含風(fēng)光柴儲(chǔ)及海水淡化系統(tǒng)海島微電網(wǎng)的模糊決策方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分布式發(fā)電和微電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種含風(fēng)光柴儲(chǔ)及海水淡化系統(tǒng) 海島微電網(wǎng)的模糊決策方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類海洋觀念的不斷提升，海洋經(jīng)濟(jì)已進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，而廣泛分布 的海上島嶼作為全球海洋開發(fā)的重要支撐，其建設(shè)和開發(fā)也受到越來(lái)越多的重視。然而由 于自身地理環(huán)境相對(duì)封閉，海上島嶼的發(fā)展程度和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力直接受到資源和能源因素的 影響和限制較大，能否在不過(guò)分依賴于大陸保障的情況下獲得自身生產(chǎn)生活所必須的能源 供應(yīng)已經(jīng)成為當(dāng)前海島建設(shè)和開發(fā)過(guò)程中需要考慮的主要因素之一。近年來(lái)，隨著微電網(wǎng) 概念的提出以及以風(fēng)能、太陽(yáng)能等為代表的綠色可再生能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，海島"能 源困局"的解決出現(xiàn)了新的思路和技術(shù)手段。海島自身?yè)碛械呢S富的風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能 等可再生能源，都為解決其能源問(wèn)題提供了良好的條件，然而與陸地環(huán)境相比，其可再生能 源又具有較大的波動(dòng)性、隨機(jī)性和難預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)都給海島在綠色能源利用的 過(guò)程中增加了困難也給海島微電網(wǎng)建設(shè)提出了巨大的挑戰(zhàn)。為了解決這一問(wèn)題，在孤島微 電網(wǎng)系統(tǒng)中往往采用穩(wěn)定性設(shè)備或控制器以保證其所發(fā)電能的穩(wěn)定；同時(shí)在海島微電網(wǎng)的 建設(shè)過(guò)程中通過(guò)配備一定容量的儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)平抑海島分布式電源全天發(fā)電負(fù)荷的波動(dòng)，從 而實(shí)現(xiàn)對(duì)其所發(fā)電能的更充分、有效地利用。然而，傳統(tǒng)的單純依賴儲(chǔ)能單元對(duì)系統(tǒng)發(fā)電波 動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法將極大的增加儲(chǔ)能設(shè)備自身的使用量，增加其維護(hù)成本并降低其使用壽 命，最終將會(huì)帶來(lái)潛在的巨大經(jīng)濟(jì)損失；此外，儲(chǔ)能設(shè)備的過(guò)量過(guò)快損耗，也將大大削弱整 個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的分析角度來(lái)看，單純的依 靠島上儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行海島電能調(diào)配的方法并不是高效可靠的調(diào)控手段。海水淡化系統(tǒng)被廣 泛的應(yīng)用于中、小規(guī)模島嶼上，它不僅可以為居民提供日常的生產(chǎn)、生活用水，而且還可以 在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)島上居民的實(shí)際用水量、淡水池剩余水量及海水淡化機(jī)組自身的額定功 率來(lái)靈活的調(diào)控開機(jī)數(shù)量，從而對(duì)島上的微電網(wǎng)系統(tǒng)起到輔助的功率調(diào)節(jié)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種含風(fēng)光柴儲(chǔ)及海水淡化系統(tǒng)海 島微電網(wǎng)的模糊決策方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的：一種含風(fēng)光柴儲(chǔ)及海水淡化系統(tǒng)海島 微電網(wǎng)的模糊決策方法，包括以下步驟：
[0005] (1)以時(shí)間間隔At為采樣時(shí)間，T為采樣周期，實(shí)時(shí)采集海島微電網(wǎng)系統(tǒng)的 電力供需匹配關(guān)系（Generation and consumption relationship, GCR)、海水淡化系 統(tǒng)（Seawater desalination system, SDS)的蓄水池剩水量（Remaining amount of freshwater, RAF)及儲(chǔ)能單元（Storage Unit, SU)的荷電狀態(tài)（S0C)作為模糊決策系統(tǒng)的 控制輸入。
[0006] (2)將步驟（1)獲取的電力供需匹配GCR、蓄水池剩水量RAF、儲(chǔ)能單元荷電狀態(tài) S0C等變量按照隸屬度函數(shù)進(jìn)行模糊化。
