本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域,尤其是涉及一種基于電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
微電網(wǎng)(Micro-Grid)也譯為微網(wǎng),是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),是一組由微電源、分布式發(fā)電、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元。微電網(wǎng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng),既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,也可以孤立運(yùn)行。美國和歐洲是最早提出微電網(wǎng)和智能電網(wǎng)概念的國家和地區(qū)。2011年,美國陸軍車輛研究中心和西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)又分別在IEEE會(huì)議上發(fā)表論文,提出電動(dòng)車輛EV(Electrical Vehicles)接入微電網(wǎng)(Microgrids)的概念。電動(dòng)車輛接入微電網(wǎng),即V2M(Vehicles to Microgrid),至今已經(jīng)成為智能電網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。V2M系統(tǒng)能夠結(jié)合電動(dòng)車輛和微電網(wǎng)兩者的優(yōu)點(diǎn),為電動(dòng)車輛和微電網(wǎng)的發(fā)展提供更廣闊的空間。對于我國,V2M的應(yīng)用具有更現(xiàn)實(shí)的意義,電動(dòng)車輛和微電網(wǎng)都具有良好的環(huán)境保護(hù)特點(diǎn),能夠減少我國對電煤和燃用油的需求,從而減少污染氣體的排放,對提高城市空氣質(zhì)量起到十分重要的作用。
在微電網(wǎng)中,由于光伏發(fā)電(PV)、風(fēng)力發(fā)電(WT)等分布式電源出力具有隨機(jī)性和不可控性,所以為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性,微電網(wǎng)一般配備有儲(chǔ)能單元,儲(chǔ)能單元通常由蓄電池組構(gòu)成。在V2M中,電動(dòng)車輛接入后成為微電網(wǎng)的負(fù)荷。與V2G(Vehicles to Grid)系統(tǒng)相似,在一定條件下EV也是V2M的儲(chǔ)能單元,可以被V2M調(diào)度。單個(gè)獨(dú)立的V2M,可以通過調(diào)度儲(chǔ)能單元蓄電池和EV內(nèi)的電能,在一定程度上滿足系統(tǒng)功率平衡的要求。但是,當(dāng)儲(chǔ)能單元容量和EV充放電條件低于系統(tǒng)調(diào)度需要時(shí),V2M只能通過加大可控微源的出力,或者連接到外部電網(wǎng),比如公網(wǎng),獲得相比自身發(fā)電電價(jià)更低的電能。相反,如果V2M電力富余,除了存入儲(chǔ)能單元蓄電池和EV,還可以選擇通過電力市場將電力出售。
與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)單一的經(jīng)濟(jì)環(huán)境不同,傳統(tǒng)的靜態(tài)電價(jià)聯(lián)動(dòng)模型已經(jīng)很難描述復(fù)雜的V2M市場。近年來,運(yùn)用博弈論描述微電網(wǎng)中各個(gè)主體的經(jīng)濟(jì)行為,從而提出更符合實(shí)際需求的響應(yīng)機(jī)制,制定更加優(yōu)化的價(jià)格策略,成為微電網(wǎng)電力交易研究的一個(gè)熱點(diǎn)。目前,已有不少文獻(xiàn)從博弈均衡的角度對微電網(wǎng)電力交易模型進(jìn)行了研究。
文獻(xiàn)1(Palma-Behnke R,Benavides C,Aranda E,et al.Energy management system for a renewable based microgrid with a demand side management mechanism,Computational Intelligence Applications In Smart Grid(CIASG),2011 IEEE Symposium on IEEE,2011:1-8)通過博弈方法建立了供電側(cè)和多用戶側(cè)的博弈分時(shí)電價(jià)(GT-TOU)模型,并且嚴(yán)格地證明了GT-TOU模型Nash均衡(NE)的存在,并且采用逆向歸納法求解該模型的NE。但是,文獻(xiàn)中提及的多用戶,仍然只包含負(fù)載用戶,而未計(jì)及分布式儲(chǔ)能用戶、分布式發(fā)電用戶和EV。文獻(xiàn)2(Atzeni I,L G,Scutari G,et al.Demand-side management via distributed energy generation and storage optimization[J].Smart Grid,IEEE Transactions on,2013,4(2):866-876)在微電網(wǎng)需求側(cè)的角度,提出了基于分布式發(fā)電和分布式儲(chǔ)能的多類型用戶之間分時(shí)電價(jià)的需求側(cè)博弈模型,并對博弈模型NE的存在性作出了嚴(yán)格的證明,并最后求解出模型的NE。但是,該文獻(xiàn)中的模型架構(gòu)并未包含公網(wǎng),也未考慮EV的接入,博弈方只限于微電網(wǎng)用戶,文獻(xiàn)局限于需求側(cè)的用戶電價(jià)博弈。文獻(xiàn)3(余岳、粟梅、孫堯等,V2M系統(tǒng)分時(shí)電價(jià)博弈研究[J],儀器儀表學(xué)報(bào),2016,37(1):200-207)建立了一個(gè)V2M與公網(wǎng)之間的兩方博弈模型,嚴(yán)格證明了系統(tǒng)NE的存在,并且采用逆向回歸算法求解了系統(tǒng)的NE(納什均衡)。但是該文獻(xiàn)的模型將V2M設(shè)定為并網(wǎng)負(fù)載模式,未對V2M并網(wǎng)發(fā)電模式進(jìn)行研究,且未考慮多V2M的情況。