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一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運(yùn)行方法與流程

文檔序號:12471913閱讀:306來源:國知局
一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運(yùn)行方法與流程
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)智能用電
技術(shù)領(lǐng)域
,尤其是一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運(yùn)行方法。
背景技術(shù)
:隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步,居民用電量在全社會總用電量中的比重不斷增大,在大力發(fā)展智能電網(wǎng)的背景下,居民智能用電作為實(shí)施需求響應(yīng)策略在居民側(cè)的重要體現(xiàn),其在減小復(fù)合峰谷差、降低備用機(jī)組容量、消納可再生能源出力等方面有著巨大潛力,自上世紀(jì)90年代提出智能家居概念以來,國內(nèi)外學(xué)者對其開展了一系列研究。近年來,其優(yōu)化運(yùn)行模型及算法,是智能電網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一?,F(xiàn)有技術(shù)中,在分時(shí)電價(jià)背景下,針對各家電設(shè)備運(yùn)行規(guī)律不同的特點(diǎn),對家電負(fù)荷進(jìn)行分類,建立了以最小化用戶電能成本與最小化峰谷差為目標(biāo)的優(yōu)化模型,模型中電動汽車與儲能電池的工作模式單一,相比實(shí)時(shí)電價(jià)環(huán)境下,其優(yōu)化潛力并沒有得到充分利用;通過引入電價(jià)優(yōu)先級、需求響應(yīng)控制規(guī)則和預(yù)調(diào)度機(jī)制以實(shí)現(xiàn)部分家居設(shè)備的運(yùn)行控制,得到減少用戶的整體費(fèi)用支出和緩解電網(wǎng)負(fù)荷的目的,但其效果不明顯,新能源和電動汽車并沒有給予考慮;在滿足需求響應(yīng)給定用電功率和用戶用電舒適度要求的前提下,根據(jù)被控負(fù)荷實(shí)時(shí)動態(tài)優(yōu)先級執(zhí)行用電決策,在改善電網(wǎng)負(fù)荷曲線、減少峰谷差的同時(shí),降低了用電費(fèi)用;基于用戶期望電價(jià)的智能家居響應(yīng)策略,其通過優(yōu)化電池在不同電價(jià)下的充放電控制,達(dá)到降低用電總費(fèi)用的目的,但具有降低高峰負(fù)荷潛力的電動汽車充放電優(yōu)化控制與自有發(fā)電設(shè)備并沒有考慮在其中;建立智能家居的混合整數(shù)模型,考慮了電動汽車與儲能電池的所有運(yùn)行模式,但是忽略了用戶最大功率限制,可能使負(fù)荷峰谷差加大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于,提供一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運(yùn)行方法,建立混合整數(shù)規(guī)劃模型描述智能家居優(yōu)化運(yùn)行問題,考慮電價(jià)預(yù)測具有不確定性的條件下,設(shè)計(jì)電動汽車、蓄電池、光伏出力三者與電網(wǎng)互動模式,優(yōu)化運(yùn)行部分可調(diào)度家居設(shè)備。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運(yùn)行方法,包括如下步驟:(1)建立智能家居優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)函數(shù);(2)劃定優(yōu)化運(yùn)行的約束條件,采用GAMS求解模型求解。優(yōu)選的,步驟(1)中的目標(biāo)函數(shù)具體為:MinimizeTC=Σt=1NT(PtgridΔT·λtbut-PtsoldΔT·λtsell)+ΣtNT(ϵ1·PtPV,soldΔT+ϵ2·PtESS,soldΔT+ϵ3·PtEV,soldΔT)]]>其中:TC表示總的用電費(fèi)用;NT表示總的時(shí)段數(shù);ΔT表示時(shí)長;表示t時(shí)段從電網(wǎng)購買的總電能;表示t時(shí)段向電網(wǎng)賣電的總電能;表示t時(shí)段購買電能時(shí)的電價(jià);表示t時(shí)段向電網(wǎng)賣電的電價(jià);表示第t個(gè)時(shí)段光伏發(fā)電向電網(wǎng)賣出的電能;表示第t個(gè)時(shí)段蓄電池向電網(wǎng)賣出的電能;表示第t個(gè)時(shí)段電動汽車向電網(wǎng)賣出的電能;ε1、ε2、ε3分別表示光伏、蓄電池、電動汽車向電網(wǎng)送電的優(yōu)先級因子,設(shè)置為ε1<ε2<ε3,即光伏優(yōu)先向電網(wǎng)送電,蓄電池次之,電動汽車優(yōu)先權(quán)最小。