MATLAB代码完整可运行多目标微电网规划设计混合可再生能源系统HRESHybrid Renewable Energy System多目标优化
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了MATLAB代码完整可运行多目标微电网规划设计混合可再生能源系统HRESHybrid Renewable Energy System多目标优化相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
目录
一、问题描述
相对于化石能源等不可再生能源而言，可再生能源可以定义为自然界中能够循环产生，从而不断恢复补充并维持在一定水平的一类资源，这类资源具有取之不尽，用之不竭的特点。可再生能源如风能、太阳能的随机性不确定性等缺点导致了这些资源利用率低、利用成本高的问题。为了克服这些问题，混合可再生能源系统（HRES）被越来越多的研究与应用。HRES通过适当的组合不同类型的可再生能源与常规能源，能够有效地克服各类可再生能源不确定性的缺点，相比于包含单一可再生能源的系统它也更为可靠和经济。一个HRES系统通过配置不同形式不同数量的能源，可以实现各类能源的优势互补，克服单一能源的不稳定性、随机性，从而改善系统供能的连续性、可靠性，提高系统的整体效率。
利用光、风等可再生能源发电的混合系统虽然被广泛研究，但是由于现阶段光伏系统和风机系统的安装成本依然很高，更多的研究开始考虑在混合可再生能源系统中引入柴油发电机等常规发电手段。相比于单纯的可再生能源发电系统，柴油发电机安装成本较低，并且能够充当备用电源在必要的时候满足负载功率需求。在光伏-风机-储能系统中加入柴油发电机以及相应的AC/DC逆变器，就构成了光-风-柴-储系统，其结构如图所示。
光-风-柴-储系统中可再生能源发电仍然被优先供给负载使用，满足负载之后的剩余电量给电池组充电。当可再生能源发电不能满足负载需求并且电池组达到最大放电深度时，柴油发电机才会工作以提供不足的功率需求。柴油发电机的工作虽然会消耗常规能源并产生一定的污染物排放，但其作为备用电源却可以大大提高系统供能的稳定性、连续性，提高系统的整体性能，因此这类系统被广泛研究并且正逐渐成为最普遍的混合可再生能源系统。
二、问题建模
1、光伏建模
太阳能光伏发电技术是利用太阳能的最理想方式之一。它安全、环保，没有复杂的部件。实际光伏系统的输出功率受天气和安装角度的影响很大。为了简化本部分的模型，我们只考虑光照强度和环境温度作为变量。由
N
s
N_s
Ns个光伏板组成的光伏板链的最大输出功率可以表示为：
P
p
v
=
N
s
⋅
V
O
C
⋅
I
S
C
⋅
F
l
o
s
s
P_pv=N_s\\cdot V_OC\\cdot I_SC\\cdot F_loss
Ppv=Ns⋅VOC⋅ISC⋅Floss
V
O
C
=
V
S
T
C
−
K
V
⋅
T
c
V_OC=V_STC-K_V \\cdot T_c
VOC=VSTC−KV⋅Tc
I
S
C
=
(
I
S
T
C
+
K
I
⋅
(
T
C
−
25
)
)
⋅
S
p
1000
I_SC=(I_STC+K_I\\cdot(T_C-25))\\cdot \\fracS_p1000
ISC=(ISTC+KI⋅(TC−25))⋅1000Sp
T
C
=
T
A
+
N
C
O
T
−
20
800
⋅
S
p
T_C=T_A+\\fracNCOT-20800\\cdot S_p
TC=TA+800NCOT−20⋅Sp
其中
K
I
K_I
KI和
K
V
K_V
KV为温度系数，
I
S
T
C
I_STC
ISTC和
V
S
T
C
V_STC
VSTC分别为标准状态下的短路电流和开路电压。
S
p
S_p
Sp和
F
l
o
s
s
F_loss
Floss为太阳辐射和制造商提供的包装系数。
2、风机建模
HRES的另一个重要组成部分是风力发电子系统。风力涡轮机的功率输出通常是非线性的。当风速小于切入风速时，风轮机处于关闭状态；当风速大于切入风速时，输出功率与风速大致相等。当风速大于额定风速但小于切入风速时，需要采取适当的措施限制风机的输出功率，以防止风力发电系统过载和损坏；当风速超过切入风速时，必须关闭风机以保证系统的安全。
根据风力发电机组的功率输出曲线，可以建立以下风力发电模型：
其中
v
v
v和
C
p
C_p
Cp是风速和风力发电机的性能系数，由制造商提供。
ρ
\\rho
ρ和
A
w
g
A_wg
Awg分别为空气密度和转子扫过的面积。此外，
V
c
V_c
Vc、
V
r
V_r
Vr和
V
f
V_f
Vf分别为切入风速、额定风速和切出风速，在本研究中根据生产商的要求，分别设定为4
m
/
s
m/s
m/s、14
m
/
s
m/s
m/s和20
m
/
s
m/s
m/s。
3、储能系统部分
在HRES中，电池一般被用于储能。作为一个储能系统，当可再生能源发电量大于负荷需求时，电池组被用来储存多余的能量，当天气状况很差，发电量不能满足负荷时，电池组就会放电，为负荷提供能量。大多数电池模型会考虑充电状态（SOC），SOC应保持在制造商给出的最大和最小范围内，以确保安全。电池组的SOC根据可再生能源发电和负载电力需求之间的关系变化，可以表示为：
S
O
C
(
t
+
1
)
=
S
O
C
(
t
)
+
(
P
b
a
t
(
t
)
/
V
b
u
s
)
⋅
Δ
t
⋅
η
b
a
t
C
n
SOC(t+1)=SOC(t)+\\frac(P_bat(t)/V_bus)\\cdot\\Delta t \\cdot\\eta_batC_n
SOC(t+1)=SOC(t)+Cn(Pbat(t)/Vbus)⋅Δt⋅ηbat
S
O
C
m
i
n
≤
S
O
C
(
t
)
≤
S
O
C
m
a
x
SOC_min \\leq SOC(t) \\leq SOC_max
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax
其中
P
b
a
t
(
t
)
P_bat(t)
Pbat(t)为电池输入/输出功率（正值表示充电模式，负值表示放电模式），
V
b
u
s
V_bus
Vbus和
e
t
a
b
a
t
eta_bat
etabat为直流母线电压和双向充放电效率。
C
n
C_n
Cn（Ah）是储能系统的总额定容量。
4、柴油发电机部分
在HRES中，柴油发电机通常被用作备用能源。它只有在可再生能源发电量小于负荷需求，而电池储能系统不能满足电力不足的情况下才会工作。虽然引入柴油发电机可以进一步提高HRES的可靠性，但也会增加系统的成本。同时，柴油等化石燃料的消耗将增加有害污染物和温室气体的排放。柴油发电机的燃料消耗取决于其自身的性质。为了简化计算，可以近似假定柴油发电机的燃料消耗量
F
c
o
n
s
F_cons
Fcons是其输出功率的线性函数。
F
c
o
n
s
=
γ
1
⋅
P
d
g
r
⋅
Δ
t
+
γ
2
⋅
P
d
g
⋅
Δ
t
F_cons=\\gamma_1\\cdot P_dgr\\cdot \\Delta t+\\gamma_2 \\cdot P_dg\\cdot \\Delta t
Fcons=γ1⋅以上是关于MATLAB代码完整可运行多目标微电网规划设计混合可再生能源系统HRESHybrid Renewable Energy System多目标优化的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
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