本发明涉及多能互补发电领域，尤其涉及一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法。
背景技术：
1、多能互补发电系统是建立在不同可再生能源及常规能源的天然互补特性基础上，实现多能源混合的发电系统，是清洁能源基地建设的重要内容之一。而互补系统容量的优化配置是实现更高质量的电力输出、降低经济成本、达到综合效益最大化的关键。
2、目前，能源生产消费方式向绿色低碳变革，光伏发电和风力发电等新能源发电方式具有高效性、低碳环保性、间接性、波动性等特点，而火电、水电机组启停灵活，能够迅速调节风光不确定性带来的电能波动，从而有效提升系统的灵活性，促进可再生能源的消纳。
3、当前针对多能互补容量优化配置方面所展开的大量研究，主要涉及可靠性和经济性方面的优化模型，研究单独采用水火风光的互补系统结构很少，大部分只从单目标、单维度优化系统配置结果，且很少考虑到季节性因素对多能互补系统中各种能源结构的影响。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种综合考虑多目标和约束条件的季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法。
2、为解决上述问题，本发明所述的一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法，包括以下步骤：
3、s1：根据多能互补系统中水电站季节发电量预测结果，对平、丰、枯水期选用不同的优化配置方案；
4、s2：确定目标函数的表达式，然后以各项投资成本限值最小、净负荷波动最小、新能源发电量最大和总碳排放量最小为子目标，并对子目标函数进行min-max归一化处理；然后经线性加权求和，建立多能互补系统优化模型；
5、s3：建立约束条件：
6、所述约束条件是指系统单机装机约束、能源浪费约束、火电保安开机约束、水力发电机组出力约束、光伏发电机组出力约束、风力发电机组出力约束和火电出力约束；
7、s4：在不同的季节情况下，采用不同的优化配置方案，通过粒子群优化算法求解所述多能容量优化配置系统的最优的水电发电机组、光伏阵列数量、风电发电机组数量和火电机组数量。
8、所述步骤s1中水电站季节发电量预测结果按下述方法获得：首先对多能互补系统中资料齐全的水电站数据进行预处理；然后根据水电站数据资料特征利用lstm模型进行水电站季节发电量预测；最后对水电站季节发电能力预测结果进行分析，划分平、丰、枯水期。
9、所述水电站数据预处理是指将包括历年发电水量的水电站数据进行收集、整理、标准化和归一化、相关性分析以及异常值处理的过程。
10、所述lstm模型由遗忘门ft、输入门it和gt、细胞状态ct和输出门ot组成，其表达式为：
11、遗忘门ft按下式获得：
12、ft＝σ(wfht-1+ufxt+bf)
13、式中：σ为sigmoid激活函数；wf和uf为遗忘门的权重矩阵；bf为偏置向量；hx-1为上一个时刻t-1的隐藏状态；xt为输入序列在当前时刻t的值；
14、输入门it和gt按下式获得：
15、it＝σ(wiht-1+uixt+bi)
16、gt＝tanh(wght-1+ugxt+bg)
17、式中：wi、ui、wg和ug为输入门的权重矩阵；bi和bg为偏置向量；tanh为双曲正切激活函数；
18、细胞状态ct按下式获得：
19、ct＝ct-1⊙ft+ft⊙gt
20、式中：ct-1为上一时刻细胞状态；⊙为hadamard积；
21、输出门ot按下式获得：
22、ot＝σ(woht-1+uoxt+bo)
23、ht＝ot⊙tanh(ct)
24、式中：wo和uo为输出门的权重矩阵；bo为偏置向量；ht为当前时刻t的隐藏状态。
25、所述步骤s1中平、丰、枯水期的优化配置方案是指：
26、当在汛期时，水电满发，以最大化水电出力为目标，如需风电和火电参与调节，则按照水电、风光和火电的顺序依次出力；
27、当在枯水期时，以风光发电量最大为目标，为了避免水电站在发电过程中对下游生态环境造成不良影响，采用火电和水电下泄生态流量部分参与调节作为电力系统基荷部分，电力系统的负荷按照风光、水电下泄生态流量发电部分、火电和水电调峰顺序依次出力；
28、当在平水期时，以风光发电量最大为目标，按照风光、水电和火电的顺序依次出力。
29、所述步骤s2中多能互补系统优化模型按下述方法确定：
30、①确定目标函数的表达式为：
31、min z＝λ1f1+λ2f2+λ3f3++λ4f4
32、式中：f1为各项投资成本限值c；f2为负荷缺电率d；f3为新能源发电量w；f4为总碳排放量q；其中，f1＝c，f2＝d，f3＝-w，f4＝q；λ1、λ2、λ3和λ4分别为投资成本限值、负荷缺电率、新能源总发电量和总碳排放量的权重系数，且λ1+λ2+λ3+λ4＝1；
33、②确定投资成本子目标，其表达式为：
34、min f1＝c1+c2+c3；c1＝csnsss+cpvnpvspv+cwnwsw+chnhsh；c2＝γc1；
35、
