[發(fā)明專利]考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810787536.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN109103912B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐昊;劉暢;余璟;湯必強(qiáng);許丹;楊明;呂凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/32
• 分類號(hào): H02J3/32;H02J3/38
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，所述工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)包括光伏發(fā)電單元PV、全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB和工業(yè)負(fù)荷，所述工業(yè)負(fù)荷包括剛性負(fù)荷和柔性負(fù)荷，所述柔性負(fù)荷包括可削減負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和可平移負(fù)荷；其特征是，所述工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1：將所述光伏發(fā)電單元PV、全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB及工業(yè)負(fù)荷作為參與考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)調(diào)度單元；

步驟2：針對(duì)所述工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)，預(yù)測(cè)獲得在調(diào)度日內(nèi)任意時(shí)刻t下各類功率預(yù)測(cè)值；所述各類功率預(yù)測(cè)值是指光伏出力、電網(wǎng)調(diào)峰需求、剛性負(fù)荷需求、可削減負(fù)荷需求、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求以及可平移負(fù)荷需求的預(yù)測(cè)值，其一一對(duì)應(yīng)為和

步驟3：按如下方式對(duì)不確定性隨機(jī)變量動(dòng)態(tài)變化過程建模：

步驟3.1、建立光伏出力不確定性模型：

將光伏出力在時(shí)刻t相對(duì)于預(yù)測(cè)值的隨機(jī)波動(dòng)范圍確定為并將隨機(jī)波動(dòng)范圍離散為2N_pv+1個(gè)等級(jí)，建立由式(1)所表征的光伏出力不確定性模型：

式(1)中，為t時(shí)刻下實(shí)際光伏出力；為t時(shí)刻下光伏出力隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)，為t時(shí)刻下光伏出力隨機(jī)波動(dòng)的最小單位；

步驟3.2、建立電網(wǎng)調(diào)峰需求不確定性模型：

將電網(wǎng)調(diào)峰需求在時(shí)刻t相對(duì)于預(yù)測(cè)值的隨機(jī)波動(dòng)范圍確定為并將隨機(jī)波動(dòng)范圍離散為2N_peak+1個(gè)等級(jí)，建立由式(2)所表征的電網(wǎng)調(diào)峰需求不確定性模型：

式(2)中，為t時(shí)刻下實(shí)際電網(wǎng)調(diào)峰需求；為t時(shí)刻下電網(wǎng)調(diào)峰需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)，為t時(shí)刻下電網(wǎng)調(diào)峰需求隨機(jī)波動(dòng)的最小單位；

步驟3.3、建立工業(yè)負(fù)荷需求不確定性模型：

將剛性負(fù)荷需求在時(shí)刻t相對(duì)于預(yù)測(cè)值的隨機(jī)波動(dòng)范圍確定為并將隨機(jī)波動(dòng)范圍離散為2N_rl+1個(gè)等級(jí)；

將可削減負(fù)荷需求在時(shí)刻t相對(duì)于預(yù)測(cè)值的隨機(jī)波動(dòng)范圍確定為并將隨機(jī)波動(dòng)范圍離散為2N_cu+1個(gè)等級(jí)；

將可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求在時(shí)刻t相對(duì)于預(yù)測(cè)值的隨機(jī)波動(dòng)范圍確定為并將隨機(jī)波動(dòng)范圍離散為2N_sh+1個(gè)等級(jí)；

將可平移負(fù)荷需求在時(shí)刻t相對(duì)于預(yù)測(cè)值的隨機(jī)波動(dòng)范圍確定為并將隨機(jī)波動(dòng)范圍離散為2N_hs+1個(gè)等級(jí)；

建立由式(3)所表征的工業(yè)負(fù)荷需求不確定性模型；

和分別為t時(shí)刻下實(shí)際剛性負(fù)荷需求和剛性負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)的最小單位，為t時(shí)刻下剛性負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)，

和分別為t時(shí)刻下實(shí)際可削減負(fù)荷需求和可削減負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)的最小單位，為t時(shí)刻下可削減負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)，

