一种考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法，步骤包括：引入港口物流作业的时序过程，将三类可转移负荷的物流特性与能源特性进行耦合处理，生成电动集卡、冷藏箱和岸电的物流能流模型；在此基础上，以最小化港口微电网购电成本和碳配额成本为目标，以各时刻电动集卡、冷藏箱和岸电的可转移负荷为优化对象，构建低碳效益下港口微电网优化运行模型，考虑冷藏箱的运行约束、可转移负荷调控约束；在各类负荷的接入方案下，采用Cplex求解器进行求解，得到港口微电网可转移负荷的经济优化调度和物流调度结果，本发明专利技术将港口物流调度与能流调度进行联合求解，有利于为港口微电网经济优化运行调度提供参考。于为港口微电网经济优化运行调度提供参考。于为港口微电网经济优化运行调度提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法


[0001]本专利技术属于港口配电网优化调度领域，考虑港口冷藏箱、电动集卡、岸电负荷灵活性调配空间与低碳效益之间关系，具体涉及一种考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法。

技术介绍

[0002]港口作为交通运输的能耗密集性区域，传统的燃油、燃煤供能结构已难以满足绿色港口发展需求。在此背景下，通过采取分布式电源、电动集卡、冷藏箱、岸电等“油改电”措施可实现港口能源转型。然而，由于船舶靠岸、物流作业和分布式电源的时序波动性，对港口源荷调控带来较大挑战，因此，进一步分析港口负荷物流能流的耦合特性将有利于提高港口微电网运行调度的能力，实现经济性最优的目标，且在碳配额交易机制的引导下，将碳交易与港口灵活性负荷相结合，可进一步优化港口微电网运行调度策略，实现港口能源系统的降碳减排。
[0003]相关技术中，申请公布号为CN115441499A的中国专利技术专利公开了一种带有自能源的低碳港口微电网及其分布式能量管理方法，以微电网自能源的发电成本和发电量为优化对象，通过分布式一致性算法求解最优运行方案；申请公布号为CN114447981A的中国专利技术专利公开了一种基于冷链系统的智慧港口微电网及其分布式能源管理方法，以分布式电源发电功率和储能、岸电、电动车、冷藏箱负荷功率为优化对象，考虑冷藏箱的温度下限生成调度运行策略；申请公布号为CN115549189A的中国专利技术专利公开了基于多模态网络的低碳港口微电网及其分布式能源管理方法，以电价和发电量为优化对象，从并网和离网两种角度实现微电网能源管理。本专利技术与上述专利技术对比：在解决的技术问题上，本专利技术求取的是在港口物流限制下的电动集卡、冷藏箱和岸电的可转移负荷调控方案；在实现的过程中，在电动集卡、冷藏箱和岸电的负荷波动处理上，采用的是基于物流时序过程的约束，这样对每种负荷的时间波动范围进行明确，更适合于时序负荷调控的场景，另外补充了冷藏箱运行约束和可转移负荷的约束；在实现的技术效果上，本专利技术求解结果补充了负荷调节对微电网运行效果的影响，实现了负荷调控和物流调度的联合求解，并且引入了实际物流侧的边界条件，优化结果更具有实际性。此外，针对考虑低碳效益和需求响应的港口微电网运行调度的研究较少，同时也未充分考虑港口物流和能流耦合关系下的可调配负荷空间，因此，亟需提出一种考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的旨在提供一种考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法，以解决低碳效益下港口微电网运行经济最优的问题。为实现上述目的，本专利技术所述方法包括下述步骤：步骤1：引入港口物流作业的时序过程，以港口电动集卡、冷藏箱、岸电为对象，将三类可转移负荷的物流特性和能源特性进行耦合处理，生成电动集卡物流能流模型、冷藏
