بخشی از مقاله
1 مقدمه
برق کالای راهبردی برای تمامی مصرفکنندهها میباشد. از جمله مشکلات این انرژی امکان ذخیرهسازی میباشد که در مقیاس بزرگ هزینه بسیار زیادی در بردارد. ورود خودروهای برقی که امکان تبادل انرژی در دو جهت را دارا هستند امکان بهرهبرداری از این خودروها را فراهم آورد. در واقع این خودروها منابع ذخیره با راندمان بالا و بسیار ارزان قیمت هستند که هزینه راهاندازی و خاموش کردن و هزینه افزایش و کاهش توان ندارند و به راحتی توان گرفته شده از شبکه را تحویل میدهند. از دیگر مزیتهای خودروهای برقی میتوان به کاهش تلفات انتقال اشاره کرد که میتوانند توان را در محل مورد نیاز تحویل دهند بنابراین هزینه انتقال توان ندارند در هزینه بهرهبرداری ندارند. یکی از بازارهایی که برای خودروهای برقی بسیار مناسب میباشد بازار تنظیم فرکانس است چرا که در تنظیم فرکانس نیازمند منابعی هستند که بتوانند توان را به سرعت در اختیار شبکه قرار دهند. همچنین از لحاظ قیمتی نیز این بازارها بسیار مناسب هستند چرا که با ارائه ظرفیت توان در این بازار درآمد بالای به دست میآورند .[1]
یک خودرو برقی نوعی میتواند توانی در حدود 1 تا 27 کیلووات را تأمین کند در نتیجه تجمیع خودروها برای شرکت در بازارهای کنونی الزامی است. در نتیجه وجود نهادی به نام تجمیع کننده میتواند مفید باشد [2] و .[3] خدمات تنظیم باعث شارژ و دشارژ سریع و با سیکلهای زیاد میشود که ممکن است باعث فرسودگی و کاهش عمر باتری شود. ولی اگر کنترل خودروها به خوبی انجام بگیرد ارزش خدمات تنظیم بیشتر از این فرسودگی است. برای یک تجمیع کننده هزینه شارژ و قیمت خدمات تنظیم میتواند شاخص مناسبی برای برنامهریزی و کنترل خودروها باشد .[4]
تجمیع کننده با استفاده از سیستم مدیریت انرژی(EMS) O عمل شارژ و دشارژ خودروها را کنترل میکندمعمولاً. در بلندمدت انرژی خالص دریافتی یا تزریقی خودرو به شبکه در حین عمل تنظیمتقریباً صفر است (کل انرژی دریافتی = کل انرژی تزریقی). در نتیجه پس از اتمام عمل تنظیم میزان انرژی درون باتریتقریباً بدون تغییر میماند. در خدمات تنظیم بیشتر پرداختها بابت آمادگی اعلام شده است نه بر حسب انرژی پخششدهO ژنراتورها مشکلی برای ابراز آمادگی ندارند چون که بر اساس مقادیر نامی این مقدار را تعیین میکنند. ولی خودروها دارای رفتار تصادفی هستند و میزان دقیق توان قابل دسترسآن ها قطعی نیست و این میزان به تعداد خودروهای متصل به شبکه بستگی دارد. خوشبختانه رفتار خودروها (یا به عبارتی مالکینآن ها) دارای سیکل تکرارشونده روزانه و هفتگی هستند [2] و .[5]
در نتیجه برای اینکه بتوان مقدار توان قابل دسترس خودروها را پیشبینی نمود باید یک مدل آماری مناسب برای آن تعریف شود. در بسیاری از مقالات یک مدل آماری مناسب برای توان قابل دسترسPPC) O یا (APC خودروها ارائه کردهاند . ازمهم ترین پارامترها برای مدلسازی توان خودروها شناخت رفتار خودروها، نفوذ آن ها در بازار و قید انرژی باتری است که در ادامه توضیح داده میشود. البته لازم به ذکر است در این مقاله منظور از خودروهای الکتریکی، خودروهای هیبریدی قابل اتصال به شبکه برق می-باشد .[6]
.2 مدل آماری تخمین توان قابل دسترس خودرو
معمولاً قراردادهای خدمات جانبی به صورت بازار روز قبل یا ساعت قبل بسته میشود. در نتیجه تخمین توان قابل دسترس خودروها میتواند از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار باشد. تجمیعکننده یا بهرهبردار شبکه باید قبل از بسته شدن بازار میزان توان قابل دسترس را با استفاده از مدل آماری مورد نظر بهدست آورد. برای بهدست آوردن توان قابل دسترس خودروها ابتدا باید احتمال در مدار بودن خودروها تخمین زده شود. به دلیل اینکه تعداد خودروها به صورت اعداد طبیعی میباشد در نتیجه یک توزیع گسسته از احتمال در مدار بودن خودروها در بازه مورد نظر به دست میآید. از آنجایی که بیشتر بازارهای خدمات جانبی به صورت ساعتی اجرا میشوند در نتیجه منطقی است که توزیع احتمال در مدار بودن خودروها در بازههای یک ساعته به دست آورده شود .[5]
جدول 'o ' 1 نشان میدهد که خودرو به شبکه متصل است و قابلیت ارائه خدمات V2G را دارد و 'x' نشان میدهد که خودرو به شبکه متصل نیست. با ترکیب جدول 1 برای یک بازه زمانی (به طور مثال یک ساله) برای یک خودرو خاصمی توان جدول توزیع احتمال آن خودرو را به دست آورد .[6] در جدول 2 مقادیر احتمال ها، از میانگین احتمال متصل بودن هر خودرو در آن ساعت در طول هفته بدست آمده است و انحراف معیار، مقدار پراکندگی اعداد تصادفی (احتمال متصل بودن به شبکه بودن) را نشان می-دهد. انحراف معیار برای ساعتهای بعدازظهر (به دلیل متفاوت بودن ساعت پایان اداری و انجام خرید و غیره)معمولاً بیشتر از ساعتهای دیگر است.
