混合儲能功率分配中的優(yōu)化算法

洪 小 飛

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)教學(xué)部 河南 鄭州 451100）

混合儲能系統(tǒng)是由多種不同的儲能裝置組成的一種能量存儲系統(tǒng)，其功率分配對于系統(tǒng)運行和性能至關(guān)重要。在實際對混合儲能系統(tǒng)中各種儲能裝置進行功率分配時應(yīng)遵循相應(yīng)的原則，如儲能裝置在電流和功率等方面應(yīng)具備絕對的安全性，分配時應(yīng)滿足系統(tǒng)在電壓和功率等方面的運行要求等。因此，需要優(yōu)秀的功率分配算法來幫助系統(tǒng)高效、安全地完成功率分配?；旌蟽δ芄β史峙鋬?yōu)化算法可以對混合儲能系統(tǒng)實現(xiàn)自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)控，在滿足儲能系統(tǒng)運行要求的基礎(chǔ)上最優(yōu)化地分配功率，降低系統(tǒng)的能耗情況并提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

1 混合儲能系統(tǒng)的組成及目標

混合儲能系統(tǒng)是由多種能量存儲媒介組成的混合儲能系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)的負荷平衡、峰谷電價平衡等方面發(fā)揮著重要作用。

從基本組成來分析，混合儲能系統(tǒng)由超級電容器、蓄電池、超導(dǎo)磁能存儲器等多種儲能設(shè)備組成，它們之間互為補充卻也相互影響，實現(xiàn)彼此之間的優(yōu)勢互補?；旌蟽δ芟到y(tǒng)的工作原理是利用超級電容器等快速響應(yīng)儲能設(shè)備來處理短期的高峰負荷，而蓄電池在對低谷電荷的處治方面則有著突出優(yōu)勢。實際應(yīng)用時應(yīng)嚴格把控各種儲能設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，從而最大限度地提升儲能系統(tǒng)的能量利用效率。

混合儲能系統(tǒng)的目標是提高儲能效率和穩(wěn)定性，降低能量成本，全過程不間斷地儲存和供應(yīng)能量，而要想實現(xiàn)這一目標，混合儲能系統(tǒng)必須滿足多方面要求。首先，高效儲能。系統(tǒng)應(yīng)具備快速響應(yīng)的能力，高效且低成本地儲存能量，與電力系統(tǒng)對能量的實際需求相適應(yīng)。其次，多元協(xié)調(diào)。系統(tǒng)中的各種儲能設(shè)備應(yīng)能夠協(xié)調(diào)共存，彼此發(fā)揮各自優(yōu)勢以促進系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，避免運行荒漠化問題的出現(xiàn)。再次，可靠性?；旌蟽δ芟到y(tǒng)的運行過程應(yīng)具備良好的安全性和穩(wěn)定性。最后，經(jīng)濟性。儲能系統(tǒng)實際應(yīng)用時應(yīng)具備良好的市場推廣價值，且耗費的經(jīng)濟成本更低，進而實現(xiàn)整個行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標，混合儲能系統(tǒng)在綠色節(jié)能方面也應(yīng)具有一定優(yōu)勢。

2 混合儲能功率分配存在的問題分析

混合儲能功率分配是指將電池、超級電容器等不同種類儲能裝置組合在一起，通過對其功率進行分配，實現(xiàn)高效能、低耗能、穩(wěn)定可靠的儲能系統(tǒng)運行功率分配過程?；旌蟽δ芟到y(tǒng)的功率分配需要滿足系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性、容量分配和儲能系統(tǒng)的最大充放電功率，同時考慮能量和功率的平衡等實際應(yīng)用因素。通常采用優(yōu)化算法來實現(xiàn)功率分配優(yōu)化，以滿足不同運行狀態(tài)下的具體功率要求?；旌蟽δ芄β史峙湫枰浞挚剂康揭韵聨讉€方面的問題。

首先，多儲能設(shè)備之間的協(xié)調(diào)問題?；旌蟽δ芟到y(tǒng)中包含蓄電池、超導(dǎo)磁能儲存器和超級電容器等多種類型的儲能設(shè)備，不同設(shè)備之間在電氣性能和電化學(xué)特性方面本就有著較大區(qū)別，這勢必會影響到其充放電狀態(tài)、儲能情況和運行效率，對其進行功率分配時應(yīng)保證不同設(shè)備之間的協(xié)同工作，從而最大限度提升系統(tǒng)運行性能。其次，帶寬限制問題。實際運用混合儲能系統(tǒng)時對傳輸管道的帶寬有著具體要求，如果不同設(shè)備之間的容量無法和這種要求相匹配，帶寬限制問題會隨之出現(xiàn)，為此，應(yīng)有專人負責控制和分配各種儲能設(shè)備的使用情況。再次，儲能設(shè)備老化問題。任何類型的設(shè)備都有使用壽命，儲能設(shè)備也不例外，在長期使用過程會出現(xiàn)老化和損耗等問題，充放電能力逐步下降，不但會影響混合儲能系統(tǒng)的整體運行效率，還會降低安全性和穩(wěn)定性，因此應(yīng)定期更新和維護混合儲能系統(tǒng)。最后，系統(tǒng)效率低下問題。系統(tǒng)運行效率還會受到操作不規(guī)范、功率分配不合理和能耗損失等因素的影響，間接影響系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

因此，要想真正做好混合儲能系統(tǒng)的功率分配工作，仍有科學(xué)規(guī)劃功率分配、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性提升和保證各種儲能設(shè)備的協(xié)同運轉(zhuǎn)等多個問題需要解決，要選擇最具針對性的問題解決優(yōu)化算法，提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和整體效率。

