CN111476424A - 含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,包括:利用蒙特卡洛法模拟电动汽车的初始状态;对光伏、风机的出力情况及热电负荷情况进行预测,分析多微电网内各个微源的出力限制及运行特性;以多微电网的污染治理成本与发电总成本为目标,建立多微电网优化调度模型,采用蜂群算法进行对多微电网优化调度模型的参数进行优化,其中,考虑到多目标之间的协调,利用权重系数将多目标之间的协调问题转化成单目标优化问题。本发明能够通过分时电价、供能关系科学处理电动汽车与各个微电网之间的能量交换,能够实现能源的最大化利用以及微电网群的整体利益最大化。
Description
技术领域
本发明涉及多微电网能量调度技术领域,具体而言涉及一种含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法。
背景技术
微电网是由分布式电源、电荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统,其经济效益主要体现在俩各方面:1.优化配置;2.经济调度。目前微电网都是以群体的形式出现,微电网群的经济调度需要从全局考虑,优化调度各个微电网的出力,综合微网群内电、热、冷负荷的连续高质量供应,同时兼顾各个微电网的环保性与经济性,以实现微电网群整体运行情况最优的状态。
电动汽车接入微电网内,既可以作为消费端,得到电能,又能作为供能端输出电能,考虑到分时电价,电动汽车的存在使得微电网的调度更加具有灵活性。目前的研究中,主要是分为多个电动汽车接入单个微电网,或者接入多个微电网,但是负荷端基本都是以电能负荷为主,并未考虑到热负荷的存在。
综上所述,如何研究出一种既考虑电动汽车又考虑热电联供的多个微电网能量调度方法,就成为本领域人员急需解决的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,通过分时电价、供能关系科学处理电动汽车与各个微电网之间的能量交换,能够实现能源的最大化利用以及微电网群的整体利益最大化。
为达成上述目的,结合图1,本发明提出一种含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,所述调度方法包括:
S1,基于积极型私家电动汽车数学模型,利用蒙特卡洛法模拟电动汽车的初始状态,所述电动汽车的初始状态包括电动汽车接入微电网的时间与电动汽车包含的电池的荷电状态;
S2,对光伏、风机的出力情况及热电负荷情况进行预测,分析多微电网内各个微源的出力限制及运行特性;
S3,以多微电网的污染治理成本与发电总成本为目标,建立多微电网优化调度模型,采用蜂群算法进行对多微电网优化调度模型的参数进行优化,其中,考虑到多目标之间的协调,利用权重系数将多目标之间的协调问题转化成单目标优化问题;
S4,采用多微电网优化调度模型对多微电网能量进行调度。
进一步的,步骤S3中,所述多微电网优化调度模型的目标函数包括发电总成本和各个分布式电源的污染气体治理总费用;
其中,发电总成本=燃气轮机与燃料电池的运行维护+燃料成本大电网的电能交换和微电网之间的能量交易成本。
进一步的,所述微电网之间能量的交易电价等同于微电网与大电网之间的交易电价。
进一步的,步骤S1中,所述微电网内的供能装置包括风机、光伏电池、燃气轮机、燃料电池中的多种或全部,储能装置包括畜电池和电动汽车;
所述微电网处于并网运行状态。
进一步的,步骤S3中,所述以多微电网的污染治理成本与发电总成本为目标是指:
设置多微电网优化调度模型的目标函数为:
式中:m=1,2,..,M表示微电网群内的第m个微电网,k=1,2,..,M表示微电网群内的第k个微电网,F1,m表示第m个微电网的发电成本;F2,m表示第m个微电网的污染治理费;T表示一个调度周期;N表示分布式电源的种类;Ci.f与Ci.q分别代表分布式电源i的燃料系数与运行管理系数;Cgrid.t与CES.t分别代表t时刻电价与蓄电池运行管理系数;Pi.t.m、Pgrid.t.m及PES.t.m为t时刻第m个微电网分布式电源i输出功率、微电网m与大电网功率交换值及蓄电池有功功率,Pm.k表示微电网m和k的功率交换值,Pv.m.t表示的是电动汽车与微电网m在t时刻的功率交换值;R代表微电网排放气体的种类;βi.h与βgrid.h是分布式电源i与大电网排放污染类型h的排放系数;λi.h、λgrid.h是分布式电源i、大电网排放污染类型h的单位治理费。
进一步的,步骤S3中,所述建立多微电网优化调度模型的过程还包括以下步骤:
