طراحی یک ابزار مهار کننده خطر برای نیروگاه های مجازی از طریق رویکرد بهینه سازی قوی

در این مقاله یک ابزار تصمیم گیری مبتنی بر بهینه سازی قوی برای برنامه ریزی روزانه و هفتگی نیروگاه های مجازی (VPP) در محیط نامشخص بازارهای برق ارائه شده است. VPP ، به عنوان یک ائتلاف ناهمگن از منابع انرژی توزیع شده (DERS) ، به طور کلی از منابع تجدید پذیر متناوب ، سیستم های ذخیره سازی ، بارهای انعطاف پذیر و نیروگاه های معمولی کوچک تشکیل شده است و بنابراین ، برای اطمینان از سود تجاری ، نیاز به مذاکره برخی از قراردادهای دو جانبه درپیش از شرکت در بازار روز پیشرو. از دیدگاه تجربی ، بیشتر تصمیمات مربوطه اتخاذ شده توسط VPP و همچنین اعضای ائتلاف آن در معاملات انرژی کوتاه مدت و میان مدت شامل سطح قابل توجهی از عدم اطمینان داده ها است. به همین دلیل ، یک مدل MILP کارآمد مبتنی بر رویکرد بهینه سازی قوی برای امکان تصمیم گیری آگاهانه در سطوح مختلف عدم اطمینان ارائه شده است. ویژگی انعطاف پذیر تعبیه شده در این ابزار با توجه به دقت راه حل و بار محاسباتی برای VPP سودمند خواهد بود. کارآیی و کاربرد روش پیشنهادی از طریق سناریوهای مختلف نشان داده شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد و از این طریق نتیجه گیری نتیجه می گیرد.

معرفی

طراحی و بهره برداری از شبکه برق موجود به دلیل گرم شدن کره زمین و نگرانی های زیست محیطی در مورد تولید برق مبتنی بر زغال سنگ تغییر می کند ، از این رو صنعت قدرت در حال تحول تدریجی است که تأثیر قابل توجهی در توسعه زیرساخت ها برای تولید خواهد داشت، انتقال و توزیع قدرت [1]. برای یک سیستم انرژی هوشمند ، منابع انرژی تجدید پذیر (RES) قرار است تا آنجا که می توانند برق را به شبکه تأمین کنند. علاوه بر این ، با توجه به کاهش فزاینده سوخت های فسیلی معمولی و مشکلات زیست محیطی مرتبط ، RES در طی دو دهه گذشته رشد چشمگیری را تجربه کرده است.

با این وجود ، مشوق های دولت محدودیت زمانی را تحمیل می کنند که پس از آن RESS به مأمورین غیر مورد علاقه در بازار تبدیل می شود [2]. به عنوان مثال ، در بلژیک [3] ، سرمایه گذاران می توانند در سالهای اخیر گواهی های قدرت سبز به ارزش 450 یورو در ساعت در ساعت را بدست آورند. با این حال ، به دلیل رونق زیاد گیاهان خورشیدی و در نتیجه افزایش هزینه یارانه ، تنظیم کننده ها این پشتیبانی را کاهش می دهند (به عنوان مثال 450 یورو در ساعت در ساعت 2009 به 90 یورو در ساعت در سال 2012 [3]). انتظار می رود سیستم توزیع هوشمند منابع انرژی توزیع شده (DERS) ، از جمله ژنراتورهای توزیع شده (DG) و دستگاه های ذخیره انرژی را برای ترویج بهره وری انرژی و کاهش آلودگی محیط زیست ادغام کند.

سیستم قدرت آینده ممکن است ژنراتور توزیع شده بی شماری و تولید برق متناوب از منابع انرژی سبز تجدید پذیر داشته باشد. چالش های طراحی یک سیستم قدرت پایدار آینده با ادغام بسیاری از منابع انرژی توزیع شده ، به ویژه واحدهای مبتنی بر تجدید پذیر ، در [5] بررسی شده است. مفهوم نیروگاه مجازی (VPP) برای استفاده هوشمندانه از DERS با مالکیت خصوصی معرفی شده است. در واقع ، VPP ، به عنوان ائتلافی از فن آوری های ناهمگن ، یک سیستم مدیریت انرژی برای جمع آوری ظرفیت DGS ، امکانات ذخیره سازی و بارهای انعطاف پذیر به منظور تجارت انرژی و/یا ارائه خدمات پشتیبانی سیستم است [6]بشربا این حال ، کنترل بهینه اقتصادی DER های موجود در VPP با عدم قطعیت ها ، غیرخطی ها و محدودیت های بین زمانی پیچیده است [7].