箱物流能流模型、岸电物流能流模型；步骤2：在步骤1的基础上，构建低碳效益下港口微电网运行优化模型，以港口微电网对外购电成本和碳配额成本最小为目标，考虑分布式电源出力约束、功率平衡约束、冷藏箱的运行约束、可转移负荷调控约束；步骤3：在步骤2的基础上，由于所涉物流能流模型和约束条件均为线性形式，因此可将电动集卡、冷藏箱和岸电的物流能流模型与分布式电源出力约束、功率平衡约束、冷藏箱的运行约束、可转移负荷调控约束条件都写为约束形式，并按照模型设置控制变量，利用Cplex求解器进行求解，从而得到考虑港口微电网可转移负荷的经济优化调度和物流调度结果。
[0005]进一步地，步骤1，所建立的模型具体包括：电动集卡物流能流模型、冷藏箱物流能流模型、岸电物流能流模型，其中，电动集卡物流能流模型表述如下：电动集卡为港口提供集装箱物流运输服务，当船舶靠岸时，电动集卡到岸桥侧等待集装箱装载，随后运输集装箱到堆场侧等待轨道桥卸载，利用物流作业的空隙时间进行充电，相应的电动集卡物流模型如下：，
[0006]式中：t
EV,on,min
为电动集卡平均最短行驶时间；N
EV
为电动集卡的车辆数；N
Q
为岸桥总数；N
G
为轨道桥总数；t
i,s,min
为第i辆电动集卡起始响应的最短时间；s
ij
为第i辆电动集卡到第j个岸桥的距离；s
jk
为从第j个岸桥到第k个轨道桥的距离；v
i,max
为第i辆电动集卡最大速度；t
EV,on,max
为电动集卡平均最长行驶时间；t
i,s,max
为第i辆电动集卡起始响应的最长时间；v
i,min
为第i辆电动集卡最小速度；t
EV,wait,min
为电动集卡平均最短等待时间；t
j,min
为第j个岸桥装卸的最短时间；t
k,min
为第k个轨道桥装卸的最短时间；t
EV,wait,max
为电动集卡平均最长等待时间；t
j,max
为第j个岸桥装卸的最长时间；t
k,max
为第k个轨道桥装卸的最长时间；t
EV,on
为电动集卡行驶时间；t
EV,wait
为电动集卡等待时间，电动集卡的电量消耗分为两种类型，一种为单位时间行驶状态下的耗电量，记为p
EV,on
；另一种为单位时间等待岸桥、轨道桥装卸下的耗电量，记为p
EV,wait
；相应的电动集卡能流模型为：，
[0007]式中：SOC
loss，avg
为平均单台电动集卡的总耗电量，P
EV,t
为第t时刻内电动集卡的充电功率，Δt为调度步长。
[0008]进一步地，步骤1，所建立的模型具体包括：电动集卡物流能流模型、冷藏箱物流能流模型、岸电物流能流模型，其中，冷藏箱物流能流模型表述如下：当装载冷藏箱的船舶靠岸后，冷藏箱离船断电，由岸桥吊运至电动集卡上，并由电动集卡运输至堆场侧，并由轨道桥装卸至冷链区域后重新接通电源，冷藏箱内温度变化与外界环境温度有关，且受装卸运输时长、通电时长影响，冷藏箱断电时间取决于电动集卡运输时间、岸桥装卸时间和轨道桥装卸时间，相应的冷藏箱物流模型如下：，
[0009]式中：t
re,off,min
为冷藏箱平均最短断电时间；t
re,off,max
为冷藏箱平均最长断电时间；t
re,off
为冷藏箱平均断电时间，相应的冷藏箱能流模型为：，
[0010]式中：ΔT
i
为第i个冷藏箱因断电降低的温度，单位为℃；T
e
为环境温度，单位为℃；T
i,re
为第i个冷藏箱断电起始时刻的温度；A
i
为第i个冷藏箱的表面积，单位为m2；k
i
为第i个冷藏箱中物品的热转换系数，单位为kW/(m2·
℃)；m
i
为第i个冷藏箱中物品的重量，单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：步骤1：引入港口物流作业的时序过程，以港口电动集卡、冷藏箱、岸电为对象，将三类可转移负荷的物流特性和能源特性进行耦合处理，生成电动集卡物流能流模型、冷藏箱物流能流模型、岸电物流能流模型；步骤2：在步骤1的基础上，构建低碳效益下港口微电网运行优化模型，以港口微电网对外购电成本和碳配额成本最小为目标，考虑分布式电源出力约束、功率平衡约束、冷藏箱的运行约束、可转移负荷调控约束；步骤3：在步骤2的基础上，由于所涉物流能流模型和约束条件均为线性形式，因此可将电动集卡、冷藏箱和岸电的物流能流模型与分布式电源出力约束、功率平衡约束、冷藏箱的运行约束、可转移负荷调控约束条件都写为约束形式，并按照模型设置控制变量，利用Cplex求解器进行求解，从而得到考虑港口微电网可转移负荷的经济优化调度和物流调度结果。2.根据权利要求1所述考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法，其特征在于，步骤1，所建立的模型具体包括：电动集卡物流能流模型、冷藏箱物流能流模型、岸电物流能流模型，其中，电动集卡物流能流模型表述如下：电动集卡为港口提供集装箱物流运输服务，当船舶靠岸时，电动集卡到岸桥侧等待集装箱装载，随后运输集装箱到堆场侧等待轨道桥卸载，利用物流作业的空隙时间进行充电，相应的电动集卡物流模型如下：，式中：t