.3 تولید سناریو
روش تولید سناریو یکی از روشهای آیندهنگری است که بر طبق آن، به ترسیم و تصور آینده با طراحی سناریوهایی فرضی پرداخته میشود. تولید سناریو، تنها پیشبینی یک آینده خاص نیست، بلکه توصیف همه احتمالات است. بنابراین، اگر سناریو شامل همه تصاویر ممکن آینده باشد، میتواند ابزار قدرتمندی برای برنامهریزی به شمار آید.
با استفاده از جدول احتمال متصل بودن خودروها که در بخش قبلی ارائه شده میتوان وضعیت خودروها را تعیین کرد. بدین صورت از آنجائیکه این احتمالات از بررسی رفتار خودروها به دست آمده بنابراین معیار مناسبی برای بررسی در دسترس بودن یا نبودن خودروها میباشد . برای به دست آوردن وضعیت در دسترس بودن خودروها از تابع rand استفاده میشود. برای اینکه بتوان دقت بالایی در حل مسئله داشت باید تعداد سناریوهای بیشتری برای هر خودرو تولید شود. با استفاده از روش تولید سناریو 1000 سناریو برای هر خودرو تعریف میشود.
با توجه به اینکه با افزایش تعداد سناریوها ابعاد مسئله بسیار گسترده میشود برای کاهش بار محاسباتی مسئله میتوان از روش کاهش سناریو استفاده کرد. در این روش از میان سناریوهای تولید شده تنها سناریوهای که محتملتر بوده و دارای بیشترین شباهت به دیگر سناریوها میباشند به عنوان شاخص انتخاب میگردند.
4 قید انرژی
وضعیت شارژ(SOC) O یکی از عوامل مهمی است که توان در دسترس باتری را محدود میکند. به منظور منعکس کردن قید انرژی، یک تابع وزنی برای هر کدام از عملیات شارژ و دشارژ تعریف میشود. این تابع، ظرفیت توانی که باتری خودرو میتواند در SOC معین ارائه دهد را نشان میدهد. از آنجا که نوسانات توان ایجاد شده توسط خدمات تنظیمی به صورت یکسان توزیع میشوند به همین دلیل کمترین انحراف را از صفر خواهد داشت. هنگامی که تابع وزنی 1 میشود، نشاندهنده این است که خودر و تا زمانی که توسط عامل دیگری محدود شود با حداکثر نرخ عملیات شارژ و یا دشارژ را انجام میدهد. از سوی دیگر، شارژ و دشارژ خودرو زمانی که SOCاز نقاط مرزی MPup و MPdown عبور میکند به تناسب محدود می شود.به این معنی مثلاً زمانی که SOC باتری کمتر از MPdown قرار داشته باشد انتظار میرود که خدمات تنظیمی کاهشی با نرخ کمتری انجام گیرد.
شکل1 تابع وزنی مربوط به خدمات تنظیمی را نشان میدهد [7] و .[8]
در معادلات بالا Emax وPmax به ترتیب حداکثر ظرفیت باتری و حداکثر توان باتری میباشند. همچنین در معادلات فوق WU و WD به ترتیب توابع وزنی مربوط به خدمات تنظیمی برای افزایش و کاهش فرکانس میباشد. همانطوریکه در شکل 1 دیده میشود با تحویل توان به شبکه SOC باتری با نرخ 1 کاهش مییابد اما زمانی که SOC به MPu p میرسد تابع وزنی جهت جلوگیری از تخلیه کامل باتری نرخ دشارژ را کاهش دهد تا با شیب ملایمتری دشارژ شود. همچنین مقادیرMPu p وMPdown نیز از معادلات زیر به دست میآید .
