بخشی از مقاله
چکیده
وسایل نقلیهی الکتریکی در حال تبدیل شدن به یک جایگزین مناسب برای وسایل نقلیهی بنزینی به علت افزایش انتشار گازهای گلخانهای و قیمت بنزین است. همچنین انتظار میرود که وسایل نقلیهی الکتریکی به عنوان یک باتری ذخیرهساز برای ثبات نوسانات بزرگ در شبکهی برق از طریق دشارژ باتری خودرو به شبکه عمل کنند، که نیاز به شارژ هوشمند و الگوریتمهای بهینهی زمانبندی تخلیه میباشد. در این مقاله، ما یک مدل ریاضی از نوع برنامهریزی خطی صحیح آمیخته برای زمان بندی شارژ و دشارژ وسایل نقلیهی الکتریکی در شبکههای هوشمند برق ارائه داده و نهایتا مدل پیشنهادی را با استفاده از الگوریتمهای تجزیه از نوع بندرز حل خواهیم کرد.
-1 مقدمه
با افزایش انتشار گازهای گلخانهای و قیمت بنزین وسایل نقلیهی الکتریکی در حال تبدیل شدن به یک جایگزین مناسب برای وسایل نقلیهی بنزینی است. اما رشد سریع تقاضای برق ممکن است باعث اوج بار بزرگ و نامطلوب در شبکه برق شود. خوشبختانه وسایل نقلیهی الکتریکی میتواند به طور انعطاف پذیر، با زمانبندی شارژ هماهنگ شود. رشد سریع منابع انرژیهای تجدیدپذیر مثل، سلولهای فتوولتاژ و توربینهای بادی به تعداد زیادی باتریهای ذخیرهساز برای ذخیرهی انرژی الکتریکی تولید شده در شبکههای برق نیاز دارد.
انتظار میرود که باتریهای وسایل نقلیهی الکتریکی یک جایگزین برای باتریهای ذخیره ساز گران قیمت فراهم آورد و نقش مهمی را در شبکههای برق در حال ظهور با تعداد زیادی منابع انرژی تجدیدپذیر بازی کند.[4] طیف گستردهای از مدلها و الگوریتمها برای زمانبندی شارژ و دشارژ وسایل نقلیهی الکتریکی ارائه شده است. وو و همکارانش یک مدل بهینهسازی تصادفی برای به حداقل رساندن مصرف انرژی الکتریکی توسط خودروهای الکتریکی ارائه دادهاند.[5] تان و همکارانش یک الگوریتم برنامهریزی پویا پیشنهاد کردهاند که الگوریتم آنها با تضمین محدودیتهای مساله تلاش میکند تا هزینههای انرژی کاربران را کاهش دهد.
[2] لوو و همکارانش یک استراتژی زمانبندی شارژ برای انواع مختلف وسایل نقلیهی الکتریکی ارائه دادهاند، که نه تنها براساس اطلاعات سیستم حمل و نقل عمل میکند، بلکه اطلاعات سیستم شبکه را نیز در نظر میگیرد.[3] در این مقاله یک زمانبندی بهینه برای شارژ و دشارژ وسایل نقلیهی الکتریکی در یک سیستم مدیریت انرژی خانگی با استفاده از باتریهای ذخیره ساز در نظر گرفته شده است و یک فرمولبندی برنامهریزی خطی عدد صحیح آمیخته 1 - MILP - به منظور به حداقل رساندن هزینههای برق توسعه داده شده است، که مدل ریاضی مساله قبلا در[4] با استفاده از الگوریتمهای ابتکاری تک گامی و دو گامی حل شده بود و جواب تقریبی برای مساله به دست آمده بود.
اما در این مقاله، ما مدل ریاضی مساله را با استفاده از الگوریتم تجزیهی بندرز [1] حل خواهیم کرد و در بخش نتایج عددی نشان میدهیم که الگوریتم پیشنهادی ما نسبت به الگوریتمهای ابتکاری کارایی بیشتری داشته و جواب کاملا دقیق ریاضی برای مدل ارائه میدهد. ساختار در نظرگرفته شده برای این مقاله به شرح زیر است: در بخش 2 مسالهی زمانبندی شارژ و دشارژ وسایل نقلیهی الکتریکی در شبکههای برق هوشمند معرفی شده است. در بخش 3 فرمولبندی ریاضی مساله زمانبندی ارائه شده است. در بخش 4 مدل ریاضی مساله با استفاده از الگوریتمهای تجزیه از نوع بندرز حل شده است. در بخش 5 محاسبات و نتایج عددی ارائه شده است و نهایتا در بخش 6، به نتیجهگیری از این مقاله خواهیم پرداخت.
-2 تعریف مساله
ما در این بخش روی یک شبکه سیستم مدیریت انرژی خانگی در شبکههای هوشمند انرژی تمرکز کردهایم که شامل تعداد زیادی از وسایل نقلیهی الکتریکی میباشد، که در آن هر وسیله نقلیه علاوه بر یک وسیلهی حمل و نقل، یک باتری ذخیرهساز برای ذخیرهی انرژی الکتریکی در نظر گرفته شده است. وسایل نقلیهی الکتریکی به طور مکرر باتریهایشان را با الکتریسیتهی اضافی شارژ و دشارژ میکنند تا تقاضای دستگاهها را در ساختمان برآورده کنند. ما در این زمانبندی فرض کردهایم که زمانبندی سفر وسایل نقلیهی الکتریکی مشخص شده است. شکل 1 شبکه برق محلی مدیریت انرژی خانگی را نمایش میدهد. در این شکل EV1 تا EVn تعداد n تا وسیلهی نقلیهی الکتریکی را نشان میدهد.
شبکه برق محلی یک جریان متناوب - AC - و یک جریان مستقیم - DC - در سیستم انتقال برق دارد. این جریانها میتوانند در صورت لزوم توسط دستگاه مبدل جریان به یکدیگر تبدیل شوند. وسایل نقلیه الکتریکی سفر میکنند و باتریهایشان را شارژ و دشارژ میکنند. وسایل نقلیهی الکتریکی هنگامی که در پارکینگهایشان نیستند از شبکه برق جدا هستند و نمیتوانند در عملیات شارژ و دشارژ شرکت کنند. ما بر این اساس از یک مدل شبکه بازهی زمانی برای شرح تغیرات پویا برای زمانبندی شارژ و دشارژ وسایل نقلیهی الکتریکی در یک شبکهی برق محلی روی بازهی زمانی استفاده میکنیم.
-3 فرمولبندی مساله
در این بخش یک مساله بهینهسازی برای رسیدن به کاهش اوج بار در سیستم مدیریت انرژی خانگی ارائه داده میشود و مساله به عنوان یک مدل - MILP - فرمولبندی خواهد شد. عملیات سویچینگ بین شارژ و دشارژ باتریهای وسایل نقلیه الکتریکی با متغیرهای دودویی - 0-1 - شرح داده میشود.