和分別為t時(shí)刻下實(shí)際可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)的最小單位，為t時(shí)刻下可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)，

和分別為t時(shí)刻下實(shí)際可平移負(fù)荷需求和可平移負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)的最小單位，為t時(shí)刻下可平移負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)，

將所述光伏出力隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)電網(wǎng)調(diào)峰需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)剛性負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)可削減負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)以及可平移負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化過程分別描述為連續(xù)馬爾可夫過程，令各項(xiàng)隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)的變化服從各自概率矩陣的馬爾可夫鏈；

步驟4：按如下方式對(duì)所述柔性負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整過程建模：

將所述工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)調(diào)度日全天時(shí)長(zhǎng)T等分為0～K共K+1個(gè)時(shí)段，時(shí)段k為：k∈{0,1,…,K}；根據(jù)所述工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)內(nèi)各類柔性負(fù)荷不同的響應(yīng)特性，按如下方式獲得各時(shí)段內(nèi)各類柔性負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)整方案：

將各時(shí)段k內(nèi)可削減負(fù)荷削減量占比離散為個(gè)等級(jí)，則時(shí)段k內(nèi)可削減負(fù)荷的削減動(dòng)作等級(jí)為：

將各時(shí)段k內(nèi)實(shí)際可轉(zhuǎn)移負(fù)荷轉(zhuǎn)移量占比離散為個(gè)等級(jí)，則時(shí)段k內(nèi)可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的轉(zhuǎn)移動(dòng)作等級(jí)為：

將各時(shí)段k內(nèi)實(shí)際可平移負(fù)荷平移量占比離散為兩個(gè)等級(jí)，則時(shí)段k內(nèi)可平移負(fù)荷的平移動(dòng)作等級(jí)為：以表征為不平移動(dòng)作，以表征為平移動(dòng)作；

步驟5：按如下方式對(duì)所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB充放電過程建模：

建立如式(4)所表征的反映VRB儲(chǔ)能裝置充放電特性的非線性數(shù)學(xué)模型；

式(4)中，U_d、U_c和C_e分別為儲(chǔ)能裝置外部端電壓、電容電壓和電極電容；I_d和I_p分別為充放電電流和泵損電流；V₁和N分別為電池標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)和電堆串聯(lián)單體電池的個(gè)數(shù)；T和F分別為溫度和法拉第常數(shù)；C_N和SOC分別為電池額定容量和電池荷電狀態(tài)；R₁和R₂均為等效電池內(nèi)阻；R_f和R分別為寄生損耗和氣體常數(shù)；

利用所述非線性數(shù)學(xué)模型獲得基于三段式安全充放電方式下VRB儲(chǔ)能裝置在時(shí)刻t下的剩余容量以及所對(duì)應(yīng)的充放電功率將VRB儲(chǔ)能裝置充放電過程剩余容量動(dòng)態(tài)變化最大范圍離散為0～N_vrb共N_vrb+1個(gè)狀態(tài)等級(jí)，則時(shí)刻t下VRB儲(chǔ)能裝置剩余容量狀態(tài)等級(jí)為：將時(shí)段k內(nèi)各狀態(tài)下VRB儲(chǔ)能裝置的充放電動(dòng)作等級(jí)記為：以表征為充電動(dòng)作，以表征為閑置，以表征為放電動(dòng)作；

所述三段式安全充放電方式是指：以電池荷電狀態(tài)SOC和端電壓U_d作為安全充放電切換控制策略約束條件，采用先恒流、再恒壓，最后為涓流的三段式充電方式；

步驟6：以應(yīng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰需求和降低系統(tǒng)日運(yùn)行代價(jià)為系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)，在滿足系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中的各項(xiàng)相關(guān)約束條件下，將考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題建立成相應(yīng)的DTMDP模型：

步驟6.1、確定所述DTMDP模型的系統(tǒng)狀態(tài)空間及行動(dòng)集：

將所述時(shí)段k定義為決策周期k；并將決策周期k的起始時(shí)刻定義為決策時(shí)刻t_k；

定義：所述工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)在決策時(shí)刻t_k下的系統(tǒng)狀態(tài)為s_k、行動(dòng)為a_k，并有：