EV,on,min
为电动集卡平均最短行驶时间；N
EV
为电动集卡的车辆数；N
Q
为岸桥总数；N
G
为轨道桥总数；t
i,s,min
为第i辆电动集卡起始响应的最短时间；s
ij
为第i辆电动集卡到第j个岸桥的距离；s
jk
为从第j个岸桥到第k个轨道桥的距离；v
i,max
为第i辆电动集卡最大速度；t
EV,on,max
为电动集卡平均最长行驶时间；t
i,s,max
为第i辆电动集卡起始响应的最长时间；v
i,min
为第i辆电动集卡最小速度；t
EV,wait,min
为电动集卡平均最短等待时间；t
j,min
为第j个岸桥装卸的最短时间；t
k,min
为第k个轨道桥装卸的最短时间；t
EV,wait,max
为电动集卡平均最长等待时间；t
j,max
为第j个岸桥装卸的最长时间；t
k,max
为第k个轨道桥装卸的最长时间；t
EV,on
为电动集卡行驶时间；t
EV,wait
为电动集卡等待时间，电动集卡的电量消耗分为两种类型，一种为单位时间行驶状态下的耗电量，记为p
EV,on
；
另一种为单位时间等待岸桥、轨道桥装卸下的耗电量，记为p
EV,wait
；相应的电动集卡能流模型为：，式中：SOC
loss，avg
为平均单台电动集卡的总耗电量，P
EV,t
为第t时刻内电动集卡的充电功率，Δt为调度步长。3.根据权利要求1所述考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法，其特征在于：步骤1，所建立的模型具体包括：电动集卡物流能流模型、冷藏箱物流能流模型、岸电物流能流模型，其中，冷藏箱物流能流模型表述如下：当装载冷藏箱的船舶靠岸后，冷藏箱离船断电，由岸桥吊运至电动集卡上，并由电动集卡运输至堆场侧，并由轨道桥装卸至冷链区域后重新接通电源，冷藏箱内温度变化与外界环境温度有关，且受装卸运输时长、通电时长影响，冷藏箱断电时间取决于电动集卡运输时间、岸桥装卸时间和轨道桥装卸时间，相应的冷藏箱物流模型如下：，式中：t
re,off,min
为冷藏箱平均最短断电时间；t
re,off,max
为冷藏箱平均最长断电时间；t
re,off
为冷藏箱平均断电时间，相应的冷藏箱能流模型为：，式中：ΔT
i
为第i个冷藏箱因断电降低的温度，单位为℃；T
e
为环境温度，单位为℃；T
i,re
为第i个冷藏箱断电起始时刻的温度；A
i
为第i个冷藏箱的表面积，单位为m2；k
i
为第i个冷藏箱中物品的热转换系数，单位为kW/(m2·
℃)；m
i
为第i个冷藏箱中物品的重量，单位为kg；C
p
为比热容，单位为kJ/(kg
·
℃)；p
re,t
为冷藏箱在第t时刻内的耗电功率，单位为kW；Δt为调度步长。4.根据权利要求1所述考虑物流特性的低碳港口微电网负荷调控经济优化方法，其特征在于：步骤1，所建立的模型具体包括：电动集卡物流能流模型、冷藏箱物流能流模型、岸电物流能流模型，其中，岸电物流能流模型表述如下：当船舶靠港后，与港口岸电进行柔性并网，待货物装卸完成后柔性离网直到船舶离港，岸电通电受船舶靠港时间、集装箱数量、在港状态、岸桥分配数量、装卸运载效率等因素影响，相应的岸电物流模型如下：
，式中：考虑到船舶靠港时间的不确定性，t
in,min
为船舶最早靠港时间；t
in
为船舶实际靠港时间；t
in,max
为船舶最晚靠港时间；t
shore,min
为岸电并网最短时间；teu为船舶集装箱数量，单位为标准箱；η为岸桥装卸效率；C
j,max
为岸桥最大分配数量；t
shore,ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大伟，敦文斌，汪宝，曹宝龙，
申请(专利权)人：天津港电力有限公司，
类型：发明
国别省市：