本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制領(lǐng)域,具體涉及一種基于多微網(wǎng)系統(tǒng)下的電動(dòng)車規(guī)模調(diào)度方法及調(diào)度系統(tǒng),減少電動(dòng)車接入對(duì)電網(wǎng)的影響,保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。
背景技術(shù):
隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟,多微網(wǎng)系統(tǒng)不僅能夠控制與主網(wǎng)之間的耦合聯(lián)系,避免來(lái)自主網(wǎng)的電壓波動(dòng)以及上游擾動(dòng)等影響,同時(shí)各微網(wǎng)系統(tǒng)之間能夠進(jìn)行電量傳輸,從而充分利用各微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的分布式能源,減少儲(chǔ)能設(shè)備的操作成本,降低對(duì)主網(wǎng)的依賴程度,提高區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。另一方面,電動(dòng)車作為一種最具有前途的負(fù)載,由于其充放電的巨大彈性,正吸引著越來(lái)越多研究者的關(guān)注,相比于傳統(tǒng)的汽車,電動(dòng)車在能源利用率以及環(huán)境效益等問(wèn)題上都有著巨大的優(yōu)勢(shì)。電動(dòng)車作為一種新型負(fù)荷,如果集中于某些電價(jià)較低的時(shí)段集中充電,就可能會(huì)形成新的用電高峰,影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。此外有文獻(xiàn)特別提到,如果電動(dòng)車所需電量完全由本地機(jī)組發(fā)電提供,其co2排放量將大于由燃料驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)汽車,因此有必要合理的利用可再生能源發(fā)電,優(yōu)化電動(dòng)車的充電規(guī)模,從而避免上述的不利影響。
目前已有的文獻(xiàn)中主要以減少co2排放為目標(biāo)對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)中的燃料汽車和電動(dòng)車的規(guī)模進(jìn)行了研究,大多考慮將所有燃料汽車替換成電動(dòng)車,但沒(méi)有考慮由此帶來(lái)的負(fù)荷增加問(wèn)題,并未對(duì)電動(dòng)車的規(guī)模做出合理的指導(dǎo)。圖1所示的多微網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng),包含有用于各微網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電的傳統(tǒng)燃料發(fā)電機(jī)組以及各種可再生能源發(fā)電裝置,傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組主要為柴油機(jī)組,其發(fā)電容量在加上可再生能源發(fā)電量之后,應(yīng)該滿足各微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷最大需求量,保證微網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行而不至于出現(xiàn)各種可能的斷電事故??稍偕茉窗l(fā)電裝置則包括了光伏電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)組。微網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷則主要分為兩種類型,電動(dòng)車和非電動(dòng)車負(fù)荷。其中非電動(dòng)車負(fù)荷不可調(diào)度,是居民日常正常生活所需的電量。而電動(dòng)車由于其靈活的可調(diào)度性,既可以作為一種負(fù)荷,又能夠作為微網(wǎng)系統(tǒng)中的一種儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)使用。在系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電量充足的時(shí)段,系統(tǒng)通過(guò)部署大量電動(dòng)車充電來(lái)存儲(chǔ)溢出的可再生能源發(fā)電量,而在負(fù)荷使用較集中的時(shí)段,則在保證不影響電動(dòng)車正常行駛的情況下,控制部分電動(dòng)車向系統(tǒng)放電,從而緩解系統(tǒng)能源供給的壓力,大大提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,可靠性。
此外,整個(gè)多微網(wǎng)系統(tǒng)中存在一個(gè)中央管理器,而每個(gè)微電網(wǎng)內(nèi)又各自存在一個(gè)代理商。首先中央管理器根據(jù)各微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷曲線,結(jié)合居民用戶的歷史消費(fèi)數(shù)據(jù),來(lái)制定相應(yīng)的實(shí)時(shí)電價(jià)。其次中央管理器能對(duì)各微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)時(shí)的用電量進(jìn)行管理。一旦系統(tǒng)內(nèi)某一時(shí)段某個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)能源供應(yīng)不足,則其會(huì)首先通過(guò)代理商由信號(hào)傳輸線路向中央管理器發(fā)出“求救”信號(hào),中央管理器在接收到信號(hào)后,便在整個(gè)系統(tǒng)中查看其它微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的能源供給情況。