36、式中：c1为系统设备投资成本；c2为系统设备运行维护成本；c3为火电机组煤耗以及启停成本；cs、cpv、cw和ch分别为水电机组、光伏阵列、风电机组和火电机组的单位容量投资成本；ns、npv、nw和nh分别为水电机组、光伏阵列、风电机组和火电机组的数量；ss、spv、sw和sh分别为水电机组、光伏阵列、风电机组和火电机组总容量；γ为运维成本系数；cmh为火电机组煤耗成本；cq为火电机组启停成本；t为机组出力调度周期；ph(t)为单台火电机组t时刻输出功率；a、b、c为火电机组的耗量特性系数；ut为火电机组的启停状态；ah为火电机组的启停成本；
37、③确定净负荷波动最小子目标，其表达式为：
38、
39、式中：pgh为t时间的净负荷值；pgh，av为一个调度周期范围内净负荷平均值；
40、④根据季节性因素，考虑平、丰、枯水期三种情况下的新能源发电量最大子目标：
41、汛期时，水电满发，其子目标表达式为：
42、
43、枯水期时，风光发电量最大，其子目标表达式为：
44、
45、平水期时，风光发电量最大，其子目标表达式为：
46、
47、式中：t为机组出力调度周期；ps(t)、ppv(t)和pw(t)分别为单台水电机组、单位光伏阵列、单台风电机组t时刻输出功率；
48、⑤确定总碳排放量子目标，其表达式为：
49、max f4＝λec
50、式中：λ为碳排放因子；ec为火电总发电量；
51、⑥分别对四个子目标f1、f2、f3、f4进行min-max归一化处理：
52、
53、⑦对子目标进行线性加权求和，建立多能互补系统优化模型：
54、min z′＝λ1f1′+λ2f′2+λ3f′3+λ4f′4
55、式中：f′1、f′2、f′3和f′4分别为投资成本限值、负荷缺电率、新能源发电量和总碳排放量归一化后的数值；f1max、f2max、f3max、f4max分别为投资成本限值、负荷缺电率、新能源发电量和总碳排放量的最大值；f1min、f2min、f3min、f4min分别为投资成本限值、负荷缺电率、新能源发电量和总碳排放量的最小值。
56、所述步骤s3中约束条件按下述方法建立：
57、(1)系统单机装机容量约束：
58、
59、式中：zs、zh、zw、zpv分别为水电、火电、风电和光伏机组的装机容量；zsmin、zhmin、zpvmin、zwmin分别为目标年份水电、火电、光伏发电和风力发电装机规模预先规划的下限；zsmax、zhmax、zpvmax、zwmax分别为目标年份水电、火电、光电和风电装机规模预先规划的上限；
60、(2)能源浪费率约束：
61、
62、式中：dwe为能源浪费率；dwemax为能源浪费率最大值；pwe(t)为t时刻能源浪费功率；e为t时间内负荷总消耗电量；
63、(3)火电保安开机约束：
64、h≥chminrhmintmax
65、式中：chmin为根据地区电网安全稳定约束得出的火电保安开机容量；rhmin为火电的最小出力率；tmax为全年小时数，非闰年取8760小时，闰年取8784小时；
66、(4)水力发电机组出力约束、光伏发电机组出力约束、风力发电机组出力约束和火电出力约束：
67、
68、式中：psmin为单位水电机组的最小输出功率；psmax、ppvmax和pwmax为单位水电、光伏和风电机组的最大输出功率；ph为火电机组的输出功率；hmin、hmax为火电机组最小出力系数、最大出力系数。
69、本发明与现有技术相比具有以下优点：
70、1、本发明在考虑季节性因素的基础上，采用以水电清洁能源为主的水火风光多能互补发电系统，充分考虑水力发电在平、丰、枯水期的发电特性，并结合火电、光伏发电和风电的季节特性，综合考虑多目标和约束条件，构建季节性多能互补系统容量优化配置系统。
71、2、本发明综合考虑多个子目标和约束条件，利用粒子群优化算法，可以根据能源的实际情况和需求进行合理分配和利用，避免大规模新能源引入对传统能源及电网公司效益的影响，统筹兼顾各类电源及电网公司的效益，为新能源与常规能源的协调发展提供依据，从而降低能源成本，提高能源的经济性。
1.一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法，其特征在于：所述步骤s1中水电站季节发电量预测结果按下述方法获得：首先对多能互补系统中资料齐全的水电站数据进行预处理；然后根据水电站数据资料特征利用lstm模型进行水电站季节发电量预测；最后对水电站季节发电能力预测结果进行分析，划分平、丰、枯水期。
3.如权利要求2所述的一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法，其特征在于：所述水电站数据预处理是指将包括历年发电水量的水电站数据进行收集、整理、标准化和归一化、相关性分析以及异常值处理的过程。
4.如权利要求2所述的一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法，其特征在于：所述lstm模型由遗忘门ft、输入门it和gt、细胞状态ct和输出门ot组成，其表达式为：
5.如权利要求1所述的一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法，其特征在于：所述步骤s1中平、丰、枯水期的优化配置方案是指：
6.如权利要求1所述的一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法，其特征在于：所述步骤s2中多能互补系统优化模型按下述方法确定：
7.如权利要求1所述的一种季节性水火风光多能互补系统容量优化配置方法，其特征在于：所述步骤s3中约束条件按下述方法建立：