優(yōu)選的,步驟(2)中的約束條件具體為:約束A:總電能平衡Ptgrid+PtPV,used+PtEV,used+PtESS,used=Ptother+PtEV,ch+PtESS,ch]]>其中:等號左側(cè)表示t時(shí)刻電能的全部來源,表示直接從電網(wǎng)獲得的電能,分別表示t時(shí)刻光伏、電動汽車、蓄電池向家庭用電設(shè)備提供的電能;等號右邊表示t時(shí)刻電能消耗的去向,分別表示t時(shí)刻電動汽車和蓄電池消耗的電能,表示t時(shí)刻其他家居設(shè)備消耗的電能;約束B:蓄電池功率平衡PtESS,used+PtESS,sold=PtESS·dis·DEESS,∀t]]>其中:表示t時(shí)刻蓄電池放電功率;DEESS表示蓄電池放電效率,該式表示蓄電池的充放電功率平衡;PtESS,ch≤CRESS·utESS,∀t]]>PtESS,dis≤DRESS·(1-utESS),∀t]]>其中:表示t時(shí)刻蓄電池的充電功率;是二進(jìn)制變量,其值取“1”時(shí)表示蓄電池在t時(shí)刻充電,取“0”表示蓄電池在t時(shí)刻放電;CRESS表示蓄電池充電額定功率;DRESS表示蓄電池放電額定功率;SOEtESS=SOEt-1ESS+CEESS·PtESS,chΔT-PtESS,disΔT,∀t]]>SOEtESS=SOEESS,ini,ift=1]]>SOEtESS≤SOEESS,max,∀t]]>SOEtESS≥SOEESS,min,∀t]]>其中:表示t時(shí)刻蓄電池的儲能狀態(tài);CEESS表示蓄電池充電效率;SOEESS,ini表示蓄電池的初始儲能;SOEESS,max、SOEESS,min分別表示蓄電池的最大最小儲能狀態(tài);以上4式表示蓄電池儲能狀態(tài)的約束;約束C:電動汽車功率平衡PtEV,used+PtEV,sold=PtEV·dis·DEEV,∀t∈[Ta,Tb]]]>其中:表示t時(shí)刻電動汽車放電功率;DEEV表示電動汽車放電效率;Ta、Tb分別表示電動汽車到家時(shí)刻與離家時(shí)刻;該式表示電動汽車的充放電功率平衡;PtEV,ch≤CREV·utEV,∀t∈[Ta,Tb]]]>PtEV,dis≤DREV·(1-utEV),∀t∈[Ta,Tb]]]>其中:表示t時(shí)刻電動汽車的充電功率;是二進(jìn)制變量,其值取“1”時(shí)表示電動汽車在t時(shí)刻充電,取“0”表示蓄電池在t時(shí)刻放電;CREV表示電動汽車充電額定功率;DREV表示電動汽車放電額定功率;SOEtEV=SOEt-1EV+CEEV·PtEV,chΔT-PtEV,disΔT,∀t∈[Ta,Tb]]]>SOEtEV=SOEEV,ini,ift=Ta]]>SOEtEV≤SOEEV,max,∀t∈[Ta,Tb]]]>SOEtEV≥SOEEV,min,∀t∈[Ta,Tb]]]>其中:表示t時(shí)刻電動汽車的儲能狀態(tài);CEEV表示電動汽車的充電效率;SOEEV,ini表示電動汽車的初始儲能;SOEEV,max、SOEEV,min分別表示電動汽車的最大最小電池能量狀態(tài);以上4式表示電動汽車電池狀態(tài)的約束;約束D:光伏功率平衡PtPV,used+PtPV,sold=PtPV,pro,∀t]]>其中:表示t時(shí)刻光伏功率,該式表示光伏功率的平衡;約束E:向電網(wǎng)送電的功率平衡Ptsold=PtPV,sold+PtESS,sold+PtEV,sold]]>該式表示t時(shí)刻向電網(wǎng)送電的總功率為光伏、蓄電池、電動汽車三者向電網(wǎng)送電功率之和;約束F:功率傳輸限制Ptgrid≤N1·utgrid,∀t]]>Ptsold≤N2·(1-utgrid),∀t]]>其中:N1表示可以從電網(wǎng)中獲得的最大功率;N2表示可以向電網(wǎng)傳送的最大功率;為二進(jìn)制變量,其值取“1”時(shí)表示在t時(shí)刻電能的流動方向是:從電網(wǎng)流向家具設(shè)備,取“0”表示在t時(shí)刻電能的流動方向是:從家庭流向電網(wǎng);約束G:設(shè)備運(yùn)行約束1)其他設(shè)備總功率平衡約束Σk=1mZi,jk=Ei,j,∀i,j]]>其中:表示第i個(gè)設(shè)備第j個(gè)階段第k個(gè)時(shí)段的功率,Ei,j表示第i個(gè)設(shè)備第j個(gè)階段功率需求,m表示時(shí)間段數(shù);2)設(shè)備功率上下限約束Z‾i,jk≤Zi,jk≤Z‾i,jk]]>其中,分別為第i個(gè)設(shè)備第j個(gè)階段功率上下限。