文摘
作为一种新型的智能电网,能源传输方式的能量网络(EI)已经从一个方向相互联系的形式。集中调度的传统电网通信效率低的问题和低系统弹性,不为未来的长远发展。由于这样的事实,很难实现集中控制的优化运行,我们提出一个分散能量流控制框架区域能源网络。通过优化调度区域EI、大规模分布式可再生能源的利用和共享可以实现,同时考虑需求和供应方面的不确定性。结合多重代理系统与非合作的博弈理论,采用新颖的电价机制区域EI的利润最大化。我们证明了纳什均衡理论的非合作的游戏可以实现多重代理系统的共识。真实的痕迹的数值结果表明,该地区EI可以更好地吸收优化控制策略下的可再生能源,这证明了提出的分散能量流控制的可行性和经济框架。
1。介绍
第三次工业革命的出现,由新能源技术和互联网技术。建设能源互联网(EI)可以促进产业技术升级和结构调整在现代能源产业(1,2]。能源互联网的概念结合了先进的电力电子技术,物联网技术(物联网),和智能控制技术。在EI,大量的能量节点,分布式能源收集设备、分布式能源存储设备,和各种类型的负载实现能源多向流动和对等互联共享和交易。
作为一个子网的能源网络,本地网络(ELN)有多种能量吸收方法。ELN multienergy操作系统,不同的能源网络有强耦合。能源的互补可以大大提高系统的能源效率实现多样化能源梯级利用(3- - - - - -5]。相反,需求方之间的关系和民族解放军更加灵活,为操作带来了极大的不确定性和管理实践(6,7]。供热网络的能量流模型是建立在8),综合能源系统的优化进行了探讨与热网络操作。在北京海淀区北部被选为实际案例(9]。一个最佳的共同派能源计划和储备提出了10)结合冷却、加热和电力(燃气热电冷联产)的机动有效地为电力系统提供更多的储备能力。
由于负载模式的多样化和可再生能源在EI的随机性质,传统的集中优化调度方法很难在实际操作应用在实践中。如何应对这一问题已成为迫切需要解决的管理和优化操作EI (11,12]。分层控制体系结构提出了适合民族解放军的能源管理系统,和一个演示的ELN能源管理系统(13]。广义的“source-network-load-storage”协调和优化操作模式和公共能源政策建议提出了民族解放军(14]。分层框架集成的目的是解决能源问题的网络连接和信息管理的大规模可再生能源(RES) (15]。然而,上述研究侧重于操作的架构,这忽视了个性的影响,转换区域EI的灵活性。的整体描述multi-ELN系统结构和典型特征的提取是失踪,所以在实践中可行性是有限的。
出于以上事实,我们分析的操作模式能量流在一个典型的民族解放军的架构框架为了获得multienergy的优化运行。提出了优化运行的策略在EI基于多重代理系统(MAS)结合非合作的博弈理论来实现民族解放军的分散控制系统。实时电价是通过迭代优化,整体利润最大化的EI系统。对于每个民族解放军,开发一个二次规划问题,目的是增加个人的经济效益。通过能源交易和民族解放军之间的转换,供给和需求的平衡整个EI系统增强。因此,EI的弹性和经济系统显著增强。
本文的其余部分组织如下。节2民族解放军的典型架构和基本模型演示了在民族解放军。最优能量流控制框架基于多重代理系统和民族解放军的小说电价提出了部分3。提供了仿真结果和结论部分4和5,分别。
2。Multi-ELN系统配置
2.1。民族解放军的体系结构
民族解放军是一个完整的面向未来的能源系统的集合由能源生产、传输、分配、转换和消费。是power-centric互动和共享平台,各种各样的能源使智能相互供应不同类型的负载。图1显示了一个典型的民族解放军架构构建。民族解放军的系统包括一次能源,能量转换设备,能源存储设备,和智能负载。一次能源可以满足的电气/热/冷负荷需求通过能量转换设备。通过多种能源系统的相关性和互补性在离散时间尺度,可以实现multienergy级联利用率,使负载峰值传输。可以显著减少碳排放增加RES的利用率。
