì)應(yīng)不同的最優(yōu)配置，同時(shí)可靠性約束、燃油價(jià)格對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)配置及綜合成本也有一定影響。

光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)；運(yùn)行策略；可靠性；優(yōu)化配置；遺傳算法

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化石能源逐漸緊缺，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，太陽(yáng)能作為一種清潔可再生能源發(fā)展迅速。對(duì)于光資源比較豐富的邊遠(yuǎn)地區(qū)，含光伏發(fā)電的小型獨(dú)立系統(tǒng)是解決其供電問(wèn)題的有效途徑。由于光資源的間歇性和波動(dòng)性，在獨(dú)立電網(wǎng)中應(yīng)用儲(chǔ)能設(shè)備不僅可以平抑光伏功率波動(dòng)，還能起到儲(chǔ)存能量和平衡負(fù)載的作用，提高供電的可靠性與穩(wěn)定性。

國(guó)內(nèi)外已對(duì)含光伏發(fā)電的混合系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置進(jìn)行了研究：文獻(xiàn)[1]以單位電能成本和單位千瓦投資最低建立風(fēng)光互補(bǔ)抽水蓄能電站系統(tǒng)配置的優(yōu)化模型；文獻(xiàn)[2]提出混沌優(yōu)化多目標(biāo)遺傳算法對(duì)包含風(fēng)電、光伏發(fā)電、微燃?xì)廨啓C(jī)、儲(chǔ)能裝置和冷熱電負(fù)荷的獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行容量?jī)?yōu)化配置；文獻(xiàn)[3]以供電可靠性最大和總成本最小為目標(biāo)，建立了風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化模型；這些文獻(xiàn)的研究都沒(méi)有考慮系統(tǒng)的停電損失費(fèi)用。

文獻(xiàn)[4]以負(fù)載缺電率作為可靠性約束變量，以系統(tǒng)成本最小為目標(biāo)，建立了小型船舶風(fēng)光柴蓄混合發(fā)電系統(tǒng)的容量?jī)?yōu)化模型；文獻(xiàn)[5]以系統(tǒng)投資、運(yùn)行、可靠性等綜合成本最小為目標(biāo)建立風(fēng)光互補(bǔ)混合供電系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置模型；文獻(xiàn)[6]建立以總成本最小和二氧化碳排放量最小為目標(biāo)的線性規(guī)劃模型，求解風(fēng)光柴儲(chǔ)混合系統(tǒng)在不同可靠性水平下的最優(yōu)配置。文獻(xiàn)[7]利用改進(jìn)粒子群算法求解風(fēng)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)以成本、可靠性、污染物排放量均為最優(yōu)的多目標(biāo)優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[8]利用迭代技術(shù)求解缺供電量概率模型和單位電能成本模型得到獨(dú)立風(fēng)光混合系統(tǒng)的最優(yōu)容量配置；但上述文獻(xiàn)均未考慮不同運(yùn)行策略對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，及對(duì)系統(tǒng)總成本的影響。

由于光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)投資、運(yùn)行維護(hù)和停電損失等綜合成本受系統(tǒng)運(yùn)行策略的影響，因此針對(duì)上述研究中的不足，本文基于系統(tǒng)不同的運(yùn)行策略建立混合系統(tǒng)充裕性評(píng)估模型。在此基礎(chǔ)上計(jì)及系統(tǒng)運(yùn)行策略、停電損失、儲(chǔ)能設(shè)備壽命及環(huán)保折算成本等因素，建立以系統(tǒng)綜合成本最小為目標(biāo)的容量?jī)?yōu)化配置模型，采用遺傳算法得到各種運(yùn)行策略下系統(tǒng)的最優(yōu)配置。

1 混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及光伏發(fā)電模型

1.1 混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光/柴/儲(chǔ)混合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由光伏陣列、柴油發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能設(shè)備組成，光伏陣列產(chǎn)生的剩余能量可以存儲(chǔ)于儲(chǔ)能設(shè)備中。

圖1 光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)Fig.1Photovoltaic-diesel-storage hybrid system