文獻(xiàn)4(Lee J,Guo J,Choi J,et al.Distributed Energy Trading in Microgrids:A Game Theoretic Model and Its Equilibrium Analysis[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2015,62(6):1-1)以多微電網(wǎng)與公網(wǎng)電力交易架構(gòu)為研究對象,采用Stackelberg模型作為博弈對象,建立了“領(lǐng)導(dǎo)者”和“跟隨者”的收益函數(shù)與策略集,證明了系統(tǒng)NE的存在,通過反應(yīng)函數(shù),最終求取系統(tǒng)的NE。但是該文獻(xiàn)中,售電量采取隨機(jī)選取的方式,未考慮微電網(wǎng)內(nèi)部需求滿意度的問題。其次,在售電微電網(wǎng)收益函數(shù)中,將存入微電網(wǎng)儲(chǔ)能單元的電能也作為售電收益的原因,并未作出合理性證明,且假設(shè)了所有微電網(wǎng)儲(chǔ)能單元容量無限大的條件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法,解決電動(dòng)車輛接入多個(gè)微電網(wǎng)時(shí)電力合理有效分配的技術(shù)問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明具體提供了一種電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案,一種電動(dòng)車輛接入多電力終端接入微電網(wǎng)的電力分配系統(tǒng),包括:
連接于總節(jié)點(diǎn)的公網(wǎng);
兩個(gè)以上以分布式結(jié)構(gòu)連接于所述總節(jié)點(diǎn)的V2M微電網(wǎng),所述V2M微電網(wǎng)包括以分布式結(jié)構(gòu)互連的發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元和電動(dòng)車輛單元;
以及電力分配平臺(tái),所述電力分配平臺(tái)對來自于所述V2M微電網(wǎng)的信息進(jìn)行處理,并根據(jù)各個(gè)V2M微電網(wǎng)的不同電價(jià)和負(fù)荷,基于博弈均衡實(shí)現(xiàn)多個(gè)V2M微電網(wǎng)的電力分配調(diào)度;所述電力分配平臺(tái)通過選擇不同的所述儲(chǔ)能單元和電動(dòng)車輛單元的充放電策略和所述發(fā)電單元的出力策略,達(dá)到各個(gè)V2M微電網(wǎng)自身運(yùn)行最優(yōu);
當(dāng)所述V2M微電網(wǎng)接入后,如果所述V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷大于或等于所述發(fā)電單元的出力總和,通過調(diào)度所述儲(chǔ)能單元和電動(dòng)車輛單元后仍然無法滿足需求時(shí),則該V2M微電網(wǎng)從所述電力分配平臺(tái)購入電力以滿足功率平衡的要求;如果所述V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷小于所述發(fā)電單元的出力總和,富余的電力存入所述儲(chǔ)能單元或電動(dòng)車輛單元,或通過所述電力分配平臺(tái)出售電力。
優(yōu)選的,所述發(fā)電單元包括分別連接于主節(jié)點(diǎn)的光伏發(fā)電單元、風(fēng)力發(fā)電單元和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元,所述主節(jié)點(diǎn)與所述總節(jié)點(diǎn)相連。
優(yōu)選的,所述電力分配平臺(tái)包括:依次相連的參數(shù)輸入模塊、出力及負(fù)荷計(jì)算模塊、角色區(qū)分模塊、富余電量計(jì)算模塊、均衡求解模塊、售電量求解模塊和電力分配模塊;
參數(shù)輸入模塊,用于輸入氣象及負(fù)荷參數(shù);
出力及負(fù)荷計(jì)算模塊,根據(jù)輸入的氣象及負(fù)荷參數(shù),以及每個(gè)V2M微電網(wǎng)所在的區(qū)域進(jìn)行氣象及負(fù)荷預(yù)測,計(jì)算每個(gè)V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷及光伏發(fā)電單元的出力、風(fēng)力發(fā)電單元的出力;
角色區(qū)分模塊,根據(jù)每個(gè)V2M微電網(wǎng)的出力及負(fù)荷情況確定所述V2M微電網(wǎng)在博弈中的角色為售電方或購電方;
富余電量計(jì)算模塊,計(jì)算出在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的富余電量;
均衡求解模塊,根據(jù)在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的富余電量計(jì)算出每個(gè)V2M微電網(wǎng)的購電電價(jià),并達(dá)成Nash均衡;
售電量求解模塊,根據(jù)在博弈中角色為購電方的所述V2M微電網(wǎng)提出的購電電價(jià)確定在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的售電量;
電力分配模塊,根據(jù)在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的售電量向在博弈中角色為購電方的所述V2M微電網(wǎng)分配電力。
一種基于如上所述系統(tǒng)的多微電網(wǎng)接入的電力分配方法,包括以下步驟:
S101:輸入氣象及負(fù)荷參數(shù);
S102:根據(jù)輸入的氣象及負(fù)荷參數(shù),以及每個(gè)V2M微電網(wǎng)所在的區(qū)域進(jìn)行氣象及負(fù)荷預(yù)測,計(jì)算每個(gè)V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷及光伏發(fā)電單元的出力、風(fēng)力發(fā)電單元的出力;
S103:根據(jù)每個(gè)V2M微電網(wǎng)的出力及負(fù)荷情況確定所述V2M微電網(wǎng)在博弈中的角色為售電方或購電方;
