基于云計(jì)算的異構(gòu)能源系統(tǒng)能源管理方法

王斐，田志強(qiáng)，周小光，彭依明，崔旭東，李亞軍

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣州 510620； 2.東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000； 3.華南理工大學(xué)，廣州 510635)

0 引 言

提高能源效率并減少溫室氣體排放成為許多國(guó)家的關(guān)鍵發(fā)展目標(biāo)[1]。適當(dāng)?shù)哪茉垂芾砗唾Q(mào)易策略可以最大限度地提高可再生資源開(kāi)發(fā)利用率，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)成本，減少碳排放。然而，由于可再生能源的不可控性和間歇性，在異構(gòu)能源系統(tǒng)中整合可再生能源面臨多方面的挑戰(zhàn)[2-3]。

目前已經(jīng)有多項(xiàng)工作研究了可再生能源整合問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)單向功率流電網(wǎng)上進(jìn)行可再生能源雙向功率流的調(diào)度[4-6]。由于傳統(tǒng)的配電管理系統(tǒng)架構(gòu)通常缺乏分布式可再生發(fā)電調(diào)度能力，電網(wǎng)和本地負(fù)荷必須被動(dòng)地接受開(kāi)放式的分布式發(fā)電輸出。為了實(shí)現(xiàn)可再生能源的管理整合，分布式發(fā)電可作為虛擬電廠集體整合[7-9]，管理分布式能源的同時(shí)考慮其實(shí)際位置來(lái)最大化收益[10]。需求響應(yīng)從需求方的角度實(shí)現(xiàn)能源管理。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，需求響應(yīng)提高了市場(chǎng)效率和運(yùn)營(yíng)可靠性[11-13]。微電網(wǎng)通過(guò)結(jié)合本地分布式能源，儲(chǔ)能系統(tǒng)和可控負(fù)載自動(dòng)運(yùn)行。多個(gè)微電網(wǎng)可以參與市場(chǎng)，并通過(guò)兩級(jí)多代理系統(tǒng)有效利用可再生能源[14-16]。然而上述可再生能源整合方案，必須針對(duì)不同方案建立對(duì)應(yīng)的集中控制實(shí)體來(lái)實(shí)施相應(yīng)的控制機(jī)制，這在實(shí)踐中成本很高。隨著更多分布式能源的開(kāi)發(fā)，能源管理的復(fù)雜性將大大增加。

凈計(jì)量是現(xiàn)有的最大限度提高小型可再生能源供應(yīng)商的激勵(lì)機(jī)制[17]。允許客戶(hù)在競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)中通過(guò)過(guò)量生產(chǎn)的可再生能源獲取收益，客戶(hù)可以自由選擇售電商。然而實(shí)際只有少數(shù)售電商可提供購(gòu)買(mǎi)計(jì)劃。個(gè)人可再生能源發(fā)電商，面臨實(shí)際選擇很少的困難。

為了解決上述技術(shù)難題，提出了一個(gè)基于云計(jì)算的方法，為異構(gòu)能源系統(tǒng)提供面向客戶(hù)的能源管理服務(wù)，系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)的可再生能源提供商組成虛擬能源供應(yīng)商。所提出的能源管理服務(wù)可以由現(xiàn)有的電網(wǎng)公司運(yùn)營(yíng)，以促進(jìn)可再生能源的生產(chǎn)和交易。通過(guò)線(xiàn)性規(guī)劃模型實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：最大限度地提高激勵(lì)，提高公司和居民配備可再生能源發(fā)電機(jī)和使用該服務(wù)的意愿(降低全局成本)；通過(guò)確定合約來(lái)加強(qiáng)可再生能源整合，這些合約類(lèi)似于機(jī)組組合，但適用于可再生能源。

使用所提出的能源管理服務(wù)，在系統(tǒng)內(nèi)交易可再生能源會(huì)出現(xiàn)新的價(jià)格。按照此價(jià)格與同一系統(tǒng)內(nèi)的其他客戶(hù)進(jìn)行交易，可以降低客戶(hù)整體成本并相互受益，而無(wú)需專(zhuān)門(mén)的物理控制器或運(yùn)營(yíng)實(shí)體。通過(guò)在系統(tǒng)各種組件內(nèi)進(jìn)行交易，可以為客戶(hù)提供更多選擇。文章的貢獻(xiàn)可總結(jié)為：

(1)提出了基于云計(jì)算的能源管理方法，它顯著降低了決策所需的基礎(chǔ)設(shè)施成本，提高了系統(tǒng)可靠性和可擴(kuò)展性，以及運(yùn)營(yíng)效率；