设置约束条件,结合约束条件和目标函数,建立多微电网优化调度模型;
所述约束条件为:
Et.m=Et-1.m-PES.t.m×Δt
式中:Pload.t.m是t时刻微电网m的负载功率;Hi.t.m与Hload.t.m分别是微电网m中燃气轮机产生的热量与微电网m所需要的热量;Pi.min.m与Pi.max.m分别是微电网m的分布式电源i最小功率、最大功率;Pgrid.min.m与Pgrid.max.m分别是大电网与微电网m交换最小功率、最大功率;PES.min.m与PES.max.m分别是微电网m的蓄电池最小功率、最大功率;Et.m、Et-1.m分别是微电网m中蓄电池在t时刻、t-1时刻容量;Emin.m、Emax.m分别是微电网m中蓄电池容量最小值与最大值;Δt表示单位时段长。
进一步的,步骤S3中,所述采用蜂群算法进行对多微电网优化调度模型的参数进行优化的过程包括以下步骤:
S31,初始化输入参数,输入参数包括预测的电动汽车的信息、光伏发电功率、风机发电功率、负荷量及微电网运行成本函数、约束条件所包含的各参数,建立多微电网优化调度模型;
S32,根据建立的多微电网优化调度模型,随机产生2N个蜜蜂,其中一半是雇佣蜂,另一半是观察蜂,每个雇佣蜂代表一种调度方案,计算每个雇佣蜂的适应度值;
S33,将天牛须搜索算法的更新原则引入蜜蜂的位置更新原则,即每一只蜜蜂都有一对触角,每一只触角都能接受到食物的信息;
S34,采用下述公式更新雇佣蜂的位置:
vi=xbest+φ×(xi,rt-xi,lt)
式中:xbest表当前适应度最好个体;xi,rt、xi,lt分别是个体i的右、左须在t次迭代位置,φ表[0,1]之间的随机数;vi表个体i更新后位置;
在获得新的位置后,用贪婪算法评价适应度,若新的适应度大于原个体适应度,则认为新个体更优秀;
S35,更新观察蜂的位置,观察蜂会根据雇佣蜂提供的信息,采用下述公式,利用轮盘赌的方法做更进一步的探索:
式中:N是雇佣蜂的数量,F(Xi)表示的是雇佣蜂i的适应度值,Pi表示观察风选择雇佣蜂i的概率。
S36,重复S33至S35,直到达到最大迭代次数,结束迭代,选取适应度最大的蜜蜂,将其对应的调度方案作为最优的调度方案;所述调度方案包含调度周期内各个微电网的各时段可调度机组的功率。
进一步的,步骤S33中,所述将天牛须搜索算法的更新原则引入蜜蜂的位置更新原则,即每一只蜜蜂都有一对触角,每一只触角都能接受到食物的信息的过程包括以下步骤:
S331,生成随机k维单位向量以表示蜜蜂左须指向右须向量:
式中:k是空间的维度;
S332,根据下述公式对左右须位置与适应度值进行更新:
式中:xt、xrt、xlt分别是蜜蜂、蜜蜂右须及蜜蜂左须t次迭代的位置;d是蜜蜂俩须之间距离;fright、fleft分别是蜜蜂左须与蜜蜂右须适应度值。
以上本发明的技术方案,与现有相比,其显著的有益效果在于:
(1)通过分时电价、供能关系科学处理电动汽车与各个微电网之间的能量交换,能够实现能源的最大化利用以及微电网群的整体利益最大化。
(2)针对已经建立的多微电网数学调度模型,采用蜂群算法进行求解,同时考虑到多目标的兼容,将多目标优化问题转化成单目标优化,加快多微电网数学调度模型参数优化速度。
(3)光伏与风机并不采用最大功率跟踪的模式,同样参与调度,以此提高风电功率的消纳。
应当理解,前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外,所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见,或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中,在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见,在每个图中,并非每个组成部分均被标记。现在,将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例,其中:
图1是本发明的含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法的流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
结合图1,本发明提及一种含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,所述调度方法包括:
S1,基于积极型私家电动汽车数学模型,利用蒙特卡洛法模拟电动汽车的初始状态,所述电动汽车的初始状态包括电动汽车接入微电网的时间与电动汽车包含的电池的荷电状态。
S2,对光伏、风机的出力情况及热电负荷情况进行预测,分析多微电网内各个微源的出力限制及运行特性。
S3,以多微电网的污染治理成本与发电总成本为目标,建立多微电网优化调度模型,采用蜂群算法进行对多微电网优化调度模型的参数进行优化,其中,考虑到多目标之间的协调,利用权重系数将多目标之间的协调问题转化成单目标优化问题。
S4,采用多微电网优化调度模型对多微电网能量进行调度。
优选的,所述微电网群内包含M个微电网,每个微电网的供能装置包括风机、光伏电池、燃气轮机、燃料电池,且储能装置包括蓄电池及电动汽车;所述微电网处于并网运行状态,可以与大电网进行电能的交换。
一、对微电网内的各个的分布式电源额出力建模
1.1)风机的特性包括:
风力发电机的输出功率与风速之间的近似关系可以用分段函数表示:
式中:PWT、PN是风力发电机组的输出功率与额定输出功率;vci、vco、vN及v分别是切入风速、切出风速、额定风速及实际风速。
1.2)光伏电池特性包括:
光伏电池的实际输出功率可以通过标准额定条件下的输出功率、太阳光照强度以及环境的温度得到:
式中:Ppv是光伏电池的实际输出功率;PSTC是标准额定条件下光伏电池的额定输出功率;GC是光伏电池的辐照强度;GSTC是标准额定条件下的辐照强度;k是功率温度系数;TC是光伏电池的表面温度,是关于环境温度Ta与风速v的一个函数,c1、c2及c3是常系数;TSTC是标准额定条件下的光伏电池的表面温度。
1.3)燃气轮机的特性包括:
时间t燃气轮机的燃料成本与运行维护成本为:
CMT-OM(t)=KMT-OMPMT(t)Δt
式中:CMT-FUEL(t)、CMT-OM(t)分别是时段t的燃气轮机的燃料成本与运行维护成本;CCH4是天然气单价;PMT(t)、ηMT(t)是时段t的燃气轮机的电功率与发电效率;Δt是单位调度时间;LHVNG是天然气低热值;KMT-OM是运行维护系数。
1.4)燃料电池的特性包括:
CFC-OM(t)=KFC-OMPFC(t)Δt
式中:CFC-FUEL(t)、CFC-OM(t)分别是时段t的燃料电池的燃料成本与运行维护成本;CCH4是天然气单价;PFC(t)、ηFC(t)是时段t的燃料电池的电功率与发电效率;LHVNG、Δt、KFC-OM分别是天然气的低热值、单位调度时间与运行维护系数。
1.5)蓄电池的特性包括:
为了保证系统能够稳定运行,微电网中选取蓄电池进行储能,一般来讲,蓄电池的充放电状态(state of charge,SOC)一般用剩余电量与额定电量的比值来衡量:
式中:P是充放电功率,当值为负时,则表示蓄电池正在充电,当值为正时,则表示蓄电池正在放电;Δt是单位调度时间;E是蓄电池的额定容量。
电动汽车充放电模型:
1.6)电动汽车日行驶里程数:
可以将电动汽车日行驶里程数D用对数正态分布来表示,即D:logN(μd,σd 2),其概率密度函数为:
其中:μd、σd分别是日行驶里程数的分布均值与标准差。
电动汽车最后一次出行返回时刻to可用极大似然估计法近似为正态分布,即to:N(μo,σo 2),概率密度函数为:
其中:μo、σo分别是最后一次返回时刻的分布均值与标准差。
二、建立多微电网优化调度模型
2.1)目标函数
微电网群由M个微电网组成,各个微电网与大电网之间都可以互相传送电能,此外针对光伏与风机并不采用最大功率跟踪的模式,同样参与调度以此提高风电功率的消纳。目标函数主要是俩个:1.发电总成本:燃气轮机与燃料电池的运行维护与燃料成本;大电网的电能交换和微电网之间的能量交易成本,将微电网之间能量的交易电价等同于与大电网之间的交易电价。2.各个分布式电源的污染气体排放。根据最常见的日前调度方式,将一天分为24个时段,调度步长Δt=1h,目标函数为:
式中:m=1,2,..,M表示微电网群内的第m个微电网,k=1,2,..,M表示微电网群内的第k个微电网,F1,m表示第m个微电网的发电成本;F2,m表示第m个微电网的污染治理费;T表一个调度周期;N表示分布式电源的种类;Ci.f与Ci.q分别代表分布式电源i的燃料系数与运行管理系数;Cgrid.t与CES.t分别代表t时刻电价与蓄电池运行管理系数;Pi.t.m、Pgrid.t.m及PES.t.m为t时刻第m个微电网分布式电源i输出功率、微电网m与大电网功率交换值及蓄电池有功功率,Pmk表示微电网m和k的功率交换值,Pv.m.t表示的是电动汽车与微电网m在t时刻的功率交换值。R代表微电网排放气体的种类(NOx、SO2、CO2);βi,h与βgrid.h是分布式电源i与大电网排放污染类型h的排放系数;λi.h、λgrid.h是分布式电源i、大电网排放污染类型h的单位治理费。