S104:計(jì)算出在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的富余電量;
S105:根據(jù)在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的富余電量計(jì)算出每個(gè)V2M微電網(wǎng)的購電電價(jià),并達(dá)成Nash均衡;
S106:根據(jù)在博弈中角色為購電方的所述V2M微電網(wǎng)提出的購電電價(jià)確定在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的售電量;
S107:根據(jù)在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的售電量向在博弈中角色為購電方的所述V2M微電網(wǎng)分配電力,完成整個(gè)系統(tǒng)的電力分配。
優(yōu)選的,所驟S102中進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算光伏發(fā)電單元的出力Ppv:
Ppv=UpvIpv
式中,C1=(1-Imp/Isc)exp[-Ump/(C2Uoc)]
ΔV=Upv-Ump
ΔT=Tc-Tref
其中,Ipv為光伏發(fā)電單元的輸出電流,Isc為光伏發(fā)電單元的短路電流,Uoc為光伏發(fā)電單元的開路電壓;在不同的天氣條件下,當(dāng)光伏發(fā)電單元的輸出電壓為Upv時(shí),Imp、Ump分別為最大功率點(diǎn)的電流和電壓;α、Rref、Tref、R、Tc分別為參考日照下電流變化的溫度系數(shù)、太陽輻射的溫度參考值、光伏電池的溫度參考值、光伏陣列傾斜面上的總太陽輻射、光電池溫度。
優(yōu)選的,所述步驟S102中進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算風(fēng)力發(fā)電單元的出力Pw:
k1=Pr/(vr-vci),k0=-k1vci
其中,f(v)為風(fēng)速的隨機(jī)概率密度函數(shù),v為風(fēng)速,k為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片形狀參數(shù),c為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片尺度參數(shù),Pr為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率,vci、vr和vco分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速。
優(yōu)選的,所述步驟S103進(jìn)一步根據(jù)以下公式確定所述V2M微電網(wǎng)在博弈中角色為售電方或購電方:
當(dāng)滿足時(shí),為V2M微電網(wǎng)中的售電方;當(dāng)滿足時(shí),為V2M微電網(wǎng)中的購電方;其中,V2M微電網(wǎng)中的售電方集合為J,j為V2M微電網(wǎng)中的售電方,j∈J,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的負(fù)荷,t為時(shí)間,和分別為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的光伏發(fā)電單元出力和風(fēng)力發(fā)電單元出力。
優(yōu)選的,所述步驟S104進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的富余電量:
其中,Ωj為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的策略集,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)選擇的售電功率,分別為售電功率的下限值和上限值,t為時(shí)間,為歐幾里得空間里的負(fù)數(shù),為在時(shí)間段t內(nèi)V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)選擇的儲(chǔ)能單元、電動(dòng)車輛單元的充放電功率和發(fā)電單元的出力總和,分別為儲(chǔ)能單元、電動(dòng)車輛單元的充放電功率和發(fā)電單元的出力,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的負(fù)荷,和分別為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的光伏發(fā)電單元的出力和風(fēng)力發(fā)電單元的出力,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的可售電量。
優(yōu)選的,所述步驟S105中進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算每個(gè)V2M微電網(wǎng)的購電電價(jià):
其中,k為參與博弈的V2M微電網(wǎng)中購電方的總數(shù),Cs為公網(wǎng)的售電電價(jià),為每個(gè)V2M微電網(wǎng)的購電電價(jià)。
優(yōu)選的,所述步驟S106中進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算在博弈中角色為售電方的所述V2M微電網(wǎng)的售電量:
其中,為V2M微電網(wǎng)中售電方銷售給購電方的電量,為每個(gè)V2M微電網(wǎng)中購電方的購電電價(jià),αt、βt為滿意度設(shè)置參數(shù),為除V2M微電網(wǎng)中購電方i以外其它購電方的購電電價(jià),為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的可售電量,V2M微電網(wǎng)中的購電方集合為I。
通過實(shí)施上述本發(fā)明提供的電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法的技術(shù)方案,具有如下有益效果:
(1)本發(fā)明解決了當(dāng)電動(dòng)車輛接入多個(gè)微電網(wǎng)時(shí),電力合理有效分配的技術(shù)問題;