(2)提出的基于云的虛擬可再生能源交易系統(tǒng)，為小型可再生能源供應(yīng)商提供了多種交易選擇，促進(jìn)了可再生能源的整合；

(3)建立了線(xiàn)性規(guī)劃模型，使用案例研究對(duì)所提出的方法進(jìn)行評(píng)估。

1 云服務(wù)模型

文中系統(tǒng)的四個(gè)基本要素是多周期波動(dòng)價(jià)格，可再生能源預(yù)測(cè)，儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)和能源需求。能源管理服務(wù)考慮以上全部要素，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的成本優(yōu)化。例如，如果波動(dòng)的價(jià)格和儲(chǔ)能系統(tǒng)是唯一考慮的因素，那么當(dāng)價(jià)格較高時(shí)，客戶(hù)將儲(chǔ)存更多的可再生能源供將來(lái)使用。然而，如果他們儲(chǔ)存超過(guò)未來(lái)需求的能源，則會(huì)降低系統(tǒng)的能源供應(yīng)水平。因此，電力需求和可再生能源預(yù)測(cè)必須一起考慮。

以下首先介紹基于云的能源管理總體結(jié)構(gòu)，然后分析了用于能源管理的數(shù)據(jù)。由于客戶(hù)之間可能不存在物理能源傳輸線(xiàn)，因此可再生能源交易方案實(shí)際上是通過(guò)云服務(wù)程序中的映射來(lái)執(zhí)行的，這在最后一節(jié)中通過(guò)協(xié)調(diào)過(guò)程來(lái)解決。

1.1 基于云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算具有巨大的優(yōu)勢(shì)，包括可減少資本投資，減少維護(hù)費(fèi)用，提供高效管理等[18-19]。在云架構(gòu)上提供能源管理服務(wù)使得各種組件可通過(guò)公共或私有云輕松訪問(wèn)，例如瀏覽器或應(yīng)用程序編程接口(API)。即使協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性增加，能源管理也能夠應(yīng)對(duì)效率，可靠性和可擴(kuò)展性等方面的問(wèn)題。現(xiàn)有的云計(jì)算主要服務(wù)模型是基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，平臺(tái)服務(wù)和軟件服務(wù)。所提出的管理方法是平臺(tái)服務(wù)模型的擴(kuò)展，為分布式能源提供商設(shè)計(jì)虛擬售電商，以實(shí)現(xiàn)最低成本并促進(jìn)可再生能源整合。

所提出的基于云計(jì)算的能源管理方法架構(gòu)如圖1所示。信息池和服務(wù)管理器在云上運(yùn)行。它們可以通過(guò)信息交換線(xiàn)路和客戶(hù)端接口訪問(wèn)其他組件。按不同地理位置分類(lèi)的順序時(shí)間序列數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在信息池中，并由服務(wù)器使用。服務(wù)器為多個(gè)系統(tǒng)提供能源管理服務(wù)，并為系統(tǒng)內(nèi)的每位客戶(hù)提供能源交易建議。

圖1 基于云計(jì)算的能源管理服務(wù)架構(gòu)

系統(tǒng)內(nèi)包括兩類(lèi)可再生能源供應(yīng)方：第一類(lèi)是大型可再生發(fā)電，由個(gè)別公司建造，旨在增加收入，如風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電廠；第二類(lèi)是具有小型可再生發(fā)電機(jī)的供應(yīng)商，例如安裝在各種建筑物的屋頂上的光伏板。這些小型可再生發(fā)電供應(yīng)商既是能源生產(chǎn)者又是能源消費(fèi)者，降低日常需求的能源成本是他們的首要任務(wù)。大型和小型可再生發(fā)電機(jī)都按照標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)連接。

儲(chǔ)能系統(tǒng)是所提出的方法的另一個(gè)重要組成部分。它能夠快速儲(chǔ)存和釋放能量，如超級(jí)電容器。儲(chǔ)能系統(tǒng)由服務(wù)經(jīng)理維護(hù)，并與可再生能源發(fā)電機(jī)協(xié)作。儲(chǔ)能和分布式可再生能源在同一地點(diǎn)成對(duì)連接，每個(gè)儲(chǔ)能的最大儲(chǔ)能容量為Smax。