VPP-از دیدگاه جعبه سیاه-اگر ترکیبی از فن آوری های تولید کننده آن بتواند متناوب نسل های تجدید پذیر را جبران کند ، می تواند به عنوان یک واحد قابل اعزام متعارف درمان شود [2]. در این حالت ، VPP به عنوان یک موجودیت منحصر به فرد از دیدگاه سایر عوامل که پیچیدگی ذاتی خود را پنهان می کند ، عمل می کند ، هرچند ، در واقعیت ، ترکیبی از چندین DER و نیروگاه های معمولی در مقیاس کوچک است. بنابراین ، VPP بازنمایی انعطاف پذیر از تجارت DER در بازارهای عمده فروشی و/یا خدمات جانبی به هر اپراتور علاقه مند است [8]. طبق گفته Fenix [5] ، VPP تجاری (CVPP) و VPP فنی (TVPP) دو نوع اصلی عملکرد VPP هستند. CVPP به عنوان یک عامل سازنده سود عمل می کند که با توجه به بازارهای مختلف برق ، برنامه عملیاتی خود را بهینه می کند ، در حالی که ویژگی های پاسخ و نتایج به دست آمده به TVPP داده می شود تا آنها را با در نظر گرفتن محدودیت های شبکه محلی اجرا کند.

از آنجا که بیشتر تصمیمات مربوطه که توسط یک VPP گرفته می شود و اعضای ائتلاف آن در معاملات انرژی کوتاه مدت و میان مدت شامل سطح قابل توجهی از عدم اطمینان داده ها است ، این مقاله در مورد کاربرد تجربی بهینه سازی قوی (RO) به عنوان یک غیر جدید مورد بحث قرار می گیرد. روش احتمالی و غیرقانونی برای رسیدگی به عدم قطعیت قیمت بازار در ابزار تصمیم گیری مبتنی بر ریسک VPP. به بهترین دانش نویسندگان ، هیچ کار پژوهشی همزمان قیمت بازار برق را برای برنامه ریزی روزانه و هفتگی یک VPP در چارچوب RO ، که مخصوص این مقاله است ، الگوبرداری نکرده است.

موضوع تجمع DER ها تحت مفهوم VPP در برخی تحقیقات اخیر مورد مطالعه و گزارش قرار گرفته است. همانطور که در [9] توضیح داده شده است ، عملکرد فنی و تجاری تسهیل شده از طریق VPP به طور نشان دهنده فواید تجمع DERS است.

در عمل ، اعزام متمرکز برای DERS پراکنده جغرافیایی به ناچار منجر به دشواری انتقال کلیه اطلاعات فردی DER به مرکز اعزام خواهد شد. بنابراین یک راه حل عملی در [4] با هماهنگی تصمیم گیری فردی از DER در VPP از طریق ارتباطات محدود برای کاهش هزینه سرمایه گذاری عظیم کانال های ارتباطی باند بالا بین مرکز و هر DER و به تبع آن ، برای به حداکثر رساندن سود سود از آن ارائه شده است. VPPدر [10] ، یک سیستم مدیریت انرژی (EMS) به عنوان قلب یک VPP معرفی می شود که جریان برق حاصل از واحدهای تولید در مقیاس کوچک ، بارهای انعطاف پذیر و انبارها را هماهنگ می کند. به لطف فن آوری های ارتباطی مدرن ، EMS می تواند DERS را هماهنگ و کنترل کند که گویی به عنوان یک نیروگاه منحصر به فرد کار می کنند. EMS می تواند DER ها (به عنوان اعضای ائتلاف VPP) را با توجه به اهداف خود عمل کند ، که به عنوان مثال می تواند به حداقل رساندن هزینه های تولید ، به حداقل رساندن تولید گازهای خانه سبز و به حداکثر رساندن سود باشد.