(2)本發(fā)明解決了電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)之間富余電力分配的技術(shù)問題;
(3)本發(fā)明解決了電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)時(shí)不同博弈角色間統(tǒng)一博弈模型建立的技術(shù)問題;
(4)本發(fā)明相比于傳統(tǒng)電力分配系統(tǒng)及方法,在相同的條件下,V2M系統(tǒng)總負(fù)荷的分布相對更加平緩,起到了明顯的穩(wěn)定負(fù)荷和調(diào)節(jié)峰值的作用,削峰填谷的作用十分明顯。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)原理框圖;
圖2是本發(fā)明電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)一種具體實(shí)施方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖;
圖3是本發(fā)明電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)一種具體實(shí)施方式中儲(chǔ)能單元DS的模型原理示意圖;
圖4是本發(fā)明電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)一種具體實(shí)施方式中電力分配單元的結(jié)構(gòu)組成框圖;
圖5是本發(fā)明電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配方法一種具體實(shí)施方式的程序流程圖;
圖6是本發(fā)明電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配方法在不同參數(shù)設(shè)置下的用戶滿意度函數(shù)曲線圖;
圖7是本發(fā)明電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法與傳統(tǒng)電力分配系統(tǒng)及方法V2M總負(fù)荷分布的效果對比示意圖;
圖中,1-參數(shù)輸入模塊,2-出力及負(fù)荷計(jì)算模塊,3-角色區(qū)分模塊,4-富余電量計(jì)算模塊,5-均衡求解模塊,6-售電量求解模塊,7-電力分配模塊。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
如附圖1至附圖7所示,給出了本發(fā)明多電力終端接入微電網(wǎng)的電力分配系統(tǒng)及方法的具體實(shí)施例,下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
如附圖1和附圖2所示,一種電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)的具體實(shí)施例,包括:
連接于總節(jié)點(diǎn)的公網(wǎng)(即供電網(wǎng),以電力公司為代表);
兩個(gè)以上以分布式結(jié)構(gòu)連接于總節(jié)點(diǎn)的V2M微電網(wǎng)(如本實(shí)施例中包括V2M1~V2Mn共n個(gè)V2M微電網(wǎng)),V2M微電網(wǎng)包括以分布式結(jié)構(gòu)互連的發(fā)電單元DG(分布式發(fā)電系統(tǒng))、儲(chǔ)能單元DS(分布式儲(chǔ)能系統(tǒng),具體為鉛酸蓄電池組和/或鋰電池組)和電動(dòng)車輛單元EV;發(fā)電單元DG進(jìn)一步包括分別連接于主節(jié)點(diǎn)的光伏發(fā)電單元PV、風(fēng)力發(fā)電單元WT和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元GT,主節(jié)點(diǎn)與總節(jié)點(diǎn)相連;
以及電力分配平臺(tái),電力分配平臺(tái)對來自于V2M微電網(wǎng)的信息進(jìn)行處理,并根據(jù)各個(gè)V2M微電網(wǎng)的不同電價(jià)和負(fù)荷,基于博弈均衡實(shí)現(xiàn)多個(gè)V2M微電網(wǎng)的電力分配調(diào)度;電力分配平臺(tái)通過選擇不同的儲(chǔ)能單元DS和電動(dòng)車輛單元EV的充放電策略和發(fā)電單元DG的出力策略,達(dá)到各個(gè)V2M微電網(wǎng)自身運(yùn)行最優(yōu);V2M微電網(wǎng)接入電力分配平臺(tái)進(jìn)行電力分配后,電力分配受到成本、需求等因素影響,V2M微電網(wǎng)的購電與售電是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整的過程;
當(dāng)V2M微電網(wǎng)接入后,如果V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷大于或等于發(fā)電單元DG的出力總和,通過調(diào)度儲(chǔ)能單元DS和電動(dòng)車輛單元EV后仍然無法滿足需求時(shí),則該V2M微電網(wǎng)從電力分配平臺(tái)購入電力lt以滿足功率平衡的要求;如果V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷小于發(fā)電單元DG的出力總和,富余的電力存入儲(chǔ)能單元DS或電動(dòng)車輛單元EV,或通過電力分配平臺(tái)出售電力lt。