1.2 數(shù)據(jù)采集

能源管理服務(wù)利用從不同組件收集的順序時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其中包括{Gb，Gs，D，Tc，Pm，Pr，Ps}。Gb為大型可再生能源發(fā)電機(jī)的功率;Gs為小型可再生發(fā)電機(jī)的功率;D為可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)或客戶(hù)提前輸入的電力需求；Tc為輸電線(xiàn)的容量；pm為買(mǎi)入傳統(tǒng)能源的價(jià)格；ps為用于向電網(wǎng)出售可再生能源的價(jià)格；pr為用于在異構(gòu)能源系統(tǒng)內(nèi)交易可再生能源的價(jià)格。根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖鈭?bào)告，以及其他環(huán)境條件進(jìn)行可再生能源預(yù)測(cè)。

{Pm，Pr，Ps}是用來(lái)計(jì)算滿(mǎn)足客戶(hù)電力需求的相應(yīng)成本的三個(gè)價(jià)格指標(biāo)。Pm隨時(shí)間變化，由傳統(tǒng)電力公司根據(jù)預(yù)測(cè)將其在每個(gè)時(shí)間步驟下作為固定已知輸入值提供給能源管理服務(wù)程序。環(huán)境成本也包含在價(jià)格指標(biāo)中。Ps比Pm更低，因?yàn)镻s排除了環(huán)境成本，例如二氧化碳排放。二者之間的關(guān)系如式(1)所示，其中α取決于每個(gè)地區(qū)的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)系統(tǒng)形成虛擬售電商時(shí)，Pr出現(xiàn)。它在式(2)中作為Ps和Pm的中間值呈現(xiàn)，其中β根據(jù)客戶(hù)和服務(wù)提供商之間的協(xié)議決定。

Ps=αPm, 0<α<1

(1)

Pr=β(1-α)Pm+Ps, 0<β<1

(2)

1.3 協(xié)調(diào)過(guò)程

如果由于其他物理網(wǎng)絡(luò)約束或由預(yù)測(cè)誤差引起的數(shù)據(jù)采集誤差(例如不可預(yù)測(cè)的電力需求的突然變化)而不能滿(mǎn)足建議的能源需求，則該服務(wù)是不可用的。因此，需要協(xié)調(diào)過(guò)程來(lái)完成服務(wù)程序。當(dāng)觀察到意外情況或預(yù)測(cè)誤差時(shí)，能源不足或盈余(εa)時(shí)將以當(dāng)前價(jià)格P*從外部電網(wǎng)買(mǎi)入或以?xún)r(jià)格αP*出售到外部電網(wǎng)，并產(chǎn)生差異成本εc。P*與Pm之間的差異也被視為預(yù)測(cè)誤差并影響εc。

協(xié)調(diào)過(guò)程中使用q分鐘作為協(xié)調(diào)間隔，它可以根據(jù)在實(shí)際市場(chǎng)中遵循的原則來(lái)分配。在每個(gè)協(xié)調(diào)間隔期間，客戶(hù)通過(guò)圖1中的輸電網(wǎng)絡(luò)的計(jì)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看本地實(shí)際電力生產(chǎn)和需求量。服務(wù)經(jīng)理通過(guò)API從客戶(hù)獲取這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將差異成本εc與整個(gè)系統(tǒng)的總成本Copt之間的比記錄為一個(gè)因子δ。如果δ大于閾值ρ，則服務(wù)經(jīng)理將在接下來(lái)的K個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)重新啟動(dòng)能量管理。否則，所確定的決策變量將在下一個(gè)協(xié)調(diào)間隔內(nèi)連續(xù)跟蹤每個(gè)客戶(hù)。協(xié)調(diào)過(guò)程如圖2所示。

圖2 能源管理協(xié)調(diào)流程

(3)

(4)

式中Id為按需買(mǎi)入的可再生能源；Is為買(mǎi)入的供儲(chǔ)能的可再生能源；Im為按需買(mǎi)入的傳統(tǒng)能源；Err為出售到異構(gòu)能源系統(tǒng)的可再生能源；Erm為出售到電網(wǎng)的可再生能源；Esr為出售到異構(gòu)能源系統(tǒng)的儲(chǔ)存的可再生能源；Esm為出售到電網(wǎng)的儲(chǔ)存的可再生能源。下標(biāo)中i表示第i個(gè)小型可再生發(fā)電機(jī)，j表示第j個(gè)大型可再生發(fā)電機(jī)，t表示第t個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，z表示第z條輸電線(xiàn)。