1.2 光伏發(fā)電模型

光伏陣列輸出功率由標(biāo)準(zhǔn)額定條件下的輸出功率、太陽(yáng)輻照度、環(huán)境溫度得到[8-9]，即

式中：PPV為光伏陣列輸出功率；標(biāo)準(zhǔn)額定條件是指太陽(yáng)輻照度GSTC為1 kW/m2；光伏電池表面溫度tSTC為25℃；PSTC為標(biāo)準(zhǔn)條件下光伏陣列的額定輸出功率；Gt為太陽(yáng)輻照度；β為功率溫度系數(shù)；nPV為光伏陣列的光伏電池總數(shù)；Pstc為光伏電池的額定輸出功率；tc為光伏電池表面溫度；ta為環(huán)境溫度；NOCT為光伏電池額定工作溫度。

2 混合系統(tǒng)充裕性評(píng)估

2.1 混合系統(tǒng)運(yùn)行策略

光資源的波動(dòng)性與間歇性致使光伏陣列不能單獨(dú)作為電源給小型孤立電網(wǎng)供電。因此，一種比較常見(jiàn)的運(yùn)行模式是光伏陣列與柴油發(fā)電機(jī)共同對(duì)負(fù)荷供電，其中柴油發(fā)電機(jī)一直不間斷運(yùn)行，稱為基荷柴油發(fā)電機(jī)[10]。另一種運(yùn)行模式是利用間斷運(yùn)行的備用柴油發(fā)電機(jī)去補(bǔ)充系統(tǒng)瞬時(shí)的功率缺額，這樣既可最大限度地利用光伏新能源，同時(shí)還可以節(jié)約燃油。但當(dāng)光伏功率比較充裕，特別是光伏滲透率較大時(shí)，上述兩種運(yùn)行模式都會(huì)導(dǎo)致部分光伏功率的浪費(fèi)。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，在系統(tǒng)中接入儲(chǔ)能設(shè)備可在一定程度上解決過(guò)剩光伏功率浪費(fèi)問(wèn)題。

在光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)中，如果柴油發(fā)電機(jī)全部作為基荷柴油機(jī)，則其不間斷運(yùn)行會(huì)消耗較多的燃油。在化石燃料緊張的形勢(shì)下，可能的解決辦法是在系統(tǒng)中配置兩種不同運(yùn)行方式的柴油發(fā)電機(jī)：一種是不間斷運(yùn)行的基荷柴油發(fā)電機(jī)供給基本負(fù)荷；一種是間斷運(yùn)行的備用柴油發(fā)電機(jī)補(bǔ)充系統(tǒng)瞬時(shí)功率缺額。

基于以上分析，本文提出光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)3種可能的運(yùn)行策略。

策略1混合系統(tǒng)中的電源類型有光伏陣列、儲(chǔ)能設(shè)備、備用柴油發(fā)電機(jī)。光伏陣列對(duì)負(fù)荷供電，當(dāng)光伏陣列輸出功率小于當(dāng)前負(fù)荷時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備釋放能量參與供電，若仍不能滿足負(fù)荷需求時(shí)啟動(dòng)備用柴油發(fā)電機(jī)。

策略2混合系統(tǒng)中的電源類型有基荷柴油發(fā)電機(jī)、光伏陣列、儲(chǔ)能設(shè)備?；刹裼桶l(fā)電機(jī)與光伏陣列共同對(duì)負(fù)荷供電，當(dāng)總輸出功率無(wú)法滿足當(dāng)前負(fù)荷需求時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備釋放能量參與供電。

策略3混合系統(tǒng)中的電源類型有基荷柴油發(fā)電機(jī)、光伏陣列、儲(chǔ)能設(shè)備、備用柴油發(fā)電機(jī)?；刹裼桶l(fā)電機(jī)與光伏陣列共同對(duì)負(fù)荷供電，當(dāng)總輸出功率小于當(dāng)前負(fù)荷時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備釋放能量參與供電，若仍不能滿足負(fù)荷需求時(shí)啟動(dòng)備用柴油發(fā)電機(jī)。