多個(gè)V2M微電網(wǎng)之間的博弈場景如附圖1所示,博弈方包括:V2M微電網(wǎng)中的售電方j(luò)與購電方i。場景中包含風(fēng)力發(fā)電單元WT、光伏發(fā)電單元PV和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元GT等分布式發(fā)電裝置。圖中實(shí)線箭頭方向?yàn)楣β柿鞣较颍跁r(shí)間段t內(nèi),燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元GT的出力總和采用表示,其中風(fēng)力發(fā)電單元WT與光伏發(fā)電單元PV為不可控微源,出力分別為Ppv,Pw。能夠參與調(diào)度的微源為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元GT。儲(chǔ)能單元DS的出力采用表示,表示電動(dòng)車輛EV的出力。V2M微電網(wǎng)中的用戶負(fù)荷為Lt。接入V2M微電網(wǎng)后,如果V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷大于或等于發(fā)電單元DG的出力總和,通過調(diào)度儲(chǔ)能單元DS和電動(dòng)車輛單元EV后仍然無法滿足需求時(shí),則該微電網(wǎng)向電力分配平臺(tái)購入電力lt以滿足功率平衡的要求。如果V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷小于發(fā)電單元DG的出力總和,富余的電力可以選擇存入儲(chǔ)能單元DS或電動(dòng)車輛單元EV,或選擇通過電力分配平臺(tái)出售電力lt。
其中,儲(chǔ)能單元DS的模型如附圖3所示,其中:η表示儲(chǔ)能單元DS(即電池)的充放電效率,SOC表示電池的荷電狀態(tài),體現(xiàn)電池剩余電量的多少。
SOC和充放電電流為積分關(guān)系,如下式所示:
其中:SOC(t)表示t時(shí)刻電池的荷電狀態(tài),Q(t)表示t刻電池的電荷數(shù),Qmax表示電池能存儲(chǔ)的最大電荷數(shù),SOC0為初始的電池荷電狀態(tài)。規(guī)定充電時(shí)電流為正,放電電時(shí)電流為負(fù),電池的效率如下式所示,其中,Ib表示每組電池的端電流,Is表示電池的電流(考慮了損耗后),其關(guān)系為:
Is(t)=ηIb(t)
假設(shè)在整個(gè)充放電過程中,電池兩端的電壓基本維持不變,以常用的鉛酸蓄電池為例,每組電池的輸出功率可由下式表示:
Pbatt(t)=UIb(t)
電池的工作狀態(tài)分為充電和放電兩種狀態(tài),電池放電時(shí)滿足:
電池充電時(shí)滿足:
式中,SOCbatt(t)為優(yōu)化設(shè)定時(shí)段片段的儲(chǔ)能狀態(tài),和分別為t時(shí)段電池的充、放電功率,ηc和ηd分別為t時(shí)段充放電的效率。
如附圖4所示,電力分配平臺(tái)進(jìn)一步包括:依次相連的參數(shù)輸入模塊1、出力及負(fù)荷計(jì)算模塊2、角色區(qū)分模塊3、富余電量計(jì)算模塊4、均衡求解模塊5、售電量求解模塊6和電力分配模塊7;
參數(shù)輸入模塊1,用于輸入氣象及負(fù)荷參數(shù);
出力及負(fù)荷計(jì)算模塊2,根據(jù)輸入的氣象及負(fù)荷參數(shù)(包括:參考日照下電流變化的溫度系數(shù)α、太陽輻射的溫度參考值Rref、光伏電池的溫度參考值Tref、光伏陣列傾斜面上的總太陽輻射R、光電池溫度Tc和風(fēng)速v),以及每個(gè)V2M微電網(wǎng)所在的區(qū)域進(jìn)行氣象及負(fù)荷預(yù)測,計(jì)算每個(gè)V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷及光伏發(fā)電單元PV的出力、風(fēng)力發(fā)電單元WT的出力;
角色區(qū)分模塊3,根據(jù)每個(gè)V2M微電網(wǎng)的出力及負(fù)荷情況確定V2M微電網(wǎng)在博弈中的角色為售電方或購電方;
富余電量計(jì)算模塊4,計(jì)算出在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的富余電量;
均衡求解模塊5,根據(jù)在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的富余電量計(jì)算出每個(gè)V2M微電網(wǎng)的購電電價(jià),并達(dá)成Nash均衡(納什均衡);
售電量求解模塊6,根據(jù)在博弈中角色為購電方的V2M微電網(wǎng)提出的購電電價(jià)確定在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的售電量;
電力分配模塊7,根據(jù)在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的售電量向在博弈中角色為購電方的V2M微電網(wǎng)分配電力。
實(shí)施例2
如附圖5所示,一種基于如上所述系統(tǒng)的電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配方法的具體實(shí)施例,包括以下步驟:
S101:輸入氣象及負(fù)荷參數(shù),氣象及負(fù)荷參數(shù)采用正態(tài)分布、威布爾分布等方法進(jìn)行描述;
S102:根據(jù)輸入的氣象及負(fù)荷參數(shù),以及每個(gè)V2M微電網(wǎng)所在的區(qū)域進(jìn)行氣象及負(fù)荷預(yù)測,從而產(chǎn)生24小時(shí)內(nèi)的分布式發(fā)電(包括風(fēng)力發(fā)電單元WT、光伏發(fā)電單元PV)出力和V2M微電網(wǎng)的內(nèi)部負(fù)荷分布,并計(jì)算每個(gè)V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷及光伏發(fā)電單元PV的出力、風(fēng)力發(fā)電單元WT的出力;
S103:根據(jù)每個(gè)V2M微電網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)出力及內(nèi)部負(fù)荷分布情況確定V2M微電網(wǎng)在博弈中角色為售電方或購電方;
S104:計(jì)算出在博弈中的角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的富余電量;
S105:根據(jù)在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的富余電量計(jì)算出每個(gè)V2M微電網(wǎng)的購電電價(jià),并達(dá)成Nash均衡;
S106:根據(jù)在博弈中角色為購電方的V2M微電網(wǎng)提出的購電電價(jià)確定在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的售電量;