2 能源管理服務(wù)規(guī)劃

為能源管理服務(wù)制定線(xiàn)性規(guī)劃模型，假設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)和可再生能源的運(yùn)營(yíng)成本可以忽略不計(jì)。該模型由決策變量{Id,Is,Im,Err,Erm,Esr,Esm,Ebm,Ebr}和狀態(tài)變量{S}組成。

建立該模型的目標(biāo)是最大限度地降低整個(gè)異構(gòu)能源系統(tǒng)在K個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)期間每個(gè)消費(fèi)者的成本Cs和大規(guī)?？稍偕l(fā)電供應(yīng)商的收益Cb，目標(biāo)函數(shù)如式(5)所示。其中消費(fèi)者使用能源成本如式(6)所示，大規(guī)?？稍偕l(fā)電供應(yīng)商收益如式(7)所示。

(5)

(6)

(7)

制定的模型中的目標(biāo)函數(shù)約束如下。約束條件式(8)顯示了吸引客戶(hù)參與能源管理的基本標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論其他負(fù)載管理算法如何，這都為滿(mǎn)足生產(chǎn)消費(fèi)者所需的電力需求提供了保證。

(8)

(9)

對(duì)于可再生能源，約束條件式(10)和式(11)確保出售能源等于其生產(chǎn)量。由于系統(tǒng)內(nèi)總可用可再生能源取決于系統(tǒng)內(nèi)消費(fèi)者的不同選擇，因此還需要式(12)來(lái)避免進(jìn)口量超過(guò)可用量。

(10)

(11)

(12)

假定儲(chǔ)能有效，忽略能量轉(zhuǎn)換損耗，并且充電狀態(tài)的范圍為0～Smax。狀態(tài)變量S取決于前一時(shí)間步驟中的狀態(tài)變量和現(xiàn)階段的充電或放電決策，其關(guān)系如式(13)所示。約束條件式(14)保證儲(chǔ)能輸出的能量不會(huì)超過(guò)當(dāng)前儲(chǔ)能的現(xiàn)有量，約束條件式(15)保證可再生發(fā)電機(jī)輸入能量后儲(chǔ)能區(qū)不會(huì)飽和。

(13)

(14)

(15)

Tu和Tl為系統(tǒng)內(nèi)可再生能源生產(chǎn)的上下限參數(shù)，根據(jù)機(jī)組組合確定。由于能源管理服務(wù)將多個(gè)分布式能源和需求作為一個(gè)整體進(jìn)行協(xié)調(diào)，因此它能夠限制可再生能源在這兩個(gè)值之間生產(chǎn)。Tu減去Tl的絕對(duì)值越小，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)需要儲(chǔ)備的容量越小。約束條件式(16)中總電力需求量減去傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的總進(jìn)口能源，是每個(gè)時(shí)間步驟下的可再生能源生產(chǎn)量。

(16)

制定的優(yōu)化問(wèn)題通過(guò)Yalmip求解器來(lái)解決，目標(biāo)函數(shù)如式(5)所示，它受到式(8)～式(16)的各種約束，并且所有變量都大于或等于0。

3 案例研究

介紹了不同客戶(hù)數(shù)量、兩種可再生能源生產(chǎn)與電力需求比例、以及三種管理方法對(duì)比的案例。詳細(xì)討論了所提出方法的成本節(jié)約性能，可再生能源整合，儲(chǔ)能系統(tǒng)的影響和計(jì)算性能。

3.1 測(cè)試參數(shù)

調(diào)度時(shí)間范圍K設(shè)置為24，并且每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)為一個(gè)小時(shí)。圖3給出了案例研究中所使用的數(shù)據(jù)。假設(shè)系統(tǒng)中僅存在光伏發(fā)電一種可再生資源，其發(fā)電功率范圍為30 kW～170 kW，根據(jù)文獻(xiàn)[20]的數(shù)據(jù)庫(kù)所設(shè)計(jì)，在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，基于光伏發(fā)電裝置能夠在夏季每天從6點(diǎn)到20點(diǎn)工作。

電力需求是基于圖3(b)所示的典型家庭負(fù)荷曲線(xiàn)。根據(jù)每個(gè)家庭的環(huán)境或習(xí)慣不同的偏好，每個(gè)消費(fèi)者的電力需求是將基準(zhǔn)乘以0.5～1.5的范圍內(nèi)的均勻分布而產(chǎn)生的。客戶(hù)隨機(jī)連接到不同的配電線(xiàn)路，每條線(xiàn)路的可用容量Tc為連接客戶(hù)數(shù)量乘以115 kW·h，小于最大電力需求量。