高度耦合的EI由民族解放军、产品多个类型的能量和信息网络。EI大量多样化的能源设备,集中控制不能应对迅速增长数据复杂性,,很难在EI充分利用能源。因此,电力系统的稳定和经济将会受到影响。在上述基础上,我们提出一个分散能量流控制框架的可替换主体EI有效改善计算和执行系统操作。
一个离散时间模型被认为是。假设最优范围(例如,24小时)分为T离散时间的间隔 ,这是用t。
2.2。在民族解放军基本模型
EI的基本调度单位,能量存储系统(ESS)可以弥补能力差异造成的波动靓和负载。ESS的模型可以描述如下: 在哪里代表了初始状态的能量存储系统;代表预期的能源存储系统的能力;代表ESS的额定容量;和和代表的充电/放电能力我ESS,分别。
我们假设所有的能源存储系统有相同的锂离子电池组,充电/放电电源一段时间被认为是常数(16]。因此,电池储能系统的模型和约束建立如下: 在哪里和代表SOC状态的时期和t分别;代表PEV的输出我在期t; , , ,和代表了系统矩阵,输入矩阵,输出矩阵,和前馈矩阵,分别;和代表SOC的权力t,它可以表示为 在哪里和代表的充电/放电功率储能系统t分别为,和分别代表了充电/放电效率。
由于SOC的时期t由ESS的额定容量有限,我们有什么 在哪里和分别表示ESS的最小和最大容量。
2.3。燃气轮机模型
燃气轮机是一个至关重要的设备EI效率高,可充分利用天然气能源和有助于减少环境污染。燃气轮机的输出表示如下: 在哪里代表的燃气轮机发电我民族解放军在t期;代表最大的燃气轮机发电;代表了废热回收燃气轮机的力量我民族解放军在t期;和代表发电效率和废热回收燃气轮机效率,分别;代表了天然气消费率;和代表了天然气的热值。
燃气轮机的有功功率输出增加约束是有界的,表示 在哪里和分别代表了权力过渡和斜降功率约束。
2.4。冷/热负荷模型
燃气轮机余热主要是回收热交换器和吸附制冷的冰箱。特定的物理建模显示如下:(1)热交换器: 在哪里代表输出热交换器的热功率;代表吸收的热量从燃气轮机热交换器;和代表了热交换器的热交换效率。(2)吸附冰箱: 在哪里代表输出吸附冰箱的冷却能力;代表了热吸收吸附冰箱从燃气轮机;和代表了吸附制冷机的制冷效率。的总吸收热功率气体和热量交换吸附冰箱应该符合以下要求: (3)燃气锅炉:
当火电系统的不足,它是由燃气锅炉产生的热量补充。燃气锅炉的热功率输出表达如下: 在哪里代表了燃气锅炉的热功率;是天然气的数量被燃气锅炉在哪里 期;代表了燃气锅炉的最大热输出功率;和代表了燃气锅炉的运行效率。
2.5。不确定性分析
电网中的场景是一种电力系统的运行状态(17]。现场还原消除代表性或错误场景和保留的典型场景,而不影响评估的准确性。我们用典型场景的还原方法来描述负荷的不确定性和可再生能源发电的输出18]。多个场景由蒙特卡罗方法模拟,基于预测的风速和太阳辐射角。随机场景生成的分布抽样的方法在实际条件下模拟预测值的波动。
随机分布的错误是通过预测误差及其概率分布确定基于历史数据。RES的随机变量转化为基于输出特性曲线的输出功率。摘要RES产量的预测价值T在未来表示为时间序列基于逆向还原的方法。输出假设的场景 ,在哪里代表的价值的场景我在期t;相应的概率发生的场景是 ;和最低概率之间的距离减少场景集和最后保留现场子集表示如下: 在哪里α代表现场收集,最后删除;场景的总数是设置为3000。保留设置 初始化。我们添加了另一个场景的概率的最小距离实际减少。现场的概率最近减少设置改变 ,直到减少场景中包含的数量符合要求。
RES系统运行在最大功率点跟踪翻译(MPPT)模式,能够适应环境变化实时获得最大的输出(19]。基于短期预测的结果,RES输出的有功功率和基本负载显示为