2.2 儲(chǔ)能設(shè)備充放電模型

儲(chǔ)能設(shè)備充放電功率受最大充放電功率和容量的限制，計(jì)及系統(tǒng)運(yùn)行策略的儲(chǔ)能設(shè)備充放電模型建立步驟如下[11-14]。

第1步利用式（1）～（3）計(jì)算光伏陣列輸出功率時(shí)間序列{TPVi，i=1，2，…，T}；

策略1：

策略2、3：

第3步儲(chǔ)能設(shè)備充入或釋放的電能受儲(chǔ)能設(shè)備容量上下限Emax和Emin的限制，則儲(chǔ)能設(shè)備的可用充放電功率序列{PBavi，i=1，2，…，T}表示為

式中，Ei為儲(chǔ)能設(shè)備在第i小時(shí)的容量狀態(tài)。

第4步儲(chǔ)能設(shè)備的容量狀態(tài)隨著充放電過(guò)程的進(jìn)行而不斷變化，更新儲(chǔ)能設(shè)備容量狀態(tài)時(shí)間序列。

2.3 儲(chǔ)能設(shè)備壽命模型

儲(chǔ)能設(shè)備的壽命主要取決于充放電深度和壽命周期內(nèi)充放電循環(huán)次數(shù)。在光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)中，不同的運(yùn)行策略會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能設(shè)備充放電循環(huán)次數(shù)和每次充放電深度不同，因此儲(chǔ)能設(shè)備壽命就會(huì)有差異。儲(chǔ)能設(shè)備壽命模型建立如下[13]。

當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的充放電深度為R時(shí)，壽命周期內(nèi)充放電循環(huán)次數(shù)NFL表示為

式中，a1～a5為常數(shù)，是儲(chǔ)能設(shè)備的參數(shù)，可由制造廠商提供。

每充放電循環(huán)1次，儲(chǔ)能設(shè)備的壽命損耗為1/NFL，因此儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行1 a，其壽命損耗為

式中：j為儲(chǔ)能設(shè)備第j次充放電循環(huán)；nb為儲(chǔ)能設(shè)備年度充放電循環(huán)次數(shù)；1/NFL，j為儲(chǔ)能設(shè)備第j次充放電循環(huán)對(duì)應(yīng)的壽命損耗。儲(chǔ)能設(shè)備壽命為D的倒數(shù)。

2.4 系統(tǒng)充裕性評(píng)估

由于太陽(yáng)能具有波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，本文基于時(shí)間序列方法來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的充裕性。將運(yùn)行時(shí)間T分為相等的時(shí)間段（1 h為1個(gè)時(shí)間段），認(rèn)為在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)太陽(yáng)輻照度和負(fù)荷都不變。系統(tǒng)充裕性評(píng)估步驟如下。

第1步建立基荷柴油發(fā)電機(jī)的狀態(tài)停運(yùn)表；基荷柴油發(fā)電機(jī)處于狀態(tài)s的概率為

式中：As、Bs分別為s狀態(tài)時(shí)正常和故障的基荷柴油發(fā)電機(jī)集合；fk為基荷柴油發(fā)電機(jī)k的可用率。

第2步選取基荷柴油發(fā)電機(jī)的某一狀態(tài)s，得到狀態(tài)s下基荷柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率。

第3步根據(jù)第2.2節(jié)描述的儲(chǔ)能設(shè)備的充放電模型，得到儲(chǔ)能設(shè)備的可用充放電功率PBavi。

第4步系統(tǒng)運(yùn)行策略2中無(wú)備用柴油發(fā)電機(jī)，則備用柴油發(fā)電機(jī)輸出功率TPSCi為零；策略1和策略3中有備用柴油發(fā)電機(jī)，則根據(jù)系統(tǒng)是否出現(xiàn)功率缺額來(lái)確定備用柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率為

式中：NSC為系統(tǒng)中備用柴油發(fā)電機(jī)的數(shù)量；PMi為系統(tǒng)啟動(dòng)備用柴油發(fā)電機(jī)前的可用功率，表示為

第5步計(jì)算光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)總的可用功率Pavi為

第6步比較混合系統(tǒng)總的可用功率與負(fù)荷功率，得到基荷柴油發(fā)電機(jī)處于狀態(tài)s時(shí)系統(tǒng)的充裕性指標(biāo)。

