نکات مهم :
• پیشنهاد یک مدل تقاضا – پاسخ مبتنی بر قیمت جهت تعادل عرضه و تقاضا.
• فرموله بندی فرآیند تجارت بازار برق به صورت یک بازی استکلبرگ.
• معرفی یک تابع قیمت گذاری به عنوان یک هماهنگ کننده در حین فرآیند تجارت.
• پیشنهاد یک الگوریتم با حلقه های تکرار شونده جهت تعیین میزان بهینه ای از تقاضاها و تولید.
• انجام پیک سایی میزان تقاضای بار و کاهش عدم تطابق عرضه - تقاضا.
چکیده
تقاضا – پاسخ (DR ) به مثابه راه حلی نویدبخش برای شبکه های قدرت آینده به شمار می آید. ما در اینجا از یک رویکرد بازی استکلبرگ استفاده کرده و نیز جهت تجارت الکتریسیته بین یک شرکت برق و چندین مصرف کننده، یک مدل تقاضا-پاسخ جدیدی را توصیف می نماییم که این عمل با هدف متعادل نمودن میزان عرضه و تقاضا و همچنین هموارسازی بار انباشته شده در سیستم می باشد. تعاملات بین شرکت برق (پیشوا) و مصرف کنندگان (پیروان) به صورت یک بازی استکلبرگ با 1 پیشوا و N پیرو فرموله بندی می گردد که در آن مسائل بهینه سازی جهت کمک به انتخاب استراتژی بهینه، برای هر بازیکن تشکیل می گردند. یک تابع قیمت گذاری نیز جهت تنظیم بلادرنگ قیمت (RTP) اتخاذ می گردد که در آن صورت این تابع به عنوان یک هماهنگ کننده عمل کرده و شامل مصرف کنندگانی جهت پیوستن به بازی است. یک الگوریتم تکرارشونده جهت فراهم آمدن ترازمندی استکلبرگ مطرح گردیده که از طریق آن، تولید توان و تقاضاهای توان بهینه به ترتیب برای شرکت برق و مصرف کنندگان تعیین می گردند. نتایج عددی نشان می دهند که روش پیشنهادی می تواند به طور چشمگیری تقاضاهای توان مصرف کننده را تغییر شکل دهد، و این عمل با پیک سایی توان های مورد تقاضا و پُر نمودن جای خالی کمترین حد توان های مورد تقاضا صورت گرفته و به میزان قابل توجهی عدم تطتبق بین عرضه و تقاضا را کاهش می دهد.
مقدمه
شبکه های قدرت سنتی در حال مواجه با چالش هایی از افزایش تقاضای توان، پایداری شبکه و آلودگی محیطی هستند ]2 ، 1[. شبکه های هوشمند به عنوان سیستم های شبکه قدرت نوین در نظر گرفته می شوند که تلفیقی از زیرساخت اندازه گیری هوشمند بوده و قادر به دریافت و اندازه گیری میزان مصرف توان مشترکین هستند ]5 – 3[ و این امر در راستای با برنامه های تقاضا – پاسخ (DR) بوده که راه حل هایی را نیز جهت افزایش بازده شبکه های قدرت آینده نوید می دهند ]8 – 6[. DR ، تغییرات مصرف انرژی مصرف کنندگان، در پاسخ به تغییر قیمت های برق یا به پرداخت های تشویقی با هدف تعادل عرضه و تقاضا و نیز کاهش هزینه های تولید توان از طریق کاهش بار پیک و تغییر مکان میزان تقاضا از ساعات پُر باری به ساعات کم باری را در نظر می گیرد ]11 – 9[. از اینرو انتظار می رود، بهره برداری بهتری از تولید توان و آوردن مزایای اقتصادی هم برای شرکت تأمین کننده برق و هم برای مصرف کننده حاصل گردد. با استفاده از یک برنامه DR، این امکان را برای شرکت تأمین کننده برق فراهم می کند که مصرف کنندگان را مشترکاً به پیکسایی منحنی تقاضا (بار) و تطبیق میزان عرضه و تقاضا ]13 ، 12[، با تضمین پایدرای شبکه تشویق نماید ]17 – 14[.