摘要RES的总功率输出
根据组件的电力供应侧和需求侧ELN(功率平衡模型可以得到: 在哪里代表之间的交互能力我民族解放军和EI系统;代表了电冰箱电源为系统提供冷负荷;和代表的权力约束时间表。
3所示。一个分散能量流控制框架
3.1。金管局在EI的建设
多重代理是一种网络结构组成的代理与自治的特点,分散控制,与其他代理和双向沟通20.,21]。自动和智能系统已经广泛应用于能源系统。全球集中控制不能处理各种各样的信息。每个代理多重代理系统(MAS)可以收集自己的环境信息来解决优化问题,最终达成全球共识的自治区EI (22]。考虑节点的不同特点和功能,代理的类型可以分为以下几点:(1)智能测量代理(IMA):它监视和报告操作状态,功率输出状态和负载需求ELN系统内部设备的状态,负责监控平衡的供应方和需求方。(2)调度管理代理(SMA):根据上传的信息IMA和电力价格代理(EPA),内部设备输出执行优化。短缺或过负荷时,EPA报道的信息进行进一步的处理。(3)电价代理(EPA):接收每个民族解放军的IMA和SMA的信息。根据实时系统的供需平衡,计算全局最优平衡的解决方案。作为最基本的代理,EI收益最大化的策略是所有措施达成的共识在分散决策23]。
3.2。电价机制
不同于以前的方法,静电的价格来决定自己的电网电价的(24),我们采用一种新的电价机制。EI的电价得到基于民族解放军之间的竞争和MAS达成的共识。
因为多个能源可以被转换成电能,我们使用电力作为交易的核心能量流控制机制。EI,电力市场的电价参加投标的经纪人民族解放军的利益最大化。
问题的关键是获得最大化的最优电价民族解放军的利润: 在哪里代表了电价的优化目标代理滚动时间;代表一个灵活电价变量的约束系数;和代表内部采购价格和内部销售电价白天,分别;和代表内部采购价格的初始值和内部销售电价白天,分别;和代表日前内部购买价格和内部销售价格;和和代表力量平衡的参考价格,对应于电价在电力销售和采购的净负荷为零,分别。此外,四个变量的表达式 , , ,和如下: 在哪里代表的基本负荷我民族解放军和代表之间的互动能力我民族解放军和EI。
3.3。游戏理论模型的组件
混合整数模型建立的优化时间的优化问题;以下是游戏的详细的组件模型。
3.3.1。球员
球员都是代理的电价其中包括RES和电池储能系统(贝丝)。
3.3.2。游戏规则
(我)行动:对任何在k期间,是集所有球员的行动。(2)信息:它包括靓和各种负载和策略采用其他玩家的需求。(3)策略:每个参与者的收益最大化的优化策略,可以表示为一个可行的策略集 ,显示如下:
3.3.3。回报
它是用来衡量游戏玩家的利益;每个玩家的收益最大化,表示为 :
基于上述的策略, 当且仅当满足以下条件: 在哪里代表一组更新策略集后,向量和政策被称为纳什均衡,没有地区民族解放军能提高各自的利益通过单方面改变策略25]。
这一策略交互的价格吗我民族解放军;的能源价格策略我民族解放军是 ; 的最大价值是可交换的电价;和是一个紧凑的凸子集,而参与者在游戏销售力量。电的策略存在;因此,一组不是空的。
证明是一个凹函数;然后,年代有一个纯策略纳什均衡。对于第二个推导,二阶导数如下:
自 是负的,也就是说, , 是严格凹(26]。总之,游戏自动需求响应是一个典型的严格凹n人游戏(27,28];因此,不存在性和唯一性的证明。
3.4。民族解放军的日常成本模型
在博弈模型中,每个代理可以知道别人在每一轮的战略决策(29日]。根据短期负荷预测数据,决策变量进行了优化和更新。本文的优化目标是最小化一个民族解放军的总运营成本。优化问题的一个民族解放军的滚动时域可以表示为一个二次规划问题: 在哪里代表了在优化的滚动时域长度;和代表日前和实时能量交互能力,分别;和代表日前和实时ESS的剩余容量,分别。和代表日前和实时发电的燃气轮机,分别;和代表日前和实时余热加热、燃气轮机的分别;和代表日前和实时的燃气轮机余热制冷、分别;和A, B, C, D代表弹性约束系数对应于四个组件,分别。