2.2)约束条件
微电网约束条件分为等式约束与不等式约束
Et.m=Et-1.m-PES.t.m×Δt
不等式约束包含如下:
式中:Pload.t.m是t时刻微电网m的负载功率;Hi.t.m与Hload.t.m分别是微电网m中燃气轮机产生的热量与微电网m所需要的热量。Pi.min.m与Pi.max.m分别是微电网m的分布式电源i最小功率、最大功率;Pgrid.min.m与Pgrid.max.m分别是大电网与微电网m交换最小功率、最大功率;PES.min.m与PES.max.m分别是微电网m的蓄电池最小功率、最大功率;Et.m、Et-1.m分别是微电网m中蓄电池在t时刻、t-1时刻容量;Emin.m、Emax.m分别是微电网m中蓄电池容量最小值与最大值;Δt表示单位时段长。
三、优化多微电网优化调度模型,采用优化后的多微电网优化调度模型对微电网能量进行调度
针对已经建立的多微电网数学调度模型,采用蜂群算法进行求解,同时考虑到多目标的兼容,将多目标优化问题转化成单目标优化,具体求解步骤如下:
3.1)初始化输入参数,包括预测的电动汽车的信息、光伏发电功率、风机发电功率、负荷量及微电网运行成本函数、约束条件所包含的各参数,从而建立优化调度模型;.
3.2)根据建立的优化调度模型,随机产生2N个蜜蜂,其中一半是雇佣蜂,另一半则是观察蜂,每个雇佣蜂代表一种调度方案,并且计算他们的适应度值;
3.3)将天牛须搜索算法的更新原则引入蜜蜂的位置更新原则中,即每一只蜜蜂都有一对触角,每一只触角都能接受到食物的信息;
3.3.1)由于蜜蜂的朝向随机,所以生成随机k维单位向量来表示蜜蜂左须指向右须向量:
式中:k是空间的维度。
3.3.2)左右须位置与适应度值的更新:
式中:xt、xrt、xlt分别是蜜蜂、蜜蜂右须及蜜蜂左须t次迭代的位置;d是蜜蜂俩须之间距离。fright、fleft分别是蜜蜂左须与蜜蜂右须适应度值。
3.4)更新雇佣蜂的位置:
vi=xbest+φ×(xi,rt-xi,lt)
式中:xbest表当前适应度最好个体;xi,rt、xi,lt分别是个体i右、左须在t次迭代位置,φ表[0,1]之间的随机数;vi表个体i更新后位置。在获得新的位置后,用贪婪算法评价适应度,若新的适应度大于原个体适应度,则认为新个体更优秀。
3.5)更新观察蜂的位置,观察蜂会根据雇佣蜂提供的信息,利用轮盘赌的方法进更进一步的探索:
式中:N是雇佣蜂的数量,F(Xi)表示的是雇佣蜂i的适应度值,Pi表示观察风选择雇佣蜂i的概率3.6)结束算法
重复步骤3.3)-3.5),直到达到算法设置的次数,算法结束,选取适应度最大的蜜蜂,即出现最优的调度方案。调度方案应该包含了调度周期内各个微电网的各时段可调度机组的功率。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面,附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解,上面介绍的多种构思和实施例,以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施,这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外,本发明公开的一些方面可以单独使用,或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (8)
1.一种含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,其特征在于,所述调度方法包括:
S1,基于积极型私家电动汽车数学模型,利用蒙特卡洛法模拟电动汽车的初始状态,所述电动汽车的初始状态包括电动汽车接入微电网的时间与电动汽车包含的电池的荷电状态;
S2,对光伏、风机的出力情况及热电负荷情况进行预测,分析多微电网内各个微源的出力限制及运行特性;
S3,以多微电网的污染治理成本与发电总成本为目标,建立多微电网优化调度模型,采用蜂群算法进行对多微电网优化调度模型的参数进行优化,其中,考虑到多目标之间的协调,利用权重系数将多目标之间的协调问题转化成单目标优化问题;
S4,采用多微电网优化调度模型对多微电网能量进行调度。
2.根据权利要求1所述的含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,其特征在于,步骤S3中,所述多微电网优化调度模型的目标函数包括发电总成本和各个分布式电源的污染气体治理总费用;
