[發(fā)明專利]計及可調(diào)度電動汽車快/慢充放電形式的智能電網(wǎng)深度學(xué)習(xí)調(diào)度方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010522503.0
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111626527B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦文萍;史文龍;姚宏民;景祥;朱云杰;高蒙楠;韓肖清;賈燕冰;任春光;王磊
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06N20/00
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種計及可調(diào)度電動汽車快/慢充放電形式的智能電網(wǎng)深度學(xué)習(xí)調(diào)度方法，其特征在于：包括日前調(diào)度階段、模型訓(xùn)練階段和日內(nèi)調(diào)度階段；

一、日前調(diào)度階段：

(1)按小時分段，將1天分為24時段，每一時段中各分布式單元的功率輸出與吸收為定值；

(2)調(diào)用預(yù)測出的未來一天各時段的風(fēng)電場發(fā)電功率、無序充電電動汽車充電功率和常規(guī)負荷波動情況數(shù)據(jù)；

(3)建立電動汽車數(shù)學(xué)模型：

a.電動汽車分類：

根據(jù)電動汽車充電特性，將電動汽車分為三類：第一類是無序充電電動汽車，第二類是快充可調(diào)度電動汽車，第三類是慢充可調(diào)度電動汽車；

b.電動汽車狀態(tài)矩陣：

任意一輛電動汽車在行駛結(jié)束時的狀態(tài)均采用一個一維矩陣來表示：

Ω＝[L N S_n S_e T_s T_e]

其中：L表示電動汽車負荷類型，用數(shù)字1、2、3、4、5分別表示電動汽車無序充電負荷、慢充可調(diào)度充電負荷、慢充可調(diào)度放電負荷、快充可調(diào)度充電負荷、快充可調(diào)度放電負荷；N表示電動汽車充放電標(biāo)識，處于充電模式為1，放電模式為-1，其余時刻為0；S_n和S_e分別表示電動汽車停駛時的荷電狀態(tài)和離網(wǎng)時用戶期望荷電狀態(tài)；T_s和T_e分別表示電動汽車入網(wǎng)時間和用戶離網(wǎng)時刻；

c.無序電動汽車負荷模型：

設(shè)定：電動汽車用戶剩余電量在20％-50％時進行充電，用戶期望離網(wǎng)時間統(tǒng)一設(shè)置為T_e＝7，用戶離家時的期望電荷S_e服從80％～100％的均勻分布；采用蒙特卡洛Monte carol方法對電動汽車狀態(tài)矩陣中電動汽車最后一次行駛結(jié)束時間、電動汽車結(jié)束行駛時的荷電狀態(tài)及電動汽車用戶日行駛里程進行抽取，生成無序電動汽車模型：

d.電動汽車可調(diào)度充放電負荷模型：

設(shè)定模型中一天對每輛汽車只進行一次放電調(diào)度，對第二、三類電動汽車進行可調(diào)度充放電容量計算：

設(shè)定t₀到t₁的時間段為電動汽車荷電狀態(tài)SOC的時間節(jié)點長度，其中還包括有t和t_lim這兩個節(jié)點，t₀表示電動汽車到達充電地點后接入電網(wǎng)的時刻，此時電動汽車電池電荷量為Q₀；t表示電動汽車當(dāng)前所處時刻，此時電動汽車電池電荷量為Q_t；從時刻t₀到t的荷電狀態(tài)為已知，這段時間代表電網(wǎng)已經(jīng)對電動汽車進行了一段時間的調(diào)度；t₁為電動汽車離開電網(wǎng)的時刻，此時電動汽車荷電狀態(tài)為Q₁；接下來從t到t₁時段內(nèi)是電網(wǎng)待調(diào)度電動汽車時段；在這段時間內(nèi)，我們對電動汽車進行放電調(diào)度，放電過程從t轉(zhuǎn)移至持續(xù)到t_lim時刻，t_lim表示電動汽車放電極限時間點，這一時間點表示在滿足電動汽車用戶離網(wǎng)時期望的荷電狀態(tài)下，電動汽車放電的最大時刻，如果超過這個時間點電動汽車離開時電池電量就不能滿足用戶需要；電動汽車在t_lim時刻時的荷電狀態(tài)為Q_lim；從t_lim到t₁的這段時間為電動汽車放電后需要充電的時段，由于通過之前的放電已經(jīng)使得電動汽車電池電量處于較低水平，在之后的時段內(nèi)需要對電動汽車進行充電來滿足用戶離網(wǎng)時所要求電量；

電動汽車放電極限時間t_lim計算如下：

式中：t為電動汽車當(dāng)前所處時刻；t時刻電動汽車的電池電荷量為Q_t；t₁為電動汽車離開電網(wǎng)的時刻；P_c為電動汽車充電功率；P_d為電動汽車放電功率；C_s為電動汽車電池容量；

電動汽車可調(diào)度放電容量計算如下：

電動汽車充電容量計算如下：

P_ev,c＝C_s[Q_t+Q₁-Q₀-Q_lim]