其中：Φ_s為系統(tǒng)狀態(tài)空間；為決策時(shí)刻t_k下VRB儲(chǔ)能裝置剩余容量狀態(tài)等級(jí)；和分別為決策時(shí)刻t_k下光伏出力、電網(wǎng)調(diào)峰需求和剛性負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)；和分別為決策時(shí)刻t_k下可削減負(fù)荷需求、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求和可平移負(fù)荷需求隨機(jī)波動(dòng)等級(jí)；為決策時(shí)刻t_k下可平移負(fù)荷平移動(dòng)作對(duì)應(yīng)的狀態(tài)等級(jí)，以表征為可平移負(fù)荷在決策時(shí)刻t_k下是處于不平移狀態(tài)，以表征為可平移負(fù)荷在決策時(shí)刻t_k下是處于平移狀態(tài)；D為行動(dòng)集；為決策時(shí)刻t_k下VRB儲(chǔ)能裝置充放電動(dòng)作等級(jí)；為決策時(shí)刻t_k下可削減負(fù)荷削減動(dòng)作等級(jí)；為決策時(shí)刻t_k下可轉(zhuǎn)移負(fù)荷轉(zhuǎn)移動(dòng)作等級(jí)；為決策時(shí)刻t_k下可平移負(fù)荷平移動(dòng)作等級(jí)；

步驟6.2、確定所述DTMDP模型的代價(jià)函數(shù)：

利用式(5)獲取所述考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)在決策周期k內(nèi)通過執(zhí)行行動(dòng)a_k狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程產(chǎn)生的運(yùn)行代價(jià)：

式(5)中，c^k為決策周期k內(nèi)工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行代價(jià)；為決策周期k內(nèi)工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)未滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求的代價(jià)，為決策周期k內(nèi)從電網(wǎng)購(gòu)電代價(jià)，為決策周期k內(nèi)光伏發(fā)電補(bǔ)貼，為決策周期k內(nèi)VRB儲(chǔ)能裝置的充放電損耗代價(jià)，為決策周期k內(nèi)VRB儲(chǔ)能裝置的運(yùn)行維護(hù)成本，為決策周期k內(nèi)可削減負(fù)荷的補(bǔ)償代價(jià)，為決策周期k內(nèi)可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的補(bǔ)償代價(jià)，為決策周期k內(nèi)可平移負(fù)荷的補(bǔ)償代價(jià)；

利用式(6)獲取末狀態(tài)代價(jià)c_vrb(s_K+1)：

式(6)中，為末狀態(tài)代價(jià)系數(shù)，和分別為末決策時(shí)刻t_K+1下VRB儲(chǔ)能裝置實(shí)際剩余容量等級(jí)和設(shè)定的期望剩余容量等級(jí)；

步驟6.3、確定所述DTMDP模型的優(yōu)化目標(biāo)：

利用式(7)獲取考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)，是在策略集Ω中找到一個(gè)最優(yōu)策略π^*，使得在各種隨機(jī)情況下系統(tǒng)平均日運(yùn)行總代價(jià)最??；

式(7)中，π為優(yōu)化策略，Ω為優(yōu)化策略集；

步驟7：按如下方式采用基于模擬退火的Q學(xué)習(xí)算法對(duì)所述DTMDP模型進(jìn)行策略求解，實(shí)現(xiàn)考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化：

步驟7.1、定義并初始化Q學(xué)習(xí)算法中的Q值表、樣本軌道總數(shù)M、單條樣本軌道決策周期數(shù)K、學(xué)習(xí)率α_m、學(xué)習(xí)率更新系數(shù)η_α、模擬退火溫度T_temp以及模擬退火系數(shù)η_temp，并令當(dāng)前樣本軌道數(shù)m＝0；