為了考慮實(shí)際應(yīng)用，在式(17)中將價(jià)格指標(biāo)Pm設(shè)定為二次燃料成本函數(shù)，其被熱電廠廣泛使用。假設(shè)有一個(gè)傳統(tǒng)的發(fā)電廠支持系統(tǒng)內(nèi)3 600名居民，它能夠產(chǎn)生足夠的功率Pout來(lái)支持其輸出容量限制下的總電力需求，最大為500 MW，最小為100 MW。成本函數(shù)系數(shù)(a，b，c)=(240，7，0.007)，Pm設(shè)定為每千瓦時(shí)1分至6分。用于Ps和Pr的α和β被設(shè)置為0.4和0.5。價(jià)格指標(biāo)的值如圖3(c)所示。最大儲(chǔ)能容量均設(shè)置為30 kW·h。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

Cost(Pout)=a+b(Pout)+c(Pout)2

(17)

可再生能源生產(chǎn)與電力需求的比例(∑Gs+∑Gb)/D是系統(tǒng)內(nèi)可再生能源整合的關(guān)鍵因素。隨著該比例的提高，可以交易更多可用的可再生能源，以降低全局成本。為了說(shuō)明不同比例的可再生能源生產(chǎn)對(duì)電力需求的影響，案例研究中使用了表1中的兩種可再生能源場(chǎng)景。

表1 可再生能源場(chǎng)景數(shù)據(jù)

3.2 能源管理方法對(duì)比

使用兩種具有不同的管理方法與所提出的方法進(jìn)行比較。對(duì)比方法1為多時(shí)間步長(zhǎng)(Multi-time, MT)方法，它廣泛用于開(kāi)放式分布式能源[21]?？蛻?hù)根據(jù)波動(dòng)的價(jià)格指標(biāo)單獨(dú)做出決定。當(dāng)Ps低時(shí)，傾向于儲(chǔ)存生產(chǎn)的可再生能源，當(dāng)Pm高時(shí)使用它，從而降低成本。

對(duì)比方法2采用所提出方法的單一時(shí)間步長(zhǎng)版本。在該方法中，在每個(gè)調(diào)度間隔，客戶(hù)傾向于通過(guò)使用常規(guī)發(fā)電和本地儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)滿(mǎn)足他們的電力需求。未滿(mǎn)足的需求將以?xún)r(jià)格Pr從異構(gòu)能源系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)可用的可再生能源，或以?xún)r(jià)格Pm從傳統(tǒng)電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)。需求滿(mǎn)足后，客戶(hù)將剩余的可再生能源儲(chǔ)存到當(dāng)?shù)氐膬?chǔ)能系統(tǒng)，以滿(mǎn)足未來(lái)的零成本需求。當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)飽和時(shí)，剩余的可再生能源將通過(guò)價(jià)格Pr與異構(gòu)能源系統(tǒng)內(nèi)的其他客戶(hù)進(jìn)行交易，并以?xún)r(jià)格Ps與主電網(wǎng)進(jìn)行交易。而方法3采用基于所提出的方法進(jìn)行能源管理。

3.3 成本節(jié)約性能

表2列出了在不同可再生能源場(chǎng)景下三種能源管理方法的成本對(duì)比。在場(chǎng)景1中，方法1的成本比方法3多3.86%，方法2則比方法3多3.84%。當(dāng)場(chǎng)景2中可再生能源與電力需求的比例增加時(shí)，更多的可再生能源可在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行交易，因此所提出的方法可以顯著降低成本。而方法2的成本將比方法3高31.7%，方法2也比方法3高30.9%。

表2 不同方法的成本對(duì)比

3.4 可再生能源整合分析

為了證明可再生能源整合中使用的上下限參數(shù)的影響，表3列出了三種情況，客戶(hù)規(guī)模為500。表4列出了具有不同能源管理計(jì)劃的可再生能源生產(chǎn)情況，其中類(lèi)型4使用上述的方法2中情況。當(dāng)Tu設(shè)定為較低值時(shí)，所提出方法能夠減少最高和最低產(chǎn)量之間的差異，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)也可以更多地降低備用容量。但是，隨著Tu值的減小，成本會(huì)增加，如圖4所示。成本和整合能力之間存在權(quán)衡關(guān)系。此類(lèi)分析為能源管理服務(wù)商提供了有價(jià)值的信息，以確定可再生能源發(fā)電的合適界限。