利用蒙特卡洛法從電動汽車狀態(tài)矩陣中抽取可調(diào)度電動汽車矩陣，確定可調(diào)度電動汽車數(shù)量，通過確定每輛可調(diào)度電動汽車放電極限時間點t_lim以及可調(diào)度充、放電容量，將每一輛可調(diào)度電動汽車可調(diào)度充、放電容量疊加到可調(diào)度充、放電容量曲線中，最終得到可調(diào)度電動汽車充、放電的極限容量；

(4)在日前調(diào)度階段建立的優(yōu)化模型包括區(qū)域智能電網(wǎng)總運行成本最低目標(biāo)函數(shù)和分布式電源約束條件；

a.日前調(diào)度階段的區(qū)域智能電網(wǎng)總運行成本最低目標(biāo)函數(shù)計及常規(guī)機組的燃料成本、啟停成本和電動汽車的購售電成本，表達式如下：

其中，F(xiàn)為日前經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度階段系統(tǒng)運行總成本；N₁為火電機組Ⅰ中的機組數(shù)，為火電機組Ⅰ中機組i在t時段的燃料成本函數(shù)；為火電機組Ⅰ中機組i在t時段的發(fā)電功率；為火電機組Ⅰ中機組i在t時段的啟停狀態(tài)；N₂為火電機組Ⅱ中的機組數(shù)，為火電機組Ⅱ中機組i在t時段的燃料成本函數(shù)，為火電機組Ⅱ中機組i在t時段的發(fā)電功率，為火電機組Ⅱ中機組i在t時段的啟停狀態(tài)，為火電機組Ⅱ中機組i在t時段的啟停成本函數(shù)；為慢充可調(diào)度電動汽車在t時段的充電調(diào)度容量，μ_c為電動汽車在t時段的充電電價，為慢充可調(diào)度電動汽車在t時段的放電調(diào)度容量，μ_d為電動汽車在t時段的放電電價；為快充可調(diào)度電動汽車在t時段的充電調(diào)度容量；為快充可調(diào)度電動汽車在t時段的放電調(diào)度容量；η_b為快充可調(diào)度電動汽車調(diào)度電池損耗懲罰費用；為無序電動汽車在t時段的充電調(diào)度容量；

b.為保證區(qū)域智能電網(wǎng)的安全可靠運行，區(qū)域智能電網(wǎng)中各單元在每個時段中均需滿足一定的等式約束或不等式約束條件，包括：

①火電機組Ⅰ出力上下限約束和爬坡約束：

其中，分別為火電機組Ⅰ中機組i最小、最大出力；分別為火電機組Ⅰ中機組i上、下爬坡功率限制；

②火電機組Ⅱ出力上下限約束、啟停約束以及爬坡約束：

其中，分別為火電機組Ⅱ中機組i最小、最大出力；分別為火電機組Ⅱ中機組i的連續(xù)開、關(guān)機時間和最小開、關(guān)機時間；分別為火電機組Ⅱ中機組i上、下爬坡功率限制；

③慢充電動汽車可調(diào)度容量約束：

其中，分別為慢充電動汽車充電容量上下限；為慢充電動汽車放電容量上限；

④快充電動汽車可調(diào)度容量約束：

其中，分別為快充電動汽車充電容量上下限；為快充電動汽車放電容量上限；

⑤系統(tǒng)負荷平衡約束：

其中，為t時段的風(fēng)電場輸出功率；為t時段的常規(guī)負荷功率；

(5)根據(jù)步驟(4)的區(qū)域智能電網(wǎng)總運行成本最低目標(biāo)函數(shù)和分布式電源約束條件；通過MATLAB的yalmip軟件模塊求解出：未來一天各時段火電機組Ⅰ運行狀態(tài)、火電機組Ⅱ運行狀態(tài)、慢充可調(diào)度電動汽車充放電功率、快充可調(diào)度電動汽車充放電功率；日前調(diào)度系統(tǒng)運行總成本；

二、模型訓(xùn)練階段：

(1)模型訓(xùn)練階段調(diào)度計劃中，以15分鐘作為單位時段，將全天分為96個時段；

(2)通過增加擾動的方法模擬生成日內(nèi)各時段的電場發(fā)電功率、無序充電電動汽車充電功率和常規(guī)負荷波動情況數(shù)據(jù)；

(3)將模擬生成的日內(nèi)各時段的電場發(fā)電功率、無序充電電動汽車充電功率和常規(guī)負荷波動情況與日前調(diào)度數(shù)據(jù)合并作為深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)輸入樣本；

(4)在模型訓(xùn)練階段，火電機組Ⅱ和慢充可調(diào)度電動汽車執(zhí)行日前調(diào)度計劃；

(5)模型訓(xùn)練階段優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)考慮了火電機組Ⅰ的運行維護成本、快充可調(diào)度電動汽車的運行和維護成本和無序充電電動汽車的運行和維護成本，表達式如下所示：