[0007] (3)對(duì)步驟（2)模糊化后得到的模糊向量按照模糊控制規(guī)則表進(jìn)行推理計(jì)算，得 到柴油發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)UD(；S、海水淡化系統(tǒng)開機(jī)臺(tái)數(shù)USDS和儲(chǔ)能單元的充放電狀態(tài)U su三 個(gè)輸出控制變量的模糊控制向量。
[0008] (4)對(duì)步驟（3)獲得的模糊控制向量進(jìn)行解模糊計(jì)算，得到柴油發(fā)電機(jī)的工作狀 態(tài)UD(；S、海水淡化系統(tǒng)開機(jī)臺(tái)數(shù)USDS和儲(chǔ)能單元的充放電狀態(tài)U su三個(gè)輸出控制變量的精確 值。
[0009] (5)通過(guò)控制器將步驟（4)獲得的三個(gè)輸出控制變量的精確值分別發(fā)送到柴油發(fā) 電機(jī)、海水淡化系統(tǒng)和儲(chǔ)能單元的執(zhí)行器，調(diào)節(jié)其完成控制動(dòng)作。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟（2)中，所述隸屬度函數(shù)由兩部分組成，即邊界隸屬度函數(shù)和對(duì)稱 隸屬度函數(shù)。邊界隸屬度函數(shù)的戒上限隸屬度函數(shù)為降半柯西分布函數(shù)，如下式（1)所示：
[0012] 戒下限隸屬度函數(shù)為升半柯西分布函數(shù)，如式（2)所示：
[0014] 中間隸屬度函數(shù)為正態(tài)分布函數(shù)，如式（3)所示：
[0016] 其中，參數(shù)clc]W>0，chlgh>0調(diào)節(jié)曲線的坡度；β lciw>0, 0hlgh>〇決定拐點(diǎn)的位置和曲線 的坡度。CnKd>〇調(diào)節(jié)曲線中心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位置，kMd>0調(diào)節(jié)曲線的坡度。
[0017] 模糊化的電力供需匹配GCR、蓄水池剩水水位RAF、儲(chǔ)能單元荷電狀態(tài)S0C分別采 用5元素模糊子集{負(fù)大NB，負(fù)小NS，零Z0,正小PS，正大PB}、3元素模糊子集{:低LRAF，中 MRAF，高HRAF}和3元素模糊子集{:低Ls『中MS(K，高H S(]J，則任意采樣時(shí)刻獲得的GCR、RAF和 S0C的實(shí)時(shí)采樣值V S(rc可通過(guò)隸屬度函數(shù)被分別模糊成向量、斤^和!^ :
[0021] 進(jìn)一步地，步驟（3)中采用改進(jìn)的基于專家規(guī)則的推理方式，其模糊蘊(yùn)涵關(guān)系
由GCR、RAF和S0C的模糊向量的笛卡爾乘積獲得，BP :
[0023] 其中，n_input為輸入變量的個(gè)數(shù)。
[0024] N條專家規(guī)則中的任一條可描述為："若GCR是2，: RAF是J并且S0C是(g,那么柴 油發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)輸出為UD(；S，海水淡化系統(tǒng)開機(jī)臺(tái)數(shù)輸出為USDS，儲(chǔ)能單元的工作狀態(tài) 輸出為Usu。"其中，及，（f'為輸入變量的模糊子集元素，即：
[0026] UD(；S，USDS，Usu為輸出結(jié)果的精確解集元素，BP :
[0028] 則由式（7)，全部規(guī)則推理可表示為：
[0030] 由于UDCS，USDS，Usu為精確解集的元素，因此，式（10)可簡(jiǎn)化為：
[0032] 帶入式（4)-(6)可得：
[0034] 式（12)是與模糊控制規(guī)則表對(duì)應(yīng)的推理矩陣，矩陣中的元素與規(guī)則表中對(duì)應(yīng)位 置的輸出變量解集的元素對(duì)應(yīng)。該推理過(guò)程中解集元素直接采用精確解，而非模糊向量，因 此，該矩陣中對(duì)應(yīng)元素即為其規(guī)則表中解集元素的隸屬度。再對(duì)規(guī)則表中同一解集元素的 隸屬度取"合成"運(yùn)算（邏輯"或"，V)，即將規(guī)則表中同一元素對(duì)應(yīng)的（12)中隸屬度元素 取"合成"，得到的最終結(jié)果既為該解集元素的推理結(jié)果。
[0035] 海島微電網(wǎng)系統(tǒng)的基本控制原則是：
[0036] (a)在光伏（Ppv)和風(fēng)機(jī)（PWind)可再生供電系統(tǒng)供電量大于島上日常生產(chǎn)生活用 電（PuJ的情況下，即PPV+P?nd>Pu·』寸，優(yōu)先開啟海水淡化系統(tǒng)吸納多余的電量，以保證島 上淡水供應(yīng)的穩(wěn)定，同時(shí)減少儲(chǔ)能設(shè)備的充放電次數(shù)，延長(zhǎng)其使用壽命；
[0037] (b)在光伏（Ppv)和風(fēng)機(jī)（PWind)可再生供電系統(tǒng)供電量遠(yuǎn)大于島上日常生產(chǎn)生 活用電（PuJ的情況下，即
#寸，開啟海水淡化系統(tǒng)的同時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備充電
，以吸收多余電能；
[0038] (c)在光伏（PPV)和風(fēng)機(jī)（PWind)可再生供電系統(tǒng)供電量小于島上日常生產(chǎn)生活用 電U的情況下，即Ρρν+Ρκη/Ρ^時(shí)，優(yōu)先使用儲(chǔ)能設(shè)備放電以彌補(bǔ)電力供應(yīng)的 不足；
[0039] (d)在光伏（Ρρν)和風(fēng)機(jī)（PWind)可再生供電系統(tǒng)供電量遠(yuǎn)小于島上日常生產(chǎn)生活 用電（P^d)的情況下，即
^寸，儲(chǔ)能設(shè)備放電
的同時(shí)，開啟柴油發(fā)電 機(jī)供電（PDly)，以進(jìn)一步彌補(bǔ)電力供應(yīng)的不足，并最大限度的降