3.5。解决方案的过程
根据上述模型,提出了分散的能量流控制策略将被用来确定区域民族解放军调度计划,所示的算法1。
4所示。案例研究
来验证提出的能量流控制策略的有效性,选择具有不同结构的四种典型的民族解放军的案例分析(30.]。每个民族解放军的电源侧由PV、WT,燃气轮机,ESS,和主电网;和需求方面配备基本负荷和电冰箱。其中,能量之间的交互ELN完成一个总线,和能源净载荷与外部电网后通过单总线交互。额定功率的参数的光伏输出,WT输出,贝丝的能力,每个民族解放军系统和燃气轮机容量表所示1。ELN总线电力传输容量设置为4000千瓦,ESS的最大充放电功率2000千瓦。此外,相关的参数表中提供的能量转换设备2。
靓给出图的输出功率2,这显示了光伏的输出功率和WT四个民族解放军在一个典型的天,分别。输出功率冷却/加热负载如图3。
(一)
(b)
为了精确量化的优化效果提出了能量流控制策略,在本节中,我们模拟同时在EI以下三个模型。三种情况证明如下:情况下,我。没有实现优化模式。发电设备满负荷运行在一个民族解放军,没有力量与其他民族解放军的交互。案例二世。每个民族解放军执行权力互动没有进一步的优化。案例3。拟议中的能量流控制策略和MAS基于非合作的游戏。
分析和比较能源净负荷特点和经济的三个操作模式。三种情况下的负载曲线在图中进行了描述4。
如图4,相比之下,我和案件II, III是下降了82.44%和29.22%的peak-to-valley差异,分别。波动率减少了80.05%和27.08%,分别。拟议中的能量流控制策略可以有效地降低功率差异存在的EI和提高系统的稳定性和弹性。此外,与我相比,其他两种情况下的能源利用效率有显著提高。
它可以看到从图5平安归来,当输出功率不足,ESS和燃气轮机操作。每个民族解放军积极进行权力相互作用来稳定系统负载波动,ESS和燃气轮机输出力量发挥至关重要的作用。燃气轮机输出赤字时,余热利用率还不够。在这个时候,提供的热负荷主要是天然气锅炉,而提供的冷负荷主要是电冰箱。燃气轮机输出过剩时,提供的热负荷主要是燃气轮机余热是充分的利用。此外,冷藏可以满足对冷负荷的需求。结果,EI系统的整体运行效率和燃料利用率明显提高。
(一)
(b)
(c)
(d)
分时定价和实时定价的详细比较了该游戏理论模型见图如上所述6。分时电价不能证明内部能量的不同,它有一个负面影响能源互动。根据每个民族解放军的内部能量消耗,最终决定通过相互交互的价格游戏过程。经过多次迭代,电力价格趋于稳定。所有参与者选择不改变他们的策略和各自的利益最大化。EI网络中每个参与者的价格得到最优策略游戏,重复这个融合的过程,最终实现了共识,没有民族解放军能获得更多的利润。
表3给出了详细的各种成本在三种情况下的结果。
5。结论
摘要分散能量流控制框架的优化运行考虑供应方面的不确定性和需求方面提出了能源网络。民族解放军的典型体系结构建立系统模型,可以更好地反映EI的特点和要求。此外,小说电力能源价格机制交互提出了应对供需差异。客观的理论提出了非合作的游戏的日常运营成本最小化EI系统。通过迭代计算,游戏达到纳什均衡,即MAS达成的共识。案例研究基于实际数据证明了该框架的可行性和有效性。提出了分散的框架结合优化操作策略有助于降低系统负载波动,减少操作经济成本以及提高可靠性和EI系统的弹性。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作得到了国家自然科学基金资助下的中国51777193。