其中，F(xiàn)_X為模型訓(xùn)練階段系統(tǒng)運行總成本；N₁為火電機組Ⅰ中的機組數(shù)，為機組i在t時段的燃料成本函數(shù)，為機組i在t時段的發(fā)電功率，為機組i在t時段的啟停狀態(tài)；為快充可調(diào)度電動汽車在t時段的充電調(diào)度容量，為快充可調(diào)度電動汽車在t時段的放電調(diào)度容量，η_b-X為快充可調(diào)度電動汽車調(diào)度電池損耗懲罰費用，μ_c為電動汽車在t時段的充電電價，μ_d為電動汽車在t時段的放電電價；為無序電動汽車在t時段的充電調(diào)度容量；

(6)為保障區(qū)域智能電網(wǎng)安全可靠運行，在模型訓(xùn)練階段區(qū)域智能電網(wǎng)中各單元滿足約束條件與日前調(diào)度階段相同；

(7)根據(jù)步驟(5)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以及步驟(6)的約束條件，通過MATLAB的yalmip軟件模塊求解出模型訓(xùn)練階段：火電機組Ⅰ模擬發(fā)電功率、快充可調(diào)度電動汽車模擬充放電功率和系統(tǒng)運行總成本，將求解出的火電機組Ⅰ模擬發(fā)電功率、快充可調(diào)度電動汽車模擬充放電功率作為深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的輸出樣本；

a.在模型訓(xùn)練調(diào)度階段，深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本中的輸入樣本為：

式中：N_input為時段t內(nèi)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模擬輸入樣本；T為時間尺度；為時段t內(nèi)模擬風(fēng)電場功率與日前風(fēng)電場預(yù)測功率差額；為時段t內(nèi)模擬常規(guī)負荷與日前預(yù)測常規(guī)負荷差額；為時段t內(nèi)模擬無序充電電動汽車負荷與日前無序充電電動汽車預(yù)測負荷差額；為時段t內(nèi)模擬風(fēng)電場功率；為時段t內(nèi)模擬常規(guī)負荷；為時段t內(nèi)模擬無序充電電動汽車負荷；為慢充可調(diào)度PEV在t時段的放電調(diào)度容量；慢充可調(diào)度PEV在t時段的放電調(diào)度容量；為日前調(diào)度階段快充可調(diào)度PEV在t時段的放電調(diào)度容量；為日前調(diào)度階段快充可調(diào)度PEV在t時段的充電調(diào)度容量；為日前調(diào)度階段火電機組Ⅰ中機組i在t時段的發(fā)電功率；為火電機組Ⅱ中機組i在t時段的發(fā)電功率；為時段t內(nèi)日前風(fēng)電場預(yù)測功率；為時段t內(nèi)日前預(yù)測常規(guī)負荷；日前無序充電電動汽車預(yù)測負荷；

b.將模型訓(xùn)練階段中的可控單元調(diào)度數(shù)據(jù)作為深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的輸出樣本，深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本中的輸出樣本為：

式中：N_output為時段t內(nèi)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模擬輸出樣本；為快充可調(diào)度電動汽車在時段t內(nèi)的模擬放電功率；快充可調(diào)度電動汽車在時段t內(nèi)的模擬充電功率；火電機組Ⅰ在時段t內(nèi)的模擬輸出功率；

(8)重復(fù)步驟(2)～(7)，增加輸入樣本和輸出樣本，訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)得到日內(nèi)調(diào)度模型；

三、日內(nèi)調(diào)度階段：

(1)在日內(nèi)調(diào)度階段，以15分鐘作為單位時段，將全天分為96個時段；

(2)通過超短期預(yù)測日內(nèi)各時段的風(fēng)電場發(fā)電功率、無序電動汽車充電功率以及常規(guī)負荷波動情況；

(3)將下一時刻超短期預(yù)測數(shù)據(jù)與日前調(diào)度計劃輸入到日內(nèi)調(diào)度模型中，得到火電機組Ⅰ發(fā)電功率、快充可調(diào)度電動汽車充放電功率作為下一時刻調(diào)度值；

深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)為：

式中：N_S-input為時段t內(nèi)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的實時輸入數(shù)據(jù)；為時段t內(nèi)日內(nèi)風(fēng)電場超短期預(yù)測功率與日前風(fēng)電場預(yù)測功率差額；為時段t內(nèi)日內(nèi)超短期預(yù)測常規(guī)負荷與日前預(yù)測常規(guī)負荷差額；為時段t內(nèi)日內(nèi)超短期無序充電電動汽車預(yù)測負荷與日前無序充電電動汽車預(yù)測負荷差額；為時段t內(nèi)日內(nèi)風(fēng)電場超短期預(yù)測功率；為時段t內(nèi)日內(nèi)超短期預(yù)測常規(guī)負荷；為時段t內(nèi)日內(nèi)無序充電電動汽車超短期預(yù)測負荷；

深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的輸出數(shù)據(jù)為：

式中：N_S-output表示時段t內(nèi)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的實時輸出數(shù)據(jù)；表示快充可調(diào)度電動汽車在時段t內(nèi)的實時放電功率；表示快充可調(diào)度電動汽車在時段t內(nèi)的實時充電功率；表示火電機組Ⅰ在時段t內(nèi)的實時輸出功率；

(4)在日內(nèi)調(diào)度階段，火電機組Ⅱ和慢充可調(diào)度電動汽車執(zhí)行日前調(diào)度計劃。