面向远洋海岛微网的短期负荷预测方法及离散能量优化调度策略研究

摘要

远洋海岛作为海洋开发的支点和平台，具有重要的经济、政治和军事价值，充裕可靠的能量供给是实现岛屿多功能开发、促进海洋经济发展、保障“海洋强国”战略实施的基础和保证。考虑到海岛及其周边海域所蕴藏的丰富的可再生能源，在未来，通过提高岛内可再生能源发电能力，配置淡水、氢气等资源制备设施以及各类生产生活负荷，将有效保障海岛电能和资源的长期可靠供应，提升远洋资源开发能力，推进远洋海岛的发展和建设。 在远洋海岛未来发展场景中，岛内将存在大量新型用电负荷，并呈现出多元化、复杂化的特点，为此，本文首先提出一种基于改进K-means算法的负荷聚类方法，根据负荷曲线的形状特征，对用户进行精细化聚类划分，为负荷模型构建、分类负荷预测奠定研究基础。同时，本文将信息论引入到历史负荷数据的可预测性评估当中，通过计算样本信息熵，构建可预测性评价指标，建立了先验式样本评估方案。 其次，针对部分波动性较大、不确定性较强的负荷，本文提出一种基于边界估计理论的区间预测方法，一方面，从区间宽度和累计误差两个角度对现有区间预测评价指标做出改进，另一方面，利用神经网络构建了区间预测模型，并基于预测评价指标的优劣，采用粒子群算法对网络结构参数进行优化。仿真中通过对某波动性较强的历史负荷数据进行预测分析，验证了所提方法相比于传统点对点预测以及现有区间预测方法的优越性。 最后，本文提出一种基于储换电船舶的岛间能量调度方案，并根据调度方式的差异将其划分为不同模式，在计及储换电船舶数目、船舶自身载荷、岛屿服务时间窗等约束条件的基础上，采用改进蚁群算法对不同模式下的最优调度方案进行了搜索，仿真中基于我国南海某群岛实际地理数据，对比分析了不同模式下的船舶配置情况和累计航行距离，说明了所提方法的可行性与合理性，能够实现岛间能源的相互补充和协调支援。

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摘 要

Abstract

目 录

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 负荷聚类分析

1.2.2 负荷可预测性评估及区间预测

1.2.3 储换电船舶及离散资源调度

1.3 现有研究面临的若干挑战

1.4 本文的主要工作

2 负荷聚类分析及历史负荷数据可预测性评估

2.1 引言

2.2 基于改进K-means聚类算法的负荷聚类分析

2.2.1 聚类分析的概念和数学模型

2.2.2 电力负荷数据样本预处理

2.2.3 基于改进K-means算法的电力负荷聚类分析模型

2.3 基于信息熵的历史负荷数据可预测性评估

2.3.1 信息熵与数据序列的可预测性

2.3.2 基于信息熵的可预测性指标计算方法

2.3.3 负荷离散化程度对可预测性指标计算的影响

2.4 仿真分析

2.4.1 负荷聚类结果分析

2.4.2 部分样本可预测性评估结果

2.4.3 波动型负荷比例对整体可预测性的影响分析

2.5 本章小结

3 基于边界估计理论的负荷短期区间预测研究

3.1 引言

3.2 区间预测现有方法介绍及评价指标改进

3.2.1 区间预测基本概念

3.2.2 基于Bootstrap估计的传统区间预测方法

3.2.3 区间预测评价指标介绍及其改进

3.3 基于边界估计理论的区间预测方法

3.3.1 基于边界估计理论的预测模型构建

3.3.2 基于粒子群算法的多目标优化模型构建

3.3.3 区间预测总体实施流程

3.4 区间预测仿真分析

3.4.1 负荷数据说明

3.4.2 各类预测方法的仿真结果

3.4.3 不同预测方法仿真结果对比

3.5 本章小结

4 基于改进蚁群算法的储换电船舶日前优化调度策略研究

4.1 引言

4.2 远洋海岛群能量调度场景及基本假设

4.3 储换电船舶日前调度数学模型构建

4.3.1 远洋海岛群能量调度模式确定

4.3.2 优化目标确定

4.3.3 约束条件确定

4.4 基于改进蚁群算法的储换电船舶日前调度方案优化求解

4.4.1 蚁群算法基本介绍

4.4.2 基于改进蚁群算法的储换电船舶日前调度方案优选

4.5 储换电船舶日前优化调度仿真分析

4.5.1 远洋海岛群仿真场景构建

4.5.2 不同调度模式下的日前最优航路方案设计

4.5.3 不同调度模式最优方案结果对比

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致 谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间研究成果

附录2 攻读硕士学位期间参与的科研项目