表3 可再生能源發(fā)電上下限數(shù)量類(lèi)型

表4 不同上下限類(lèi)型下可再生能源發(fā)電情況

圖4 不同可再生能源發(fā)電上下限類(lèi)型下成本對(duì)比

3.5 儲(chǔ)能系統(tǒng)的影響

圖5顯示了可再生能源場(chǎng)景2(表1)下是否使用儲(chǔ)能的影響。當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)不參與能源管理，所提出方法的成本比使用儲(chǔ)能時(shí)高7.65%，但比方法2低20.3%。這說(shuō)明，無(wú)論是否采用儲(chǔ)能系統(tǒng)，所提出方法都能夠降低成本，而儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用可進(jìn)一步提升所提出方法的性能。與方法2之間的比較也表明，只有綜合考慮多期信息才能體現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。如果不考慮未來(lái)時(shí)間步驟中的信息，客戶(hù)將錯(cuò)過(guò)在當(dāng)前時(shí)間步驟中以較高的Pr或Ps出售剩余可再生能源或者在未來(lái)時(shí)間步驟中以較低價(jià)格Pm或Pr購(gòu)買(mǎi)能源來(lái)降低成本的機(jī)會(huì)。

圖5 儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)成本影響

3.6 計(jì)算性能

基于云服務(wù)的計(jì)算時(shí)間可以分為兩部分。第一部分用于執(zhí)行服務(wù)，第二部分用于云管理數(shù)據(jù)，其中包括每個(gè)組件的連接時(shí)間。第二部分相對(duì)較小，已經(jīng)有幾項(xiàng)研究來(lái)改善通信延遲，從而實(shí)現(xiàn)云應(yīng)用的實(shí)時(shí)運(yùn)行。文中所提出方法的計(jì)算性能集中體現(xiàn)在執(zhí)行服務(wù)上。服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間取決于現(xiàn)有云計(jì)算平臺(tái)提供的不同實(shí)例類(lèi)型。為了估計(jì)云計(jì)算平臺(tái)的計(jì)算時(shí)間，在案例研究中使用了一個(gè)可公共訪問(wèn)的Linux服務(wù)器[22]，該服務(wù)器配備了32個(gè)內(nèi)核和128 GB內(nèi)存。

所提出的方法被公式化為線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，它在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)是可解的。圖6顯示了1 000～15 000個(gè)客戶(hù)數(shù)量的確切計(jì)算時(shí)間，其中15 000可認(rèn)為是足夠大的數(shù)量以體現(xiàn)中等規(guī)模異構(gòu)能源系統(tǒng)。1 000大小的計(jì)算時(shí)間僅為7 s，15 000大小的計(jì)算時(shí)間為3.2 min。它明顯小于日前調(diào)度的運(yùn)行間隔(24 h)，并且足以用于協(xié)調(diào)過(guò)程中的計(jì)算。因此，所提出的能源管理方法具備實(shí)用性。

圖6 不同用戶(hù)數(shù)量下的計(jì)算時(shí)間

4 結(jié)束語(yǔ)

提出了一個(gè)基于云計(jì)算的能源管理方法。能源管理方法利用順序時(shí)間序列數(shù)據(jù)在不同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)，儲(chǔ)能系統(tǒng)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)的分布式能源提供商構(gòu)成虛擬零售電力供應(yīng)商，使用所提出的方法在系統(tǒng)內(nèi)交易可再生能源會(huì)出現(xiàn)新的價(jià)格。按照此價(jià)格與同一系統(tǒng)內(nèi)的其他客戶(hù)進(jìn)行交易，可以降低客戶(hù)整體成本并相互受益，而無(wú)需專(zhuān)門(mén)的物理控制器或運(yùn)營(yíng)實(shí)體。所提出方法的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)實(shí)現(xiàn)多期全局最優(yōu)成本：將能源價(jià)格和環(huán)境問(wèn)題綜合考慮在成本中，并根據(jù)決策變量的各種組合進(jìn)行計(jì)算，這些決策變量通過(guò)線(xiàn)性規(guī)劃模型為每個(gè)客戶(hù)提出?？梢詫?shí)現(xiàn)在K個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)期間最小化相應(yīng)成本。能夠提高公司和居民裝備可再生能源發(fā)電機(jī)和使用該服務(wù)的意愿；

(2)通過(guò)降低可調(diào)度常規(guī)發(fā)電機(jī)的儲(chǔ)備容量，成功促進(jìn)可再生能源整合。在案例研究中清楚地表述了在最小化相應(yīng)成本和提高可再生能源整合能力之間的權(quán)衡關(guān)系。