پارامترهای داده شده مربوط به همکاری بین نهادها و اشخاص مختلف در برنامه DR، نظریه بازی یک چارچوب مناسب طبیعی را جهت مدلسازی تعاملات بین شرکای مختلف و با اهدافی متفاوت، فراهم می آورد ]20 - 18[. اخیراً، بازی های استکلبرگ، که برای مطالعه فرآیندهای سلسله مراتبی مبتنی بر تصمیم گیری از چندین تصمیم-گیرنده استفاده می شوند، در طراحی برنامه های مدیریت انرژی توجهاتی را به خود جلب نموده است ]21[. بازی استکلبرگ با هدف به حداقل رساندن پرداختی های روزانه مشتری و در حالی که سود خرده فروش را توسط بهینه سازی قیمت های برق به حداکثر می رساند، این بازی جهت مدلسازی تجارت برق بین خرده فروش و مصرف-کنندگان مورد استفاده قرار گرفته است ]22[.چن و همکاران ]23[ یک طرح برنامه زمانبندی توان مبتنی بر بازی استکلبرگ را بین یک سرویس دهنده و مشتریان مسکونی با اهداف مشابه مطرح نمودند؛ این هزینه نامناسب نیز که با تأخیر بارها به یک دوره ای با هزینه ارزانتر رخ می دهد، در کنار به حداقل رساندن قبوض برق در نظر گرفته شده است. یک تکنیک برنامه نویسی دو سطحی ]24[ جهت طراحی یک بازی استکلبرگ برای مدلسازی پاسخ به تقاضا در بازارهای خرده فروشی برق با هدف کاهش هزینه های رفاهی مصرف کنندگان و همچنین هزینه های خرید برق در مسائل کوچکتر مورد استفاده قرار گرفته است که این امر موضوعی برای مسائل بزرگتر خرده فروش ناشی از کاهش نامتعادلی های ایجاد شده توسط انحراف از میزان تولید برق بادی، از طریق پیش بینی برای روز بعد می باشد. کیلکی و همکاران ]25[ یک سناریویی از بازی استکلبرگ برای بازارهای برق پیشنهاد نمودند که در آن با هدف حداکثر نمودن میزان سود، خرده فروش به عنوان یک دورنمای اصلی پذیرفته می شود. یک فریم ورک شبیه سازی که شامل عدم قطعیت های مشتری نسبت به فضای ذخیره سازی برق مربوط به بارهای گرمایشی می باشد، طراحی شده است که بر اساس آن، با پیشنهاد تخفیف های بیشتر به مشتریان، این نامتعادلی جزئی نیز می تواند حذف گردد. ماهارجان و همکاران ]26[ یک فریم ورک مبتنی بر بازی استکلبرگی را معرفی نمودند که شامل چندین شرکت برق و مشتری با هدف حداکثر نمودن سود هر بازیکن می باشد.
مدل سیستم
شکل 1 مدل سیستم با زیرساختهای اندازهگیری پیشرفته شامل مخابرات دو طرفه بین یک شرکت برق و یک مجموعه N عضوی از چندین مشترک با تعداد را نشان میدهد. شرکت برق بایستی توان الکتریکی را برای مصرفکنندگان در قیمتهای خاصی فراهم نماید و هر مصرف کننده هنگام در یافت قیمتهای اعلام شده از طرف شرکت برق، مصرف انرژی خود را مدیریت خواهند کرد.