系統(tǒng)缺電概率LOLP為

式中：U（i）是階躍函數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)總的可用功率大于或等于負(fù)荷功率時(shí)，其值為0；當(dāng)系統(tǒng)總的可用功率小于負(fù)荷功率時(shí)，其值為1；N為運(yùn)行年數(shù)，N= T/8 760。

第7步重復(fù)第2步到第6步，分別得到基荷柴油發(fā)電機(jī)處于各狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的充裕性指標(biāo)，最后通過(guò)求概率期望得到最終的系統(tǒng)充裕性指標(biāo)。

需要說(shuō)明的是，策略1中不含基荷柴油發(fā)電機(jī)，因此其充裕性評(píng)估只需執(zhí)行第3步～第6步，且式（13）、（14）中TPBCi為零。

系統(tǒng)電量不足期望LOEE為

3 優(yōu)化模型

光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)不同運(yùn)行策略會(huì)影響系統(tǒng)充裕性指標(biāo)、停電損失費(fèi)用、儲(chǔ)能設(shè)備壽命、燃油費(fèi)用、環(huán)保折算費(fèi)用等，因此系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置應(yīng)考慮運(yùn)行策略的影響。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)在不同運(yùn)行策略下的容量?jī)?yōu)化目標(biāo)均是使系統(tǒng)投資、運(yùn)行維護(hù)及停電損失等綜合成本最小，目標(biāo)函數(shù)為

式中：CV、CC、CB、CM、CF、CE、CI分別為光伏陣列投資成本、柴油發(fā)電機(jī)投資成本、儲(chǔ)能設(shè)備投資成本、柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)成本（投資成本的8%）、燃油費(fèi)用、環(huán)保折算費(fèi)用、停電損失費(fèi)用，其計(jì)算式分別[5-6，9，15-16]為

式中：NV、NB分別為光伏電池、儲(chǔ)能設(shè)備的數(shù)量；NC為柴油發(fā)電機(jī)的總數(shù)量；SV、SC、SB分別為光伏電池、柴油機(jī)、儲(chǔ)能設(shè)備的單位造價(jià)；EV、EC、EB分別為光伏電池、柴油機(jī)、儲(chǔ)能設(shè)備的單位容量；m為設(shè)備壽命；r0為折現(xiàn)率；KF為燃油發(fā)電機(jī)燃油費(fèi)用比例系數(shù)；W為柴油發(fā)電機(jī)的年發(fā)電量；vn為柴油發(fā)電機(jī)第n種污染物的排放系數(shù)；Vn1、Vn2分別為第n種污染物的環(huán)境價(jià)值和所受罰款；l為污染物的種類；IEAR（interrupted energy assessment rate）[15]為停電損失評(píng)價(jià)率。

需要說(shuō)明的是，式（17）所示的系統(tǒng)綜合成本與運(yùn)行策略有較大關(guān)系。只有基于確定的運(yùn)行策略，才能計(jì)算對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)綜合成本。

3.2 約束條件

（1）儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)約束為

（2）設(shè)備數(shù)量約束為

式中，Nmin、Nmax分別為對(duì)應(yīng)設(shè)備的最小、最大數(shù)量。

（3）可靠性約束為

式中，LOLPmax為系統(tǒng)最大允許缺電概率。

3.3 優(yōu)化配置流程

光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置可以看成是一個(gè)多約束非線性整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，本文采用遺傳算法[16-18]求解。

1）染色體編碼

采用二進(jìn)制對(duì)染色體進(jìn)行編碼，染色體的各個(gè)分量分別表示光伏電池的數(shù)量、柴油發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)、儲(chǔ)能設(shè)備的數(shù)量。

2）適應(yīng)度函數(shù)

式中：F（x）是染色體x對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值；Fmax是每代中F（x）+pen（x）的最大值；pen（x）是對(duì)應(yīng)約束條件的懲罰函數(shù)。

3）懲罰函數(shù)