步驟7.2、設(shè)置當(dāng)前決策周期k＝0，并隨機(jī)初始化系統(tǒng)狀態(tài)s_k；

步驟7.3、根據(jù)Q值表和貪婪策略，選取在當(dāng)前狀態(tài)s_k下對(duì)VRB儲(chǔ)能裝置和各類柔性負(fù)荷的貪婪行動(dòng)a_greedy，同時(shí)隨機(jī)選取有效行動(dòng)a_rand；

若則選取當(dāng)前行動(dòng)a_k＝a_greedy，否則為a_k＝a_rand；

若k＜K，跳轉(zhuǎn)至步驟7.4；若k＝K，跳轉(zhuǎn)至步驟7.5；

步驟7.4、執(zhí)行當(dāng)前行動(dòng)a_k，根據(jù)所建系統(tǒng)模型計(jì)算下一決策周期對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)s_k+1、并計(jì)算在決策周期k內(nèi)通過執(zhí)行行動(dòng)a_k狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的運(yùn)行代價(jià)c^k，根據(jù)式(8)更新Q值表、更新策略，并將k的值增加1，返回步驟7.3；

步驟7.5、執(zhí)行當(dāng)前行動(dòng)a_K，計(jì)算在決策周期K內(nèi)通過執(zhí)行行動(dòng)a_K狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的運(yùn)行代價(jià)c^K及末狀態(tài)代價(jià)c_vrb(s_K+1)，根據(jù)式(9)更新Q值表、更新策略，繼續(xù)步驟7.6；

Q(s_K,a_K)＝Q(s_K,a_K)+α_m(c^K+c_vrb(s_K+1)-Q(s_K,a_K)) (9)

步驟7.6、將模擬退火溫度T_temp的值更新為：η_tempT_temp，將當(dāng)前樣本軌道數(shù)m的值增加1，將學(xué)習(xí)率α_m的值更新為：η_αα_m；

步驟7.7、若m＜M，返回步驟7.2；若m≥M，則完成學(xué)習(xí)優(yōu)化方法，得到各決策周期內(nèi)的VRB儲(chǔ)能裝置充放電動(dòng)作等級(jí)可削減負(fù)荷削減動(dòng)作等級(jí)可轉(zhuǎn)移負(fù)荷轉(zhuǎn)移動(dòng)作等級(jí)和可平移負(fù)荷平移動(dòng)作等級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮電網(wǎng)調(diào)峰需求的工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于，步驟6所述系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中的各項(xiàng)相關(guān)約束條件為：

其中：

為t時(shí)刻所述光伏發(fā)電單元PV實(shí)際光伏出力，為t時(shí)刻所述系統(tǒng)從電網(wǎng)購(gòu)售電功率；為t時(shí)刻所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置充放電功率，為t時(shí)刻所述工業(yè)園區(qū)主動(dòng)配電系統(tǒng)內(nèi)工業(yè)負(fù)荷需求功率；

為t時(shí)刻實(shí)際剛性負(fù)荷需求，和分別為t時(shí)刻所述系統(tǒng)內(nèi)實(shí)際可削減負(fù)荷需求、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求和可平移負(fù)荷需求；

和分別為t時(shí)刻全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置充放電功率上下限；

為t時(shí)刻所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置端電壓，和分別為所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置中端電壓的上下限；

為t時(shí)刻所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置剩余容量，和分別為所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置剩余容量上下限；

和分別為所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置調(diào)度日始末剩余容量，C_con為設(shè)定的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置始末剩余容量期望值；

m(k)為所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置在決策周期k內(nèi)所處的充放電狀態(tài)，其中m(k)＝1、0、-1分別為所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置在決策周期k內(nèi)處于充電、閑置及放電狀態(tài)，為所述全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)VRB儲(chǔ)能裝置在整個(gè)調(diào)度日內(nèi)允許的最大充放電次數(shù)；

為所述可轉(zhuǎn)移負(fù)荷在決策周期k內(nèi)負(fù)荷實(shí)際轉(zhuǎn)移量，為所述可轉(zhuǎn)移負(fù)荷在決策周期K內(nèi)負(fù)荷實(shí)際轉(zhuǎn)移量。