計(jì)及實(shí)時(shí)電價(jià)的微網(wǎng)用戶群電能優(yōu)化互濟(jì)交易方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電網(wǎng)系統(tǒng)的分布式發(fā)電和儲能設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種基于實(shí)時(shí)電 價(jià)（Real-Time Price，RTP)的用戶間交易電能的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微電網(wǎng)系統(tǒng)的日漸成熟，分布式電源（DG)和儲能單元（Storage)的技術(shù)也得 到了發(fā)展，并能夠應(yīng)用在家庭級的用戶上。分布式電源主要包括太陽能、風(fēng)能等可再生能源 發(fā)電系統(tǒng)；對單獨(dú)的一戶家庭而言，在基于RTP的環(huán)境下，可以對載荷（包括彈性載荷和剛 性載荷）分布進(jìn)行優(yōu)化，使之能與DG和Storage相匹配，并使花費(fèi)在購電上的費(fèi)用最少。但 由于DG的波動性與Storage的有限性，在不同時(shí)間段內(nèi)載荷與DG和Storage不能完全匹 配，有的時(shí)間段DG過剩將被浪費(fèi)，有的時(shí)間段DG不能滿足需求而需要從電網(wǎng)中購電。而當(dāng) 這樣的用戶數(shù)目達(dá)到相當(dāng)一個(gè)規(guī)模時(shí)，大量的電能會在DG過剩時(shí)被損耗，從電網(wǎng)中購電費(fèi) 用較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種計(jì)及實(shí)時(shí)電價(jià)的微網(wǎng)用戶群電 能優(yōu)化互濟(jì)交易方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的：一種計(jì)及實(shí)時(shí)電價(jià)的微網(wǎng)用戶群電能 優(yōu)化互濟(jì)交易方法，具體的實(shí)施步驟如下：
[0005] 前提說明：⑴所有用到的數(shù)據(jù)（如：電網(wǎng)的RTP，風(fēng)能、太陽能發(fā)電趨勢）均為已 預(yù)測的數(shù)據(jù)，按照每半小時(shí)為采樣間隔，每個(gè)變量一天采樣48次；（2)采用鋰電池作為儲能 裝置；(3)柔性負(fù)荷可以在根據(jù)需求向前向后動態(tài)安排工作時(shí)刻，但蓄電池的工作特性具 有很強(qiáng)的時(shí)序性，不能將后期的DG供電作用于前期的電池儲能。
[0006] (1)單用戶對自身用電進(jìn)行優(yōu)化，具體包括以下子步驟：
[0007] (I. 1)按半小時(shí)時(shí)間間隔采樣，獲取當(dāng)前時(shí)刻電網(wǎng)系統(tǒng)中全部DG、RTP的狀態(tài)信 息；
[0008] (1.2)對用電設(shè)備進(jìn)行分類，包含剛性負(fù)荷（不可調(diào)節(jié)，必須優(yōu)先滿足其用電需 求）、不可中斷負(fù)荷（一經(jīng)開啟不可暫停，直至任務(wù)的完成，但是整體工作時(shí)段可以調(diào)節(jié)，屬 于柔性負(fù)荷）、可中斷負(fù)荷（可以在工作時(shí)段范圍內(nèi)任意半小時(shí)節(jié)點(diǎn)處暫停，下一次運(yùn)行接 著執(zhí)行上一步剩下的任務(wù)，屬于柔性負(fù)荷），并建立柔性負(fù)荷工作模型：
[0009]
(I)
[0010] 其中，ha是設(shè)備可能工作的時(shí)間點(diǎn)，<^是設(shè)備開始工作時(shí)刻，Crf是設(shè)備結(jié)束工 作時(shí)刻，[aa，f3a]是設(shè)備允許工作時(shí)段范圍，<是設(shè)備在匕時(shí)刻的工作狀態(tài)，X aA=l表示 設(shè)備正在工作，< =〇表示設(shè)備處于停用狀態(tài)，匕為設(shè)備額定功率，設(shè)備在工作時(shí)以額定功 率運(yùn)行，da為工作時(shí)長，E a為設(shè)備總功率需求，m代表不可中斷的負(fù)荷數(shù)目，η代表可中斷負(fù) 荷的數(shù)目；
[0011] (1. 3)設(shè)置遺傳算法種群大小Ν，最大迭代次數(shù)Gen ;以用二進(jìn)制編碼的長度為48 的染色體代表設(shè)備的工作狀態(tài)，在其允許工作時(shí)段內(nèi)可以出現(xiàn)"1"，工作時(shí)段外只能出現(xiàn) "0"，且" 1"的個(gè)數(shù)由設(shè)備工作時(shí)長決定；