式中，M為正的懲罰系數(shù)。

4 算例分析

應(yīng)用本文模型對(duì)某光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)進(jìn)行容量?jī)?yōu)化配置。太陽(yáng)輻照度、溫度氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室采集的科羅拉多州某地區(qū)的歷史數(shù)據(jù)[19]，如圖2所示。年度負(fù)荷曲線如圖3所示。在本算例中儲(chǔ)能設(shè)備選用蓄電池，其參數(shù)[6，8-9]如表1所示；柴油發(fā)電機(jī)環(huán)保折算參數(shù)取自文獻(xiàn)[9]。

圖2 氣象數(shù)據(jù)Fig.2Meteorological data

圖3 年度時(shí)序負(fù)荷曲線Fig.3Hourly load profile in a year

表1 設(shè)備參數(shù)Tab.1Parameters of devices

4.1 運(yùn)行策略對(duì)配置方案的影響分析

為分析運(yùn)行策略對(duì)系統(tǒng)配置方案的影響，本文針對(duì)3種不同的運(yùn)行策略，分別得到系統(tǒng)的優(yōu)化配置結(jié)果如表2所示。

表2 不同運(yùn)行策略的系統(tǒng)配置Tab.2System configurations under different operational strategies

由表2可知，對(duì)于不同的運(yùn)行策略，系統(tǒng)最優(yōu)配置的優(yōu)劣順序?yàn)椋翰呗?＞策略2＞策略1。在可靠性指標(biāo)LOLP基本相同的情況下，策略3的綜合成本最少。策略1主要由光伏陣列對(duì)負(fù)荷供電，而光伏功率又具有間歇性和波動(dòng)性，要滿足系統(tǒng)一定的可靠性要求，必須增大光伏電池和蓄電池的數(shù)量，同時(shí)較高的光伏發(fā)電成本也致使系統(tǒng)綜合成本增大。策略2和策略3主要由柴油發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)荷供電，柴油發(fā)電機(jī)輸出功率穩(wěn)定，更容易滿足系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求，同時(shí)柴油機(jī)發(fā)電成本也較低。策略3中備用柴油發(fā)電機(jī)只有在系統(tǒng)供電不足的時(shí)候才啟動(dòng)，節(jié)約了燃油費(fèi)用，因此綜合成本較策略2更低。

圖4給出了系統(tǒng)在3種運(yùn)行策略下柴油發(fā)電機(jī)的年發(fā)電量。策略1的年發(fā)電量較小，因此節(jié)約的燃油量較多，排放的污染氣體較少。策略3中備用柴油發(fā)電機(jī)間斷運(yùn)行，年發(fā)電量較策略2小，因此節(jié)能減排效果較策略2好。

圖4 柴油發(fā)電機(jī)年發(fā)電量Fig.4Annual electrical energy of diesel generators

綜上所述，化石能源逐漸緊缺，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，策略1是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑，但經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。隨著技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電成本的降低，策略1的優(yōu)勢(shì)才會(huì)逐漸凸顯。策略3在綜合成本和節(jié)能減排方面都優(yōu)于策略2，是光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)較好的運(yùn)行模式。

4.2可靠性約束對(duì)配置方案的影響分析

為分析可靠性約束對(duì)系統(tǒng)配置方案的影響，以策略1為例，計(jì)算LOLPmax與系統(tǒng)最優(yōu)配置對(duì)應(yīng)的綜合成本的關(guān)系，結(jié)果如圖5所示。

圖5 可靠性約束對(duì)系統(tǒng)綜合成本的影響Fig.5Effect of reliability constraint on total cost

由圖5可知，當(dāng)LOLPmax在0.005～0.030之間變化時(shí)，系統(tǒng)最優(yōu)配置對(duì)應(yīng)的綜合成本變化較大；而LOLPmax在0.03～0.06之間變化時(shí)，系統(tǒng)最優(yōu)配置對(duì)應(yīng)的綜合成本變化很小。當(dāng)系統(tǒng)可靠性達(dá)到一定程度時(shí)，再進(jìn)一步提升可靠性會(huì)帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)性代價(jià)。因此，合理設(shè)置可靠性約束可以避免系統(tǒng)綜合成本的浪費(fèi)。