如果某個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)存在多余的可再生能源發(fā)電量,則將這部分盈余的能源進(jìn)行調(diào)度,通過(guò)電力傳輸線路傳輸給“求助者”。如果當(dāng)下不存在任何電量盈余,則控制微電網(wǎng)內(nèi)的電動(dòng)車放電或者傳統(tǒng)燃料發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。最終整個(gè)系統(tǒng)在追求整體排放以及操作花費(fèi)最小的目標(biāo)下,對(duì)電動(dòng)車各個(gè)時(shí)段的充放電規(guī)模進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,保證整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題,提供一種基于多微網(wǎng)系統(tǒng)下的電動(dòng)車規(guī)模調(diào)度方法及調(diào)度系統(tǒng),能夠有效利用多微網(wǎng)系統(tǒng)中的可再生能源以及各個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)之間的盈余能源進(jìn)行相互傳輸,提高能源的利用率,對(duì)電動(dòng)車的規(guī)模進(jìn)行合理的安排,并且通過(guò)價(jià)格補(bǔ)償機(jī)制鼓勵(lì)用戶參與調(diào)度機(jī)制,具備現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用價(jià)值,同時(shí)本發(fā)明還能夠保證在微網(wǎng)系統(tǒng)中不會(huì)形成新的用電尖峰,進(jìn)而維護(hù)用電系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明基于多微網(wǎng)系統(tǒng)下的電動(dòng)車規(guī)模調(diào)度方法,包括以下步驟:
步驟一、通過(guò)多級(jí)管理系統(tǒng)mas獲取各微網(wǎng)系統(tǒng)中每天總的能源消耗dtotal以及每戶居民每天的平均能源消耗daverage,通過(guò)公式
步驟二、在微網(wǎng)系統(tǒng)中建立電動(dòng)車規(guī)模的等式約束方程:
在上式中,
步驟三、根據(jù)各個(gè)時(shí)段的可再生能源以及本地機(jī)組發(fā)電量至少滿足用戶日常負(fù)荷需求及電動(dòng)車充電量的條件,建立發(fā)電側(cè)和需求側(cè)的供需不等式約束方程:
其中,pload,i,t表示微網(wǎng)i的負(fù)荷,qi,l,t表示微網(wǎng)i向微網(wǎng)j傳輸?shù)碾娏浚?imgfile="bda0001279159010000034.gif"wi="141"he="71"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>表示電動(dòng)車的充電量,pi,j,t表示微網(wǎng)i內(nèi)發(fā)電機(jī)的發(fā)電量,ppv,i,t,pwind,i,t分別表示的是太陽(yáng)能及風(fēng)能的發(fā)電量,qloss,l,i,t表示微網(wǎng)j向微網(wǎng)i輸電過(guò)程中的線損,
步驟四、建立以微網(wǎng)系統(tǒng)排放及操作費(fèi)用最小為目標(biāo)的優(yōu)化模型,求解各微網(wǎng)系統(tǒng)中傳統(tǒng)車輛與電動(dòng)車的最優(yōu)規(guī)模和調(diào)度方案,目標(biāo)函數(shù)如下:
上式中,e(pi,t,l)和ecv(ncv,i)為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組和燃料汽車所產(chǎn)生co2的排放費(fèi)用,cost(pi,t,l)為發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本,sui,j和sdi,j為機(jī)組的開(kāi)關(guān)機(jī)成本,ploss為電池的損耗成本,μ為補(bǔ)償系數(shù),w,1-w分別為排放費(fèi)用和操作費(fèi)用的權(quán)重因子,
步驟五、求解各個(gè)時(shí)段內(nèi)微網(wǎng)系統(tǒng)之間相互傳輸?shù)碾娏縬l,i,k以及不同微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的電動(dòng)車數(shù)量ni,t,然后通過(guò)多級(jí)管理系統(tǒng)mas將當(dāng)前時(shí)段的調(diào)度結(jié)果發(fā)布到各個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi);
步驟六、重復(fù)以上步驟,直至各個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)中的電動(dòng)車規(guī)模都達(dá)到能夠承受的上限或者到達(dá)調(diào)度周期結(jié)束,則整個(gè)調(diào)度過(guò)程結(jié)束。
所述的步驟二中還包括以下本地機(jī)組的操作約束:
本地機(jī)組的功率限制:
機(jī)組的啟停功率限制:
機(jī)組不同狀態(tài)之間的關(guān)系:yi,j,t+zi,j,t≤1,yi,j,t-zi,j,t=xi,j,t-xi,j,t-1;
電動(dòng)車的充放電約束:
電動(dòng)車電池中的電量不小于最低要求電量的約束:
保證各時(shí)段充放電相互獨(dú)立的約束:ii,t+ui,t=1;