[0012] (1.4)分另Ij抽取每種設(shè)備ΝΧ48矩陣中的一行，按設(shè)備的編號重組成N個(gè) (m+n) Χ48染色體組義?χ48;···;ΖΓ8;···;^^](,"+" )χ48，其中每行代表相應(yīng)編號 設(shè)備在48個(gè)時(shí)段內(nèi)的工作狀態(tài)，即每個(gè)染色體組代表所有設(shè)備工作狀態(tài)集合；
[0013] (1.5)將經(jīng)過初始化后的染色體組分別乘以相應(yīng)設(shè)備的額定功率，形成N組能量 消耗矩陣Pqmi= Xqmiw · Pa;隨機(jī)選擇種群中的一組能量消耗矩陣，查看未經(jīng)負(fù)荷調(diào)度安 排的設(shè)備用電狀況；
[0014] (1. 6)建立基于DG的負(fù)荷調(diào)度策略目標(biāo)函數(shù)如公式⑵所示：
[0015]
⑵
[0016] 其中是DG在h時(shí)刻的供電功率，PwL是剛性負(fù)荷在h時(shí)刻的用電需求， m+n Σ?代表所有柔性負(fù)荷在h時(shí)刻的用電需求，因此，DG和負(fù)荷間的供需差異越小越利于 ￡/=1 降低購電費(fèi)用；此外，由于適應(yīng)度值越大的染色體組越有機(jī)會參與下一次的遺傳迭代，因而 選取目標(biāo)函數(shù)的倒數(shù)作為遺傳算法（GA)的適應(yīng)度函數(shù)；
[0017] (1.7)執(zhí)行GA的選擇操作：為了不在交叉變異過程中遺失最佳的染色體組，保留 每次迭代后前store個(gè)適應(yīng)度值較高的設(shè)備組不參與后續(xù)變化，再用輪盤賭方式在所有種 群中選擇設(shè)備組進(jìn)行復(fù)制，形成其余N-store個(gè)染色體組；
[0018] (1. 8)針對其后的N-store個(gè)設(shè)備組執(zhí)行GA的交叉操作：生成隨機(jī)數(shù)randl，若 其值小于交叉概率pc，則隨機(jī)選擇設(shè)備編號a e 1，2,…，m+n，判斷設(shè)備a屬于哪種類型負(fù) 荷，并按照負(fù)荷特性對其進(jìn)行交叉操作，①若設(shè)備a是可中斷負(fù)荷，則生成隨機(jī)數(shù)rand3用 于確定該設(shè)備的交叉位置，將第i個(gè)染色體組的染色體a與第i+1個(gè)染色體組的染色體a 在rand3位置進(jìn)行交叉，即交換這兩個(gè)染色體在rand3位置后的染色體片段，②若設(shè)備a是 不可中斷負(fù)荷，則此時(shí)進(jìn)行的迭代過程本質(zhì)上不是交叉操作，而是在其允許的工作時(shí)間范 圍[aa，β J內(nèi)，向左或向右整體移動設(shè)備實(shí)際工作時(shí)段心;TV，>此外，若randl大于交 叉概率pc，則當(dāng)前代不進(jìn)行交叉操作；
[0019] (1. 9)針對其后的N-Store個(gè)設(shè)備組執(zhí)行GA的變異操作：生成隨機(jī)數(shù)randl，若其 值小于變異概率pm，則對可中斷負(fù)荷的在[aa，f3a]時(shí)段內(nèi)的隨機(jī)位置處的工作狀態(tài)·^進(jìn) 行變異。判斷所有設(shè)備a e 1，2,…，m+n在相應(yīng)[a a，β J時(shí)段內(nèi)的實(shí)際工作時(shí)長與設(shè) 備總時(shí)長要求4是否相同，若> <，則將多余的1變成0 ;若<尤，則將[a a，β a] 內(nèi)多余的〇變成I ;
[0020] (1. 10)判斷種群迭代結(jié)束條件：選擇最大適應(yīng)度值，即目標(biāo)函數(shù)最小值對應(yīng)的染 色體組為當(dāng)前所有柔性負(fù)荷的整體最佳工作狀態(tài)集合，返回步驟（1.7)執(zhí)行下一代的遺傳 操作，并記錄上一代目標(biāo)函數(shù)值objvalue(t-l)與這一代目標(biāo)函數(shù)值objvalue(t)的差 值持續(xù)小于誤差范圍ε的次數(shù)，即〇bjvalue(t-l)_objvalue(t) < ε持續(xù)發(fā)生的次數(shù) Times，其中，若下一時(shí)刻發(fā)生objvalue(t-l)_objvalue(t)> ε的狀況，則計(jì)數(shù)量Times清 零，若其值大于閾值或程序總迭代次數(shù)達(dá)到最大迭代次數(shù)Gen，則終止遺傳算法運(yùn)行，所獲 得的最大適應(yīng)度值對應(yīng)的染色體組為基于DG調(diào)度策略的最佳設(shè)備組運(yùn)行狀況，轉(zhuǎn)入執(zhí)行 步驟（1. 11);
[0021] (L 11)計(jì)算初始購電量BuyElec與購電費(fèi)用BestCost :對于每個(gè)半小時(shí)采樣點(diǎn)， 若DG大于總負(fù)荷需求，則系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻有電量冗余，無需不購電；反之，計(jì)算其差值的絕對 值為當(dāng)前時(shí)刻的購電功率，最終得到一天內(nèi)不同時(shí)刻購電功率向量BuyElec ;由于購電費(fèi) 用是購電量、用電時(shí)間、實(shí)時(shí)電價(jià)之間的函數(shù)，因而購電費(fèi)用