4.3 燃油價(jià)格對(duì)配置方案的影響分析

近些年油價(jià)不斷攀升，而本算例系統(tǒng)中含有柴油機(jī)，所以燃油價(jià)格對(duì)優(yōu)化配置結(jié)果也有一定的影響[20]。選取燃油價(jià)格為1.32、1.52、1.72、1.92、2.12$/L進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示（策略2下燃油價(jià)格波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)配置的影響）。

表3 不同燃油價(jià)格的系統(tǒng)容量配置Tab.3System configurations under different fuel prices

策略1和策略3下系統(tǒng)最優(yōu)配置中柴油機(jī)年發(fā)電量相對(duì)較少，燃油價(jià)格在本文所選范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)其配置影響不大。由表3可知，隨著燃油價(jià)格上升，系統(tǒng)最優(yōu)配置中柴油發(fā)電機(jī)數(shù)量減少，光伏電池?cái)?shù)量增加。如此降低了混合系統(tǒng)的可變成本，使光伏發(fā)電優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)，有助于太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于系統(tǒng)不同的運(yùn)行策略建立光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)的充裕性評(píng)估模型；并在此基礎(chǔ)上建立以系統(tǒng)投資、運(yùn)行維護(hù)、燃油成本、環(huán)保折算成本和停電損失等綜合成本最小為目標(biāo)的容量?jī)?yōu)化配置模型；最后采用遺傳算法求解得到系統(tǒng)在不同運(yùn)行策略下的最優(yōu)配置，并分析了系統(tǒng)可靠性約束、燃油價(jià)格變化對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)配置的影響。

算例分析表明：運(yùn)行策略對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化配置有一定的影響，策略1是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑，但綜合成本較高；策略3在綜合成本和節(jié)能減排方面都優(yōu)于策略2，是光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)較好的運(yùn)行模式；合理設(shè)置可靠性約束，可以避免系統(tǒng)綜合成本的浪費(fèi)；隨著燃油價(jià)格的上升，光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)，系統(tǒng)最優(yōu)配置中光伏電池?cái)?shù)量增加；未來(lái)技術(shù)的發(fā)展使光伏發(fā)電成本逐漸降低，策略1將替代策略3成為光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)較好的運(yùn)行模式。光/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化需綜合考慮各種因素的影響，本文研究可為系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考。

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Determination of the Optimal Capacity of PV-diesel-storage Hybrid Generation System Considering Operating Strategy

ZHANG Xiao，XIE Kai-gui，HU Bo
（State Key Laboratory of Power Transmission Equipment&System Security and New Technology，Chongqing University，Chongqing 400044，China）

In a photovoltaic-diesel-storage（PDS）hybrid system，the operational strategy can generate significant effects on the total system cost including the investment costs，maintenance and operating costs and costumer interruption costs.This paper presents a system adequacy assessment model based on the different operating strategies of PDS hybrid system.On the basis of the proposed reliability model，an optimal capacity combination model for PDS hybrid system is presented and formulated as a combinatorial constrained optimization problem.The objective function consists of the investment costs，maintenance and operation costs and costumer interruption costs considering the operating strategy and the lifetime of energy storage device.The genetic algorithm is used to solve this optimal problem.Case studies are utilized to analyze the effect of different operating strategies，reliability limits and fuel prices on the system optimal capacity.The results indicate that different operating strategies are usually associated with different optimal capacity combination，and reliability limits and fuel prices have a considerable effect on the system optimal capacity combination and the total cost.

photovoltaic-diesel-storage（PDS）hybrid system；operational strategy；reliability；optimal configuration；genetic algorithm

TM744

A

1003-8930（2014）12-0008-07

張曉（1987—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與可靠性。Email：zxpugongying@163.com

2013-01-07；

2013-05-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51077135）；重慶市杰出青年基金項(xiàng)目（CSTC2010BA3006）；重慶市自然科學(xué)基金（CSTC2012JJA90004）

謝開(kāi)貴（1972—），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與可靠性、電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、電力系統(tǒng)并行計(jì)算及電力市場(chǎng)。Email：kaiguixie@yahoo.com.cn

胡博（1983—），男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與可靠性。Email：hboy8361@yahoo.com.cn