式中,pi,j,t表示本地機(jī)組j的發(fā)電量,rui,j,rdi,j表示本地機(jī)組j的功率升降限制,
所述的步驟六中采取電價(jià)補(bǔ)償措施來(lái)彌補(bǔ)由于各個(gè)時(shí)段峰值負(fù)荷的限制,給用戶造成的電動(dòng)車充電時(shí)間段從低電價(jià)向高電價(jià)推遲所帶來(lái)的損失;然后根據(jù)當(dāng)前各微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的車輛規(guī)模
步驟三中所述的可再生能源包括風(fēng)能以及太陽(yáng)能。步驟五中對(duì)可再生能源進(jìn)行超短期滾動(dòng)預(yù)測(cè),周期為30分鐘,根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果按時(shí)段計(jì)算目標(biāo)函數(shù)。
本發(fā)明基于多微網(wǎng)系統(tǒng)下的電動(dòng)車規(guī)模調(diào)度系統(tǒng)采用的技術(shù)方案為:
包括與主電網(wǎng)相連的電力傳輸線路以及與中央處理器相連的信息傳輸線路,不同的微網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)各自的代理商均連接至電力傳輸線路以及信息傳輸線路;所述的微網(wǎng)系統(tǒng)中包括電動(dòng)車充電模塊,所述的中央處理器集成有用于實(shí)時(shí)發(fā)布調(diào)度結(jié)果的多級(jí)管理系統(tǒng)mas。
所述的電力傳輸線路上設(shè)有能夠接受外部命令信號(hào)來(lái)控制接通或者斷開(kāi)主電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)。
所述的微網(wǎng)系統(tǒng)中包括用于進(jìn)行發(fā)電的化石燃料機(jī)組、光伏電板、風(fēng)力渦輪機(jī)組。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下的有益效果:建立綜合考量了環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的權(quán)重模型,通過(guò)求解目標(biāo)模型,找出各微網(wǎng)系統(tǒng)中傳統(tǒng)車輛以及電動(dòng)車的最優(yōu)規(guī)模和調(diào)度方案。此外,所建立的模型中還涉及到可再生能源分布式發(fā)電的接入,衡量了能源預(yù)測(cè)的不確定性對(duì)于電動(dòng)車規(guī)模的影響,并給出相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)度方案。該方案從排放和操作費(fèi)用兩方面出發(fā),合理的利用可再生能源發(fā)電對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電動(dòng)車規(guī)模進(jìn)行合理的安排,允許各微網(wǎng)系統(tǒng)之間進(jìn)行電能傳遞,提高了能源的利用率,避免了由于過(guò)多的電動(dòng)車所造成的間接污染以及集中充電給電網(wǎng)帶來(lái)的穩(wěn)定性問(wèn)題,有效提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能夠配合調(diào)度方法的實(shí)施,能量流向清楚,故障容易排查,通過(guò)采取相應(yīng)的電價(jià)補(bǔ)償措施彌補(bǔ)用戶由于電動(dòng)車充電的推遲所造成的經(jīng)濟(jì)損失,通過(guò)這種激勵(lì)辦法鼓勵(lì)用戶參與到調(diào)度機(jī)制中來(lái),提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性,有效避免了由于過(guò)多的電動(dòng)車所造成的間接污染以及集中充電給電網(wǎng)帶來(lái)的穩(wěn)定性問(wèn)題。
附圖說(shuō)明
圖1本發(fā)明調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;
圖2本發(fā)明調(diào)度方法的操作流程圖;
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明提出的多微網(wǎng)系統(tǒng)下電動(dòng)車規(guī)模優(yōu)化調(diào)度方法,能夠在維持現(xiàn)有發(fā)電容量的情況下,最大限度利用多微網(wǎng)系統(tǒng)的可再生能源發(fā)電,合理的安排電動(dòng)車的最優(yōu)規(guī)模,在保證系統(tǒng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的前提下,減少了電動(dòng)車接入對(duì)電網(wǎng)的影響,保證了系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。
參見(jiàn)圖1,本發(fā)明基于多微網(wǎng)系統(tǒng)下的電動(dòng)車規(guī)模調(diào)度系統(tǒng),包含有用于各微網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電的傳統(tǒng)燃料發(fā)電機(jī)組以及各種可再生能源發(fā)電裝置,傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組主要為柴油機(jī)組,其發(fā)電容量再加上可再生能源發(fā)電量之后應(yīng)該滿足各微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷最大需求量,從而保證微網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行而不至于出現(xiàn)各種可能的斷電事故。