[0022]
[0023] (1. 12)建立基于RTP的負(fù)荷調(diào)度策略目標(biāo)函數(shù)如公式（3)所示：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，是柔性負(fù)荷在i時(shí)刻的總耗電功率，設(shè)備a從j時(shí)刻轉(zhuǎn)移到k時(shí)刻， 是移除設(shè)備a后在j時(shí)刻需要向電網(wǎng)購買的功率，Cf是將設(shè)備a轉(zhuǎn)移至k時(shí)刻后在k時(shí)刻 需要向電網(wǎng)購買的功率，RTPj及RTP k分別代表相應(yīng)時(shí)刻的實(shí)時(shí)電價(jià)，由于所有設(shè)備在每個(gè) 時(shí)間點(diǎn)的執(zhí)行時(shí)長為半小時(shí)，而購電量是購電功率與時(shí)長的乘積，所以目標(biāo)函數(shù)需要分別 乘以0. 5 (代表半小時(shí)）；因?yàn)橥粋€(gè)設(shè)備無法在當(dāng)天的同一個(gè)時(shí)刻運(yùn)行兩次，必須保證設(shè) 備a所需要轉(zhuǎn)移至的k時(shí)刻在執(zhí)行轉(zhuǎn)移前沒有運(yùn)行設(shè)備a，即在轉(zhuǎn)移之前必須保證1 且 xf = 0，
[0027] (1. 13)選出所有時(shí)段內(nèi)負(fù)荷總用電需求量超過DG供電量的時(shí)刻j，選取該時(shí)刻正 在工作的最大功率設(shè)備a，判斷該設(shè)備的工作類型，①若a是不可中斷負(fù)荷，找出其連續(xù)工 作時(shí)段[<°"^^，將設(shè)備3在[〖廣"義1^的所有工作狀態(tài)置0，在[?3，1^]時(shí)段內(nèi)尋優(yōu)移 入設(shè)備a后最低購電費(fèi)用所處的工作區(qū)間，注意：由于需要轉(zhuǎn)移的設(shè)備是不可中斷負(fù)荷，因 此在轉(zhuǎn)移時(shí)不止要先移除設(shè)備在j時(shí)刻的工作狀態(tài)，而是將設(shè)備當(dāng)前所在的整個(gè)工作區(qū)域 轉(zhuǎn)移；②若a是可中斷負(fù)荷，將設(shè)備a在j時(shí)刻移除，轉(zhuǎn)移至在[aa，β J區(qū)間內(nèi)購電費(fèi)用最 低且該設(shè)備在轉(zhuǎn)移前未運(yùn)行的時(shí)刻k ;
[0028] (1. 14)設(shè)備重新安排后，更新相應(yīng)的設(shè)備組安排狀況Pamm及剩余購電量 BuyElec，計(jì)算更新的最低電費(fèi)BestCost ;繼續(xù)執(zhí)行步驟（1. 13)直至最低電費(fèi)不再降低，轉(zhuǎn) 入步驟（1. 15);
[0029] (1. 15)選出剩余購電量BuyElec大于0的時(shí)刻j，選取該時(shí)刻正在工作的最小功 率設(shè)備a，按照步驟（1. 13)的①、②不同狀況執(zhí)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移。
[0030] (1. 16)設(shè)備重新安排后，更新相應(yīng)的設(shè)備組安排狀況Pamm及剩余購電量 BuyElec，計(jì)算更新的最低電費(fèi)BestCost ;繼續(xù)執(zhí)行步驟（1. 15)直至最低電費(fèi)不再降低，所 獲得的設(shè)備組工作時(shí)刻狀況Pamm為基于RTP調(diào)度策略的最佳設(shè)備組運(yùn)行狀況，轉(zhuǎn)入步驟 (1. 17)；
[0031] (1. 17)根據(jù)當(dāng)前DG及負(fù)荷總耗電狀況進(jìn)行蓄電池的容量配置，選取合適容量 Q(單位：KWh)的蓄電池用于后續(xù)儲能操作；
[0032] (1. 18)將實(shí)時(shí)電價(jià)按電價(jià)下降與上升進(jìn)行分區(qū)，若處于電價(jià)下降區(qū)間，執(zhí)行步驟 (1. 19);否則執(zhí)行步驟（1. 20)至（1. 24);
[0033] (1. 19)由于處于電價(jià)下降階段，只要保證當(dāng)前時(shí)刻的用電需求即可，無需從電網(wǎng) 向蓄電池充電。①若當(dāng)前DG供電量大于負(fù)荷用電需求巧；^，判斷從DG往蓄電池充電 帶來的收益是否大于啟動蓄電池的代價(jià)；若大于，則從DG往蓄電池存儲多余供電量直至蓄 電池充電極限，更新蓄電池充電量及其荷電狀態(tài)如公式（4)-(5)所示：
[0034] Charge = min {(/^；(； - P1^1) x 〇·5, (^nax -6OC(/)) x Q) (4)
[0035] SOC (i+1) = S0C(i)+Charge/Q ； (5)
[0036