S107:根據(jù)在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的售電量向在博弈中角色為購電方的V2M微電網(wǎng)分配電力,完成整個(gè)系統(tǒng)的電力分配。
步驟S102中進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算光伏發(fā)電單元PV的出力Ppv:
Ppv=UpvIpv
式中,C1=(1-Imp/Isc)exp[-Ump/(C2Uoc)]
ΔV=Upv-Ump
ΔT=Tc-Tref
其中,Isc為光伏發(fā)電單元PV的短路電流,Uoc為光伏發(fā)電單元PV的開路電壓。在不同的天氣條件下,當(dāng)光伏發(fā)電單元PV的輸出電壓為Upv時(shí),Ipv為光伏發(fā)電單元PV對應(yīng)的輸出電流,Imp、Ump分別為最大功率點(diǎn)的電流和電壓。α、Rref、Tref、R、Tc分別為參考日照下電流變化的溫度系數(shù)、太陽輻射和光伏電池溫度參考值、光伏陣列傾斜面上的總太陽輻射、光電池溫度,這些參數(shù)通常由天氣預(yù)報(bào)獲得。光伏發(fā)電單元PV的輸出功率進(jìn)一步根據(jù)公式Ppv=UpvIpv進(jìn)行計(jì)算。
一般情況下認(rèn)為風(fēng)速滿足兩參數(shù)WeiBull(威布爾)分布,步驟S102中進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算風(fēng)力發(fā)電單元WT的出力Pw:
K1=Pr/(vr-vci),k0=-K1vci
其中,f(v)為風(fēng)速的隨機(jī)概率密度函數(shù),v為風(fēng)速,k為風(fēng)力發(fā)電機(jī)WT的葉片形狀參數(shù),c為風(fēng)力發(fā)電機(jī)WT的葉片尺度參數(shù),Pr為風(fēng)力發(fā)電機(jī)WT的額定功率,vci、vr和vco分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)WT的切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速。
V2M微電網(wǎng)的負(fù)荷計(jì)算方法采用趨勢外推法,即:
Lt=b0+b1t
參數(shù)b0和b1均為已知的設(shè)定量,根據(jù)輸入?yún)?shù)時(shí)間t,求取未來24小時(shí)內(nèi)的負(fù)荷。
步驟S103進(jìn)一步根據(jù)以下公式確定V2M微電網(wǎng)在博弈中角色為售電方或購電方:
當(dāng)滿足時(shí),為V2M微電網(wǎng)中的售電方;當(dāng)滿足時(shí),為V2M微電網(wǎng)中的購電方;其中,V2M微電網(wǎng)中的售電方集合為J,j為V2M微電網(wǎng)中的售電方,j∈J,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的負(fù)荷,t為時(shí)間,和分別為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的光伏發(fā)電單元PV出力和風(fēng)力發(fā)電單元WT出力。
本發(fā)明具體實(shí)施例采用多V2M微電網(wǎng)電力分配Stackelberg博弈模型,在各個(gè)V2M微電網(wǎng)之間不合作的前提下對需求響應(yīng)及定價(jià)策略進(jìn)行基于Stackelberg博弈的建模,博弈的參與者V2M微電網(wǎng)都只具有個(gè)體理性,它們的目的都是自身利益最大化。一般情況下,V2M微電網(wǎng)中的售電方在這個(gè)非合作博弈中是主導(dǎo)者,可以決定售電的多少,并且可以通過改變售電量實(shí)現(xiàn)自身利益最大化。而V2M微電網(wǎng)中的購電方則是跟隨者,通過改變自己出價(jià)獲得博弈過程中的自身最大利益。
博弈參與方、策略集和參與方的收益是一場博弈中的三個(gè)要素。在本發(fā)明具體實(shí)施例設(shè)置的Stackelberg博弈場景中,博弈參與者為V2M微電網(wǎng),在某一時(shí)刻,如果V2M微電網(wǎng)電力富余通過電力分配平臺(tái)向電力市場售電,則屬于博弈中的售電方,屬于Stackelberg博弈中的主導(dǎo)者。如果V2M微電網(wǎng)電力缺乏,需要通過電力分配平臺(tái)向電力市場購電,則屬于博弈中的購電方,屬于Stackelberg博弈中的跟隨者。按照該分類,可以分為:V2M微電網(wǎng)的售電方和V2M微電網(wǎng)的購電方。設(shè)V2M微電網(wǎng)的售電方集合為J,V2M微電網(wǎng)的購電方集合為I。因此,博弈為多方博弈,博弈參與方包括:V2M微電網(wǎng)的售電方j(luò),j∈J和V2M微電網(wǎng)的購電方i,i∈I。
假設(shè)在整個(gè)充放電過程中,忽略損耗且儲(chǔ)能單元DS和電動(dòng)車輛EV系統(tǒng)端口電壓基本維持不變,對于任意時(shí)間段t,V2M售電方j(luò)的策略集可表示為:
式(1)中,是V2M微電網(wǎng)的售電方j(luò)選擇的售電功率,由式(2)表示。
式(3)表示在時(shí)間段t內(nèi),V2M售電方j(luò)選擇的儲(chǔ)能單元DS、電動(dòng)車輛單元EV充放電功率和發(fā)電單元DG的出力總和。在式(4)中,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的用戶負(fù)荷,和分別表示光伏發(fā)電單元PV出力和風(fēng)力發(fā)電單元WT出力。V2M微電網(wǎng)除了本身的負(fù)荷外,還具備發(fā)電單元DG、儲(chǔ)能單元DS和電動(dòng)車輛單元EV,既能發(fā)電也能存儲(chǔ)電能。在時(shí)間段t內(nèi),表示發(fā)電單元DG的發(fā)電功率,表示儲(chǔ)能單元DS的充放電功率,表示所有電動(dòng)車輛單元EV的充放電功率總和。對于V2M微電網(wǎng)中的售電方j(luò),和還需要滿足式(5)中的下列邊界約束條件:
對于任意時(shí)間段t,V2M微電網(wǎng)中購電方i的策略集表示為:
式中,表示V2M微電網(wǎng)中購電方i的購電出價(jià),CB表示供電網(wǎng)的購電價(jià)格,Cs表示供電網(wǎng)的售電價(jià)格。購電方的出價(jià)不應(yīng)高于Cs,否則V2M微電網(wǎng)中的購電方i直接從供電網(wǎng)購電即可。購電方的出價(jià)也不應(yīng)低于CB,否則V2M微電網(wǎng)中的售電方j(luò)將直接與供電網(wǎng)進(jìn)行交易(直接向供電網(wǎng)售電)。
步驟S104進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的富余電量:
其中,Ωj為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的策略集,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)選擇的售電功率,分別為售電功率的下限值和上限值,t為時(shí)間,為歐幾里得空間里的負(fù)數(shù),為在時(shí)間段t內(nèi)V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)選擇的儲(chǔ)能單元DS、電動(dòng)車輛單元EV的充放電功率和發(fā)電單元DG的出力總和,分別為儲(chǔ)能單元DS、電動(dòng)車輛單元EV的充放電功率和發(fā)電單元DG的出力,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的負(fù)荷,和分別為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的光伏發(fā)電單元PV的出力和風(fēng)力發(fā)電單元WT的出力,為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的可售電量。
忽略損耗,V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的收益函數(shù)為:
式中,表示除j以外V2M微電網(wǎng)中的其它售電者選擇的策略集合,c表示所有V2M微電網(wǎng)中購電方選擇的策略集合;表示V2M微電網(wǎng)中購電方i購得的全部電量,由式(8)表示;表示t時(shí)段V2M微電網(wǎng)中全部售電方的售電總和,由式(9)表示;為用戶滿意度函數(shù),并由式(11)表示;T代表時(shí)段,根據(jù)一天24小時(shí),設(shè)置為24;t代表當(dāng)前時(shí)段。
忽略損耗,V2M微電網(wǎng)中的購電方的收益函數(shù)為:
如果V2M微電網(wǎng)中的購電方如果沒有從售電方購得足夠的電能,那么將從供電網(wǎng)購電,因此V2M微電網(wǎng)中購電方的用電需求總能得到滿足。
采用St表示V2M微電網(wǎng)中售電方的滿意度,當(dāng)V2M微電網(wǎng)有富余電能時(shí),可以根據(jù)情況決定是存入儲(chǔ)能單元DS或是電動(dòng)車輛單元EV。當(dāng)某一V2M微電網(wǎng)為售電方時(shí)應(yīng)滿足而當(dāng)售電功率小于V2M微電網(wǎng)中售電方實(shí)際的負(fù)荷表示需要的負(fù)荷由儲(chǔ)能單元DS和電動(dòng)車輛單元EV放電從而達(dá)到平衡,此時(shí)設(shè)置為負(fù)值。的設(shè)置不僅滿足了實(shí)際電價(jià)設(shè)置的需要,滿意度函數(shù)的設(shè)置也為系統(tǒng)找到Nash均衡點(diǎn)起到了重要的作用,滿意度函數(shù)的設(shè)置規(guī)則需要滿足下列要求:
(1)是一個(gè)非減函數(shù);
(2)是一個(gè)凹函數(shù),隨著變量的兩端變化,的終值逐漸趨向飽和。
在本發(fā)明具體實(shí)施例中,滿意度函數(shù)具體設(shè)置為:
α,β分別為滿意度參數(shù),且α<1,αβ<0。通過調(diào)節(jié)滿意度參數(shù),可以改變St函數(shù)兩端趨向飽和的趨勢,不同參數(shù)設(shè)置下的滿意度函數(shù)如附圖6所示。
由式(11)可知,St需滿足下列條件:
(1)當(dāng)時(shí),St=0;
(2)當(dāng)時(shí),St>0;
(3)當(dāng)時(shí),St<0。
基于V2M微電網(wǎng)中售電(主導(dǎo))方和購電(跟隨)方的兩級Stackelberg博弈均衡點(diǎn)存在的條件為:
(a)對于純策略集(6),V2M微電網(wǎng)中的購電方存在非合作博弈NE均衡;
(b)對于任意購電方策略集V2M微電網(wǎng)中的售電方總能從策略集(1)中找到最優(yōu)策略使售電收益最優(yōu)。
V2M微電網(wǎng)中的購電方在每個(gè)時(shí)段,只能報(bào)出一個(gè)確定的電價(jià),在給定信息下,購電方只能選擇一種特定策略,所以策略集(6)為純策略。純策略博弈的NE均衡點(diǎn)存在需要滿足如下兩個(gè)條件:
(1)策略集(6)是歐式空間的非空緊凸集;
(2)收益函數(shù)(10)對策略集(6)連續(xù)且擬凹。
由于策略集(6)約束條件為線性不等式,因此條件(1)能夠得到滿足。
而收益函數(shù)為凹集的充要條件是式(10)的Hessian矩陣半正定:
首先,聯(lián)立式(8)與式(10),求取的一階偏導(dǎo)數(shù):
然后,求取的二階偏導(dǎo)數(shù):
由式(14)可知,的對角線元素非正,非對角線元素全0,為半正定得到滿足。收益函數(shù)滿足條件(2),因此條件(a)得到滿足。
令式(13)等于0,得:
對于任意V2M微電網(wǎng)中的購電方策略集售電方的收益函數(shù)為:
分別求取式(16)的一階和二階導(dǎo)數(shù)得:
由式(18)可知的二階導(dǎo)數(shù)為負(fù),因此V2M微電網(wǎng)中售電方的收益函數(shù)為嚴(yán)格凸集。令式(17)等于0,得:
對于任意V2M微電網(wǎng)中的購電方策略集式(19)中為售電方最優(yōu)策略,因此條件(b)得到滿足。因此,本發(fā)明具體實(shí)施例基于V2M微電網(wǎng)中售電(主導(dǎo))方和購電(跟隨)方的兩級Stackelberg博弈模型存在博弈均衡點(diǎn)。