با توجه به نابرابری زیاد بین انرژی و درآمد گواهی انرژی سبز ، باید به دو عامل توجه شود که مفهوم VPP را جالب تر می کند [3]: افزایش قیمت انرژی و کاهش طرح های یارانه. نویسندگان [6] ، [7] یک مدل PBUC احتمالی را با استفاده از روش تخمین نقطه برای یک VPP برای مدیریت بهینه چندین DER هنگام پیشنهاد در یک بازار برق در روز ارائه داده اند. یک روش خود برنامه ریزی مبتنی بر برنامه نویسی تصادفی در [2] ارائه شده است که در آن مدل اعزام بهینه به عنوان یک برنامه نویسی خطی مخلوط مخلوط (MILP) تدوین می شود که حداکثر سود هفتگی VPP را در معرض قراردادهای دو جانبه بلند مدت و به حداکثر می رساندمحدودیت های فنی. در یک مطالعه بیشتر ، یک مدل ارائه روزانه تصادفی دو مرحله ای برای کمک به یک مالک VPP برای به حداکثر رساندن سود کوتاه مدت مورد انتظار خود در روز و بازارهای متعادل شده توسط [11] پیشنهاد شده است. این مدل شامل یک نیروگاه بادی ، نیروگاه معمولی حرارتی و سیستم ذخیره سازی هیدروس پمپ شده و پارامترهای نامشخص آن ، از جمله تولید برق منبع متناوب و قیمت بازار ، از طریق سناریوها بر اساس استراتژی مبتنی بر داده های اندازه گیری شده در زمان واقعی مدل می شود. بشر

عملکرد اقتصادی یک سیستم VPP ترکیبی متشکل از سیستم های تبدیل انرژی باد ، خورشیدی ، حرارتی و هیدروژن برای تأمین مشخصات قدرت از پیش تعریف شده در [12] در نظر گرفته شده است. همچنین لازم به ذکر است که یک استراتژی اعزام بار که توسط مکانیسم به روزرسانی استراتژی های پیش بینی وضعیت هواشناسی با داده های جدید هواشناسی اندازه گیری شده ارائه می شود ، برای عملکرد اقتصادی چنین ساختار VPP پیشنهادی استفاده می شود.

یک سیستم کنترل مبتنی بر عامل با ساختار سلسله مراتبی در [13] برای کنترل انتشار گازهای گلخانه ای از گروهی از میکروژنراتورها که در یک VPP جمع شده اند ، طراحی و توسعه یافته است. این روش بر اساس طرح معاملاتی انتشار گازهای گلخانه ای اتحادیه اروپا است که در آن از معاملات اعتبارات کربن برای تعادل انتشار میکروژن ساز در VPP استفاده می شود. این روش نیروگاه مجازی محیطی نامیده می شود. نویسندگان ثابت کرده اند که با افزایش تعداد میکروژنرهای شرکت کننده ، کنترل VPP به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. یک مدل مدیریت انرژی برای VPP ها در یک شبکه برق با نفوذ PHEV نیز در [14] معرفی شده است. در این مقاله ، هزینه و مزایای انتشار تشکیل VPP و نفوذ PHEV به شبکه از طریق انجام تجزیه و تحلیل حساسیت برجسته می شود. یک مکانیسم پرداخت جدید برای ایجاد انگیزه در ادغام DER ها در شبکه برق موجود از طریق تشکیل نیروگاه های مجازی تعاونی در [15] توسعه یافته است. این مکانیسم جایگزینی برای تعرفه های تغذیه ای فراهم می کند و از قوانین امتیاز دهی برای تشویق DERS برای گزارش نه تنها تخمین های دقیق از تولید آنها ، بلکه عدم اطمینان مربوط به این تخمین ها استفاده می کند.