آنالیز عددی
این بخش آنالیز عددی ارائه نموده و کارایی الگوریتم پیشنهادی را بررسی می کند. جهت سهولت در نمایش، شبیه سازی های بر اساس یک شرکت برق و سه مشترذک انجام می گردند. تمامی دوره زمانی به 24 دوره زمانی که 24 ساعت یک روز را نشان می دهند تقسیم می گردند. برای هزینه تولید، هزینه بار یکسان می تواند در زمان های متفاوتی از روز فرق نماید. به طور خاص، این هزینه ممکن است در شب در مقایسه با روز کمتر باشد ]10[. برای سادگی، ما پارامترهای موجود در (1) را با در هنگام روز تنظیم می کنیم. برای مثال از 8 تا 24 و در بقیه ساعات، ضریب قیمت به مقدار 1.2 انتخاب شده است. ]15[. برای تابع بهره وری مشترک، پارامتر به مقدار 0.1 برای همه مشترکین انتخاب شده و مقادیر مختلفی از 5 ، .5.5 و 6 به خود می گیرد. اثر این مقادیر مختلف بعداً در نتایج شبیه سازی بحث خواهند شد. تقاضای توان مورد هدف مشترکین 1 و 2 و 3 به صورت خط چین به ترتیب در شکل 4 a تا c نشان داده می شوند. که تقاضای توان مورد هدف به عنوان تقاضای توان یک مشترک بدون اتخاذ مدیریت پاسخ تقاضا تعریف می گردد. در این مطالعه، ما تقاضای توان مورد هدف را از یک بازار برق موجود بدست می آوریم که بارهای روزانه یا را برای نواحی محلی خاصی فراهم نموده است ]40[. با این وجود، ما مرتبه دامنه از GW را به kW جهت محاسبه تعداد محدودی از مصرف کنندگان مشابه تغییر دادیم. مینیمم و ماکزیمم تقاضای هر مشترک به درصد خاصی از تقاضای توان مورد هدف تنظیم می گردد همانطور که در جدول 1 داده شده است ]16[. جهت سادگی، ماکزیمم ظرفیت تولید برای با مجموع ماکزیمم تقاضای توان از همه مشترکین فرض شده است. ]34[ ، از اینرو، ما برای همه را داریم. دذر این مورد به موجب آن، قید دوگانه موقتی در (c8) است شامل شده و ما فرض می کنیم که یک مشترک تمایل دارد که مقدار ثابتی از توان را برابر با مجموع تقاضاهای مورد هدف مصرف نماید.
نتایج و کار آینده
ما یک بازی استکلبرگی را مبتنی بر مدل تقاضا – پاسخ بین شرکت برق و چندین مشترک با هدفذ تعادل تأمین و تقاضا و همچنین هموار نمودن بارهای جمع شده در سیستم، توصیف نمودیم. فرآیند فرموله بندی این بازی به طور مفصل با یک آنالیز وجود ترازمندی و تعادل استکلبرگ توصیف شده است. یک الگوریتم مبتنی بر تکرار بین شرکت برق و مشترکین جهت ایجاد ترازمندی و تعادل استکلبرگ پیشنهاد گردیده است که تولید توان و تقاضای بهینه برای شرکت برق و مشترکین را فراهم می نماید. نتایج عددی نشان می دهند که روش پیشنهادی می تواند به هموار ساختن بارهای جمع شده در سیستم کمک نماید و به میزان قابل توجهی عدم تطابق بین تأمین و تقاضا را کاهش دهد. به عنوان یک بسطی از این کار جاری، منابع توان ادواری (شامل سلول های فتوولتاییک و توربین های بادی) ممکن است در نظر گرفته شوند، بنابراین جهت ایجاد سازگاری مدل موجود، مسائل دینامیکی پیرامون تغییر می یابند. همچنین به عنوان یک مطالعه آینده، الگوریتم پیشنهادی می تواند در شبکه توزیع با رویکردهای قیمت گذاری گره ای و آنالیزهای پخس توان مورد ارزیابی قرار گیرد.
سپاسگزاری
این کار به طور جزئی توسط برنامه GRRC از ایالت Gyeonggi مورد حمایت واقع گردید (GRRC Hanyang 2015-B01 ، سیستم مدیریت انرژی کارخانه مبتنی بر IoT/CPS) و به طور بیشتری توسط برنامه منابع انسانی در تکنولوژی انرژی مؤسسه کره ای برنامه ریزی و ارزیابی تکنولوژی انرژی (KETEP) حمایت گردیده و از نظر منابع مالی، از وزارتخانه تجارت، صنعت و انرژی جمهوری کره گرنت شده است.
این مقاله در سال 2016 در نشریه الزویر و در مجله انرژی کاربردی ، توسط گروه الکترونیک و مهندسی سیستم، منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله تاثیر تقاضا جهت مدیریت توان در شبکه هوشمند با رویکرد بازی استکلبرگ در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.