本發(fā)明的有益效果為:在考慮電價(jià)不確定性的情況下,優(yōu)化家居運(yùn)行,更加符合實(shí)際決策過程;對象豐富,能夠充分挖掘智能用電的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。附圖說明圖1是本發(fā)明的智能家居優(yōu)化運(yùn)行的方法流程圖。圖2是本發(fā)明的不可控負(fù)荷用電功率圖。圖3是本發(fā)明的某日屋頂光伏出力圖。圖4是本發(fā)明的綜合優(yōu)化后負(fù)荷曲線分布圖。具體實(shí)施方式如圖1所示,一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運(yùn)行方法,包括如下步驟:(1)建立智能家居優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)函數(shù);步驟(1)中的目標(biāo)函數(shù)具體為:MinimizeTC=Σt=1NT(PtgridΔT·λtbuy-PtsoldΔT·λtsell)+ΣtNT(ϵ1·PtPV,soldΔT+ϵ2·PtESS,soldΔT+ϵ3·PtEV,soldΔT)]]>其中:TC表示總的用電費(fèi)用;NT表示總的時(shí)段數(shù);ΔT表示時(shí)長;表示t時(shí)段從電網(wǎng)購買的總電能;表示t時(shí)段向電網(wǎng)賣電的總電能;表示t時(shí)段購買電能時(shí)的電價(jià);表示t時(shí)段向電網(wǎng)賣電的電價(jià);表示第t個(gè)時(shí)段光伏發(fā)電向電網(wǎng)賣出的電能;表示第t個(gè)時(shí)段蓄電池向電網(wǎng)賣出的電能;表示第t個(gè)時(shí)段電動汽車向電網(wǎng)賣出的電能;ε1、ε2、ε3分別表示光伏、蓄電池、電動汽車向電網(wǎng)送電的優(yōu)先級因子,設(shè)置為ε1<ε2<ε3,即光伏優(yōu)先向電網(wǎng)送電,蓄電池次之,電動汽車優(yōu)先權(quán)最小。(2)劃定優(yōu)化運(yùn)行的約束條件,采用GAMS求解模型求解。步驟(2)中的約束條件具體為:約束A:總電能平衡Ptgrid+PtPV,used+PtEV,used+PtESS,used=Ptother+PtEV,ch+PtESS,ch]]>其中:等號左側(cè)表示t時(shí)刻電能的全部來源,表示直接從電網(wǎng)獲得的電能,分別表示t時(shí)刻光伏、電動汽車、蓄電池向家庭用電設(shè)備提供的電能;等號右邊表示t時(shí)刻電能消耗的去向,分別表示t時(shí)刻電動汽車和蓄電池消耗的電能,表示t時(shí)刻其他家居設(shè)備消耗的電能;約束B:蓄電池功率平衡PtESS,used+PtESS,sold=PtESS·dis·DEESS,∀t]]>其中:表示t時(shí)刻蓄電池放電功率;DEESS表示蓄電池放電效率,該式表示蓄電池的充放電功率平衡;PtESS,ch≤CRESS·utESS,∀t]]>PtESS,dis≤DRESS·(1-utESS),∀t]]>其中:表示t時(shí)刻蓄電池的充電功率;是二進(jìn)制變量,其值取“1”時(shí)表示蓄電池在t時(shí)刻充電,取“0”表示蓄電池在t時(shí)刻放電;CRESS表示蓄電池充電額定功率;DRESS表示蓄電池放電額定功率;SOEtESS=SOEt-1ESS+CEESS·PtESS,chΔT-PtESS,disΔT,∀t]]>SOEtESS=SOEESS,ini,ift=1]]>SOEtESS≤SOEESS,max,∀t]]>SOEtESS≥SOEESS,min,∀t]]>其中:表示t時(shí)刻蓄電池的儲能狀態(tài);CEESS表示蓄電池充電效率;SOEESS,ini表示蓄電池的初始儲能;SOEESS,max、SOEESS,min分別表示蓄電池的最大最小儲能狀態(tài);以上4式表示蓄電池儲能狀態(tài)的約束;約束C:電動汽車功率平衡PtEV,used+PtEV,sold=PtEV·dis·DEEV,∀t∈[Ta,Tb]]]>其中:表示t時(shí)刻電動汽車放電功率;DEEV表示電動汽車放電效率;Ta、Tb分別表示電動汽車到家時(shí)刻與離家時(shí)刻;該式表示電動汽車的充放電功率平衡;PtEV,ch≤CREV·utEV,∀t∈[Ta,Tb]]]>PtEV,dis≤DREV·(1-utEV),