3 常用的混合儲能功率分配算法

混合儲能功率分配是混合儲能系統(tǒng)管理中的重要問題之一。目前，常用的混合儲能功率分配算法包括貪心策略、遺傳算法和人工蜂群算法等。

（1）基于貪心策略的混合儲能功率分配

基于貪心策略的功率分配算法將儲能設(shè)備按照儲能密度從高到低排序，然后從最高的設(shè)備開始分配功率直到滿足目標功率。這種算法操作簡單且容易實現(xiàn)，但在實際運用時往往無法輕易算出最優(yōu)解，且無法確定各種儲能設(shè)備的排列順序。

為有效解決貪心算法運用過程中出現(xiàn)的問題，應(yīng)進一步完善計算方法，如其他學(xué)者提出的增量貪心法、分階段貪心法和基于啟發(fā)規(guī)則的貪心算法等，這些算法在沿用了貪心策略的基礎(chǔ)上確定了多樣化的規(guī)則，更加科學(xué)合理地分配儲能系統(tǒng)功率，提升了系統(tǒng)的運行效率。工作中應(yīng)結(jié)合儲能系統(tǒng)的具體要求和性能特點選擇最佳的優(yōu)化算法，以得到功率分配的最優(yōu)解。

（2）基于遺傳算法的混合儲能功率分配

遺傳算法是一種基于生物進化原理的優(yōu)化算法，適用于解決復(fù)雜、高維度的優(yōu)化問題?；谶z傳算法的混合儲能功率分配，第一，構(gòu)建與系統(tǒng)相對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，確定儲能系統(tǒng)的各項參數(shù)和限制條件，如儲能元件的功率、電流、電壓和最大充放電狀態(tài)下的功率、電流等。第二，選擇適應(yīng)度函數(shù)，精準評價每一個儲能設(shè)備的性能特點，對其進行針對性改進。適應(yīng)度函數(shù)能夠在消耗盡可能少能量的基礎(chǔ)上，提升混合儲能系統(tǒng)的功率輸出。第三，確定遺傳算法運用過程中的變異率、種群大小和交叉率等基本參數(shù)，結(jié)合遺傳算法的變異、交叉和篩選等環(huán)節(jié)操作流程，完成種群的更新任務(wù)，得到適應(yīng)能力更強的個體。

通常情況下，應(yīng)采取競標篩選或是賭輪盤選擇等策略完成選擇操作，在考慮到個體具體適應(yīng)度值的基礎(chǔ)上選擇性能更加優(yōu)異的個體，它們便是種群的父代。交叉策略中則優(yōu)先選擇兩個父代個體，按照既定方式組合它們的基因并得到兩個子代個體，此時需隨機改變其中一個體的個別基因，從而保證解的多樣性。按照計算出固定解或達到最大迭代次數(shù)等停止條件實時終止遺傳算法，確定混合儲能系統(tǒng)中不同元件的最佳功率分配方案，最大限度地提升儲能系統(tǒng)性能。

（3）基于人工蜂群算法的混合儲能功率分配

構(gòu)建基于人工蜂群算法的混合儲能系統(tǒng)功率分配方案有著廣闊的市場應(yīng)用前景，其原理為實時控制儲能設(shè)備的充放電功率，強化系統(tǒng)的儲能特性，提升負載供應(yīng)的穩(wěn)定性。

可從兩方面深入分析和探究混合儲能系統(tǒng)分配中運用人工蜂群算法的性能情況，即確定相應(yīng)的目標函數(shù)和篩選最優(yōu)評價指標。前者在混合儲能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配中能夠發(fā)揮出重要作用，實際運用時可選用儲能損耗最小化、儲能峰值電價最大化和峰谷差價利用最大化等多種目標函數(shù)，任何一種目標函數(shù)都無法做到與實際需求完全匹配，此時就會得到不同的計算結(jié)果；后者是一個需要引起高度重視的問題，常見的評價指標有充放電效率、能量儲存損耗和功率分配數(shù)值等，為得到混合儲能系統(tǒng)功率分配的最優(yōu)方案，必須精準計算出這些指標。

相比于其他算法，混合儲能系統(tǒng)功率分配過程中運用人工蜂群算法展現(xiàn)出了更加優(yōu)異的性能，其整體搜索能力強，能夠快速確定最優(yōu)解決方案，在實際應(yīng)用和提升系統(tǒng)運行效率方案也體現(xiàn)出了良好的性價比?；旌蟽δ芟到y(tǒng)功率分配中以人工蜂群為優(yōu)化算法時，能夠最大限度地提升系統(tǒng)的儲能特性，優(yōu)化實際分配方案。但在運用時應(yīng)確定好目標函數(shù)和評價指標，不斷優(yōu)化人工蜂群算法的相關(guān)參數(shù)，提升儲能系統(tǒng)的運行效率。

4 結(jié) 語

在實際應(yīng)用中，混合儲能系統(tǒng)的功率分配往往面臨著多變因素，包括負載容量的變化、充電樁的分布變化等。而混合儲能功率分配優(yōu)化算法可以快速實現(xiàn)對系統(tǒng)變化的適應(yīng)，并快速響應(yīng)調(diào)整，促使系統(tǒng)可以更好地適應(yīng)系統(tǒng)變化，達到優(yōu)化調(diào)控的目的?？傊?，在實踐中混合儲能功率分配優(yōu)化算法有著廣泛的應(yīng)用價值，能夠大幅度提升混合儲能系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，節(jié)約成本并降低能耗，為實現(xiàn)整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。