而可再生能源發(fā)電裝置則包括了光伏電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)組。微網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷則主要分為兩種類型,電動(dòng)車和非電動(dòng)車負(fù)荷。其中非電動(dòng)車負(fù)荷不可調(diào)度,是居民日常正常生活所需的電量。而電動(dòng)車由于其靈活的可調(diào)度性,既能夠作為一種負(fù)荷,又能作為微網(wǎng)系統(tǒng)中的一種儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)使用。在系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電量充足的時(shí)段,系統(tǒng)通過(guò)部署大量電動(dòng)車充電來(lái)存儲(chǔ)溢出的可再生能源發(fā)電量,而在負(fù)荷使用較集中的時(shí)段,則在保證不影響電動(dòng)車正常行駛的情況下,控制部分電動(dòng)車向系統(tǒng)放電,從而緩解系統(tǒng)能源供給的壓力,大大提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,可靠性。
參見(jiàn)圖2,本發(fā)明基于多微網(wǎng)系統(tǒng)下的電動(dòng)車規(guī)模調(diào)度方法,包括以下步驟:
1)估計(jì)車輛的總體規(guī)模:通過(guò)多級(jí)管理系統(tǒng)(mas)獲取各個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)中的每天總的能源消耗dtotal,以及每戶居民每天的平均的能源消耗daverage,并根據(jù)公式:
2)模型約束:在假設(shè)每輛電動(dòng)車每天只充放電一次的前提下,微網(wǎng)系統(tǒng)中各時(shí)段的電動(dòng)車充電數(shù)量以及電動(dòng)車,燃料汽車數(shù)量應(yīng)該滿足等式約束:
同時(shí),本地機(jī)組的操作約束有:
其中,第一個(gè)約束表示的是本地機(jī)組的功率限制,第二和第三個(gè)約束表示的是機(jī)組的啟停功率限制,第四個(gè)約束表示的是機(jī)組不同狀態(tài)之間的關(guān)系。
電動(dòng)車的充放電約束也在考慮之中:
第一個(gè)和第二個(gè)約束表示的是充放電約束,其中φmin是電動(dòng)汽車用于正常行駛所需的最低電量百分比。第三個(gè)約束可以保證電動(dòng)車電池中的電量大于等于最低要求電量,而第四個(gè)約束則用來(lái)保證各時(shí)段充放電相互獨(dú)立。此外,各個(gè)時(shí)段的可再生能源(包括風(fēng)能和太陽(yáng)能)以及本地機(jī)組發(fā)電量必須至少滿足用戶的日常負(fù)荷需求以及電動(dòng)車所需的充電電量等,因而可以建立發(fā)電側(cè)和需求側(cè)的供需不等式約束:
3)建立目標(biāo)模型:綜合以上所述,建立了一個(gè)以微網(wǎng)系統(tǒng)排放及操作費(fèi)用最小為目標(biāo)的優(yōu)化模型,來(lái)尋求各微網(wǎng)系統(tǒng)中傳統(tǒng)車輛以及電動(dòng)車的最優(yōu)規(guī)模和調(diào)度方案,目標(biāo)函數(shù)如下:
其中,第一部分表示的是由傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組和燃料汽車所產(chǎn)生的co2排放費(fèi)用e(pi,t,l)和ecv(ncv,i),第二部分為各種操作費(fèi)用之和,包括發(fā)電機(jī)組發(fā)電成本cost(pi,t,l),機(jī)組開(kāi)關(guān)機(jī)成本sui,j和sdi,j,各微網(wǎng)系統(tǒng)之間傳輸損耗成本,電池?fù)p耗成本ploss,第三部分為電價(jià)補(bǔ)償,μ為補(bǔ)償系數(shù),w1,w2分別為排放費(fèi)用和操作費(fèi)用的權(quán)重因子,
實(shí)時(shí)調(diào)度:對(duì)可再生能源進(jìn)行超短期滾動(dòng)預(yù)測(cè),周期為30分鐘。這樣能大大提升可再生能源實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的精度。根據(jù)當(dāng)前時(shí)段預(yù)測(cè)的可再生能源發(fā)電量求解模型,計(jì)算當(dāng)前時(shí)段內(nèi)電動(dòng)車的最優(yōu)規(guī)模,以及各微網(wǎng)系統(tǒng)之間的能量傳輸。mas系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果,合理的分配不同微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的盈余電能,最大化的利用盈余的能源,并安排各微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電動(dòng)車進(jìn)行充電。此時(shí),由于調(diào)度的結(jié)果從電網(wǎng)穩(wěn)定性出發(fā),充分考慮了不同微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各時(shí)段的峰值負(fù)荷限制,因而會(huì)有一部分用戶原本要求在當(dāng)前時(shí)段充電的電動(dòng)車不得不推遲到其他時(shí)段(電價(jià)更高)進(jìn)行充電,從而避免負(fù)荷尖峰的形成。但是這也會(huì)給用戶造成了額外的經(jīng)濟(jì)損失。為了鼓勵(lì)用戶積極的參與需求響應(yīng)的調(diào)度機(jī)制中來(lái),mas系統(tǒng)會(huì)對(duì)這一部分的用戶采取電價(jià)補(bǔ)償?shù)拇胧?,彌補(bǔ)他們的損失。然后根據(jù)當(dāng)前累積的車輛規(guī)模