∀t∈[Ta,Tb]]]>其中:表示t時(shí)刻電動汽車的充電功率;是二進(jìn)制變量,其值取“1”時(shí)表示電動汽車在t時(shí)刻充電,取“0”表示蓄電池在t時(shí)刻放電;CREV表示電動汽車充電額定功率;DREV表示電動汽車放電額定功率;SOEtEV=SOEt-1EV+CEEV·PtEV,chΔT-PtEV,disΔT,∀t∈[Ta,Tb]]]>SOEtEV=SOEEV,ini,ift=Ta]]>SOEtEV≤SOEEV,max,∀t∈[Ta,Tb]]]>SOEtEV≥SOEEV,min,∀t∈[Ta,Tb]]]>其中:表示t時(shí)刻電動汽車的儲能狀態(tài);CEEV表示電動汽車的充電效率;SOEEV,ini表示電動汽車的初始儲能;SOEEV,max、SOEEV,min分別表示電動汽車的最大最小電池能量狀態(tài);以上4式表示電動汽車電池狀態(tài)的約束;約束D:光伏功率平衡PtPV,used+PtPV,sold=PtPV,pro,∀t]]>其中:表示t時(shí)刻光伏功率,該式表示光伏功率的平衡;約束E:向電網(wǎng)送電的功率平衡Ptsold=PtPV,sold+PtESS,sold+PtEV,sold]]>該式表示t時(shí)刻向電網(wǎng)送電的總功率為光伏、蓄電池、電動汽車三者向電網(wǎng)送電功率之和;約束F:功率傳輸限制Ptgrid≤N1·utgrid,∀t]]>Ptsold≤N2·(1-utgrid),∀t]]>其中:N1表示可以從電網(wǎng)中獲得的最大功率;N2表示可以向電網(wǎng)傳送的最大功率;為二進(jìn)制變量,其值取“1”時(shí)表示在t時(shí)刻電能的流動方向是:從電網(wǎng)流向家具設(shè)備,取“0”表示在t時(shí)刻電能的流動方向是:從家庭流向電網(wǎng);約束G:設(shè)備運(yùn)行約束1)其他設(shè)備總功率平衡約束Σk=1mZi,jk=Ei,j,∀i,j]]>其中:表示第i個(gè)設(shè)備第j個(gè)階段第k個(gè)時(shí)段的功率,Ei,j表示第i個(gè)設(shè)備第j個(gè)階段功率需求,m表示時(shí)間段數(shù);2)設(shè)備功率上下限約束Z‾i,jk≤Zi,jk≤Z‾i,jk]]>其中,分別為第i個(gè)設(shè)備第j個(gè)階段功率上下限。本發(fā)明測試的算例為:包含電動汽車、蓄電池、空調(diào)、熱水器、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、烘干機(jī)、屋頂光伏以及不可控負(fù)荷組成的智能家居系統(tǒng),針對不同優(yōu)化方案進(jìn)行比較分析。參數(shù)設(shè)置如下:蓄電池和電動汽車的充放電效率都為0.95,電動汽車的額定充放電功率為3.3kW,蓄電池額定充放電功率為0.4kW,蓄電池的額定容量為2kW·h,初始狀態(tài)為1kW·h;電動汽車的額定容量為16kW·h,初始狀態(tài)為8kW·h,其他可控設(shè)備數(shù)據(jù)見表1。某一天光伏出力預(yù)測如圖2,不可控負(fù)荷用電功率如圖3。表1部分智能家居用電名稱用電量(kW·h)最小功率(W)最大功率(W)洗衣機(jī)1.25003000熱水器1.510002000洗碗機(jī)1.25001500由圖4可知,通過優(yōu)化控制智能家居的運(yùn)行,可使得家庭負(fù)荷曲線平緩,降低負(fù)荷峰谷差。由表2可知,通過對比不同優(yōu)化控制策略下,綜合優(yōu)化能夠獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。表2不同優(yōu)化方案的優(yōu)化效果由表3可知,不同的蓄電池容量配置,帶來的經(jīng)濟(jì)效益也將不同,較大的容量配置雖然能夠獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益,但投資也增大了,因此,需要根據(jù)家庭具體情況,進(jìn)行儲能容量配置。表3不同蓄電池容量配置電池容量不含最大功率約束含最大功率約束1kWh29.0731.362kWh26.4429.40綜上,案例說明了本發(fā)明的正確性與實(shí)用性。盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述,但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍,可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。當(dāng)前第1頁1 2 3 
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