در پایان ، در ادبیات ، بسیاری از آثار وجود دارد که به طور مفصل VPP ها را بررسی می کنند و از نظر تئوری مزایای احتمالی ادغام DER ها با کمک VPP ها را روشن می کنند. با این وجود ، آنچه در ادبیات وجود ندارد ، تجزیه و تحلیل کامل از یک ابزار مدیریت ریسک تجربی برای VPP ها است. از آنجا که مقیاس مدل بهینه سازی تصادفی مبتنی بر سناریو به عنوان تابعی از تعداد سناریوها به طرز چشمگیری افزایش می یابد و بارهای محاسباتی بزرگی را تحمیل می کند ، ما یک مدل مبتنی بر RO را پیشنهاد می کنیم تا به سادگی ریسک های تجاری ناشی از قیمت های بی ثبات را مدیریت کنید.

با توجه به ادبیات مورد بررسی ، سهم اصلی این مقاله شامل استفاده از تکنیک بهینه سازی قوی ، به عنوان یک روش جدید غیر پیش بینی و غیرقانونی برای رسیدگی به عدم قطعیت ها ، به VPP اجازه می دهد تا تصمیم گیری عملی بر تعهد واحد DERS مرتبط با آن تصمیم بگیردو پیشنهادات فروش/خرید تحت عدم اطمینان شدید به بازار. این الهام بخش این کار است. علاوه بر این ، مدل سازی داوری یکی دیگر از مشارکتها برای نشان دادن استراتژی معاملاتی واقعی یک VPP هنگام برخورد با نقاط مختلف فروش/خرید است. مشکلی که در این مقاله مورد توجه قرار گرفته است برای هر VPP معمولی از اهمیت بالایی برخوردار است ، زیرا دانش قیمت بازار روزانه و همچنین DERS قیمت ها یک مؤلفه اصلی برای تعریف استراتژی VPP برای دستیابی به حداکثر سود در بازار است. بشر

ادامه مقاله به شرح زیر تدوین شده است. مشکل اصلی تصمیم گیری VPP در یک قالب قطعی در ابتدای بخش 2 تدوین شده است. سپس ، توضیحی از مدل مبتنی بر RO پیشنهادی تحت عدم اطمینان با جزئیات ارائه می دهد. برای نتیجه آزمون ، توانایی مدیریت ریسک رویکرد RO از طریق یک مطالعه موردی با چهار سناریو در افق زمانی کوتاه مدت و میان مدت نشان داده شده و با روش تعیین کننده در بخش 3 مقایسه می شود. بشر

قطعه قطعه

فرضیات مدل

VPP به عنوان ائتلافی از DERS ناهمگن یعنی واحدهای تصادفی و قابل اعزام و همچنین بارهای انعطاف پذیر مدل می شود. این VPP ، به عنوان یک عامل گیرنده قیمت ، انرژی را به مشتریان و تولید اضافی از صاحبان DG ، در صورت وجود ، به بازار روزانه با قیمت بازار می فروشد. در همین حال ، این مدل بر اساس دیدگاه VPP ارائه شده است و نه اعضای ائتلاف آن (صاحبان DERS) ، و بنابراین در این شرایط ، VPP مسئول عدم اطمینان باد یا نور خورشید نیست. در دیگر

مطالعات عددی

در این بخش ، ما یک مطالعه موردی را برای مقایسه عملکرد روش بهینه سازی قوی با رویکرد بهینه سازی قطعی ارائه می دهیم. این مطالعه موردی هدف را برای نشان دادن توانایی الگوریتم پیشنهادی در تصمیم گیری تحت عدم اطمینان به منظور یافتن خودآزمایی بهینه از نیروگاه مجازی در بازار برق روزانه برای DER های مرتبط با ائتلاف خود ارائه می دهد.

نتیجه گیری و کار آینده

در این مقاله تکنیکی مبتنی بر بهینه سازی قوی و فاصله اطمینان از قیمت برای بهره برداری از یک ابزار تصمیم گیری کارآمد برای برنامه ریزی روزانه و هفتگی نیروگاه های مجازی ارائه شده است. ابزار پیشنهادی برای محافظت از ریسک ، تضمین می کند حداقل سطح سود بحرانی و تحقق قراردادهای دو جانبه برای VPP ها به شرط آنکه قیمت های تحقق یافته بازار در یک منطقه اعتماد انحراف داشته باشند ، تضمین می کند. مزیت این رویکرد انعطاف پذیری آن در دقت راه حل و محاسباتی است

منابع (34)

• R. Dominguez و همکاران.