其中,发电总成本=燃气轮机与燃料电池的运行维护+燃料成本大电网的电能交换和微电网之间的能量交易成本。
3.根据权利要求2所述的含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,其特征在于,所述微电网之间能量的交易电价等同于微电网与大电网之间的交易电价。
4.根据权利要求1所述的含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,其特征在于,步骤S1中,所述微电网内的供能装置包括风机、光伏电池、燃气轮机、燃料电池中的多种或全部,储能装置包括畜电池和电动汽车;
所述微电网处于并网运行状态。
5.根据权利要求1所述的含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,其特征在于,步骤S3中,所述以多微电网的污染治理成本与发电总成本为目标是指:
设置多微电网优化调度模型的目标函数为:
式中:m=1,2,..,M表示微电网群内的第m个微电网,k=1,2,..,M表示微电网群内的第k个微电网,F1,m表示第m个微电网的发电成本;F2,m表示第m个微电网的污染治理费;T表示
一个调度周期;N表示分布式电源的种类;Ci.f与Ci.q分别代表分布式电源i的燃料系数与运行管理系数;Cgrid.t与CES.t分别代表t时刻电价与蓄电池运行管理系数;Pi.t.m、Pgrid.t.m及PES.t.m为t时刻第m个微电网分布式电源i输出功率、微电网m与大电网功率交换值及蓄电池有功功率,Pm.k表示微电网m和k的功率交换值,Pv.m.t表示的是电动汽车与微电网m在t时刻的功率交换值;R代表微电网排放气体的种类;βi.h与βgrid.h是分布式电源i与大电网排放污染类型h的排放系数;λi.h、λgrid.h是分布式电源i、大电网排放污染类型h的单位治理费。
6.根据权利要求1所述的含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,其特征在于,步骤S3中,所述建立多微电网优化调度模型的过程还包括以下步骤:
设置约束条件,结合约束条件和目标函数,建立多微电网优化调度模型;
所述约束条件为:
Et.m=Et-1.m-PES.t.m×Δt
式中:Pload.t.m是t时刻微电网m的负载功率;Hi.t.m与Hload.t.m分别是微电网m中燃气轮机产生的热量与微电网m所需要的热量;Pi.min.m与Pi.max.m分别是微电网m的分布式电源i最小功率、最大功率;Pgrid.min.m与Pgrid.max.m分别是大电网与微电网m交换最小功率、最大功率;PES.min.m与PES.max.m分别是微电网m的蓄电池最小功率、最大功率;Et.m、Et-1.m分别是微电网m中蓄电池在t时刻、t-1时刻容量;Emin.m、Emax.m分别是微电网m中蓄电池容量最小值与最大值;Δt表示单位时段长。
7.根据权利要求1所述的含电动汽车的热电联供型多微电网能量调度方法,其特征在于,步骤S3中,所述采用蜂群算法进行对多微电网优化调度模型的参数进行优化的过程包括以下步骤:
S31,初始化输入参数,输入参数包括预测的电动汽车的信息、光伏发电功率、风机发电功率、负荷量及微电网运行成本函数、约束条件所包含的各参数,建立多微电网优化调度模型;.
S32,根据建立的多微电网优化调度模型,随机产生2N个蜜蜂,其中一半是雇佣蜂,另一半是观察蜂,每个雇佣蜂代表一种调度方案,计算每个雇佣蜂的适应度值;
S33,将天牛须搜索算法的更新原则引入蜜蜂的位置更新原则,即每一只蜜蜂都有一对触角,每一只触角都能接受到食物的信息;
S34,采用下述公式更新雇佣蜂的位置:
vi=xbest+φ×(xi,rt-xi,lt)
式中:xbest表当前适应度最好个体;xi,rt、xi,lt分别是个体i的右、左须在t次迭代位置,φ表[0,1]之间的随机数;vi表个体i更新后位置;
在获得新的位置后,用贪婪算法评价适应度,若新的适应度大于原个体适应度,则认为新个体更优秀;
S35,更新观察蜂的位置,观察蜂会根据雇佣蜂提供的信息,采用下述公式,利用轮盘赌的方法做更进一步的探索:
式中:N是雇佣蜂的数量,F(Xi)表示的是雇佣蜂i的适应度值,Pi表示观察风选择雇佣蜂i的概率。
S36,重复S33至S35,直到达到最大迭代次数,结束迭代,选取适应度最大的蜜蜂,将其对应的调度方案作为最优的调度方案;所述调度方案包含调度周期内各个微电网的各时段可调度机组的功率。
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