本發(fā)明具體實(shí)施例對Stackelberg博弈模型均衡點(diǎn)的求解采用逆向回歸算法。首先,V2M微電網(wǎng)中的購電方設(shè)置購電分時(shí)電價(jià),然后由V2M微電網(wǎng)中的售電方根據(jù)購電分時(shí)電價(jià)制定售電策略,確定售電量,最后由V2M微電網(wǎng)中的購電方根據(jù)此次分時(shí)電價(jià),V2M微電網(wǎng)中的售電方根據(jù)此次分時(shí)售電量,分別在不同時(shí)段選取不同的發(fā)電單元DG出力和儲(chǔ)能單元DS、電動(dòng)車輛單元EV充放電策略使得系統(tǒng)用電及發(fā)電成本最低。
當(dāng)V2M微電網(wǎng)中的購電方達(dá)成NE均衡后,購電電價(jià)滿足:
結(jié)合式(15),可得:
式(21)中k為參與博弈的購電方V2M微電網(wǎng)總數(shù),化簡后得:
將式(22)代入式(19)中,可得:
即為V2M微電網(wǎng)中售電方銷售給購電方的電量,從而完成V2M微電網(wǎng)之間的電力分配。
步驟S105中進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算每個(gè)V2M微電網(wǎng)的購電電價(jià):
其中,k為參與博弈的V2M微電網(wǎng)中購電方的總數(shù),Cs為公網(wǎng)的售電電價(jià),為每個(gè)V2M微電網(wǎng)的購電電價(jià)。
步驟S106中進(jìn)一步根據(jù)以下公式計(jì)算在博弈中角色為售電方的V2M微電網(wǎng)的售電量:
其中,為V2M微電網(wǎng)中售電方銷售給購電方的電量,為每個(gè)V2M微電網(wǎng)中購電方的購電電價(jià),αt、βt為滿意度設(shè)置參數(shù),為除V2M微電網(wǎng)中購電方i以外其它購電方的購電電價(jià),為V2M微電網(wǎng)中售電方j(luò)的可售電量,V2M微電網(wǎng)中的購電方集合為I。
本發(fā)明具體實(shí)施例建立了包括分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能、電動(dòng)車輛和普通用戶的多個(gè)V2M微電網(wǎng)共同參與的電力分配場景,同時(shí)考慮V2M微電網(wǎng)的售電與購電兩種工作模式,提出了一中基于Stackelberg博弈均衡的多V2M微電網(wǎng)電力分配模型,證實(shí)了系統(tǒng)NE均衡點(diǎn)的存在性,并求取了NE均衡點(diǎn)。在電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)中,采用與實(shí)際情況最為符合的非合作博弈類型,也即是V2M微電網(wǎng)之間沒有達(dá)成協(xié)議,而是各自采取行動(dòng)應(yīng)對對方的策略。通過對算例進(jìn)行模擬仿真分析,對比現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)技術(shù)方案,證明了本發(fā)明具體實(shí)施例應(yīng)用于電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)時(shí)電力分配的合理性和有效性。如附圖7所示,為本發(fā)明電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法與傳統(tǒng)電力分配系統(tǒng)及方法V2M總負(fù)荷分布的效果對比,從圖中可以明顯看出,在相同的條件下,本發(fā)明采用的基于博弈的分時(shí)電力分配系統(tǒng)及方法相較于傳統(tǒng)電力分配系統(tǒng)及方法,V2M微電網(wǎng)系統(tǒng)總負(fù)荷的分布相對更加平緩,并且起到了明顯的穩(wěn)定負(fù)荷和調(diào)節(jié)峰值的作用,削峰填谷的作用十分明顯。
通過實(shí)施本發(fā)明具體實(shí)施例描述的電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法的技術(shù)方案,能夠產(chǎn)生如下技術(shù)效果:
(1)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法解決了當(dāng)電動(dòng)車輛接入多個(gè)微電網(wǎng)時(shí),電力合理有效分配的技術(shù)問題;
(2)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法解決了電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)之間富余電力分配的技術(shù)問題;
(3)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法解決了電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)時(shí)不同博弈角色間統(tǒng)一博弈模型建立的技術(shù)問題;
(4)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的電動(dòng)車輛接入多微電網(wǎng)電力分配系統(tǒng)及方法相比于傳統(tǒng)電力分配系統(tǒng)及方法,在相同的條件下,V2M微電網(wǎng)系統(tǒng)總負(fù)荷的分布相對更加平緩,起到了明顯的穩(wěn)定負(fù)荷和調(diào)節(jié)峰值的作用,削峰填谷的作用十分明顯。
本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述,每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處,各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。
以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上,然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下,都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾,或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此,凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容,依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍。