一种快速电动汽车充电方案优化方法
【专利说明】_种快速电动汽车充电方案优化方法
[0001] 本申请是【申请号】201310365531. 6、申请日：2013-08-20、名称"一种基于系统边 际发电成本的电动汽车充电方案优化方法"的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及电动汽车技术，具体涉及一种机组系统边际发电成本的电动汽车充电 方案优化方法。
【背景技术】
[0003] 燃油汽车在消耗大多数石油资源的同时排放出大量温室气体与污染气体，对环境 保护及可持续发展带来了巨大的挑战。与传统汽车相比，电动汽车在缓解能源危机、促进人 类与环境和谐发展方面具有无可比拟的优势，目前已成为各国政府、能源厂商与汽车制造 厂商关注的焦点。随着电池生产、制造技术的不断进步，环境污染的日益加剧及石油资源的 逐渐枯竭，电动汽车在道路交通系统中所占的比例将日益提高。
[0004] 在目前技术条件下，电动汽车主要通过与电网相联的充电粧完成充电过程。因而， 从电网角度来看，入网电动汽车是电力系统的新增负荷，其将显著增加整个电力系统的运 行成本。随着电动汽车在电网中渗透率的逐渐提高，其充电行为对发电成本的影响将日益 显著，因而有必要优化入网电动汽车的充电方案，实现有序充电，尽量降低电动汽车总充电 成本。
[0005] 为实现电动汽车的最优充电，现有技术通过在机组组合模型中引入表征电动汽 车充电方案的决策变量，建立考虑电动汽车充电优化的扩展机组组合模型，并利用优化算 法对该模型进行求解以获得电动汽车的最优充电方案，从而尽量节约充电成本。关于该技 术的具体描述可参见文献一《Intelligent unit commitment with vehicle-to-grid-A cost-emission optimization)) (Journal of Power Sources，2010 年 195 卷第 5 期第 898 页至911页）与文献二《计及可入网电动汽车的电力系统机组最优组合》（电力系统自动 化，2011年第35卷第20期第16页至第20页）。该技术可优化电动汽车的充电方案，但要 存在着以下两点不足之处。
[0006] 首先，模型求解比较困难。从所周知，电力系统机组组合问题属于含混合变量、多 时段、非线性的动态最优化问题，很难获得全局最优解，这一结论可参见文献三《求解机组 组合问题的改进模式搜索算法》（中国电机工程学报，2011年第31卷第28期第33页至41 页）。显然，从机组模型拓展而来的考虑电动汽车充电优化的扩展机组组合模型将更加难以 求解，上段给出参考文献分别采用粒子群算法与混合整数线性规划法对模型进行了求解， 求解过程比较复杂，算法应用于实际规模电力系统求解时存在一定的困难。
[0007] 其次，建模过程完全忽略了电动汽车的充电特性，不考虑电动汽车充电过程是一 个连续过程，假定其在单个调度时段内（Ih或0.5h)完成充电过程。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种降低电动汽车充电成本的基于系统边际发电成本的 电动汽车充电方案优化方法。
[0009] 本发明的技术解决方案是：
[0010] -种基于系统边际发电成本的电动汽车充电方案优化方法，其特征是：包括以下 步骤：
[0011] 步骤1 :根据电动汽车的充电模式将长度为T小时的整个优化时段划分为T-Ul 个充电区间，各区间安排充电的电动汽车数目为\，1 < j < T-Trai-I ;电动汽车等效充电功 率与充电持续时间分别为Pe(1kW与IVh时，参数Trai共同决定电动汽车电池的容量，其 不同取值对应于电动汽车的不同充电模式；
[0012] 步骤2 :根据系统运行的安全性要求判断是否存在可用充电区间，若存在则执行 步骤4,若因现有机组组合方案对应的发电容量不足导致各充电区间均不可用则执行步骤 3 ；
[0013] 步骤3 :在现有机组组合方案的基础上，按额外开机成本最低的原则开启新机组， 直至出现可用充电区间；
[0014] 步骤4:计算各可用充电区间的平均系统边际发电成本Elm，并寻找平均系统边际 发电成本最小的充电区间J niin;
[0015] 步骤5 :按照优化步长ΛΡ，单位：丽，增加充电区间jmin内各时段t边际机组I (t) 的出力，即：
[0016] Pl(t),t= P I(t),t+^P Jinin^= t J Diin+Teq-!
[0017] 增加发电出力用于电动汽车充电，显然，该区间新增充电的电动汽车数目为 ΙΟΟΟΛΡ/Ρ^此时，该区间内安排充电的电动汽车数目x>in可按下式修正：
【主权项】
1. 一种快速电动汽车充电方案优化方法，其特征是：包括以下步骤： 步骤1 :根据电动汽车的充电模式将长度为T小时的整个优化时段划分为T-Ul个充 电区间，各区间安排充电的电动汽车数目为\，1 < j < T-Trai-I ;电动汽车等效充电功率与 充电持续时间分别为PwkW与IV』、时，参数T^1共同决定电动汽车电池的容量，其不同 取值对应于电动汽车的不同充电模式； 步骤2 :根据系统运行的安全性要求判断是否存在可用充电区间，若存在则执行步骤 4,若因现有机组组合方案对应的发电容量不足导致各充电区间均不可用则执行步骤3 ; 步骤3 :在现有机组组合方案的基础上，按额外开机成本最低的原则开启新机组，直至 出现可用充电区间； 步骤4 :计算各可用充电区间的平均系统边际发电成本，并寻找平均系统边际发电 成本最小的充电区间Jniin; 步骤5 :按照优化步长Λ P，单位：MW，增加充电区间jmin内各时段t边际机组I (t)的出 力，即：
增加发电出力用于电动汽车充电，显然，该区间新增充电的电动汽车数目为1000 △ P/ Prai;此时，该区间内安排充电的电动汽车数目Xillin可按下式修正：
步骤6:判断所有电动汽车是否安排充电完毕，若是，则结束计算流程并输出优化结 果；否则，转向步骤2,继续算法的迭代过程，直至所有电动汽车均安排充电完毕； 步骤2中所述的可根据系统运行的安全性要求判断是否存在可用充电区间，具体按照 以下方法： 若充电区间j内各充电时段t(j < t < j+Te(1-l)均满足下式给出的约束条件，则说明 该R间为可用充电R间：
实际上，该约束条判断各充电时段t是否有多余的发电容量容纳电动汽车充电；上式 中，P1;t为时段t的系统负荷；Rt为时段t的旋转备用需求；P i;max为机组i的容量；U i;t为机 组i在时段t的工作状态，" 1"表示开机，"0"表示关机；yt为在时段t充电的电动汽车数 目，其可根据充电区间j内已安排充电的电动汽车数目\计算；
9 步骤3的具体方法是： 步骤301 :某些时段因发电容量不足而无法容纳更多的电动汽车充电负荷，即不满足 约束条件
，；寻找这些调度时段，将其记作集合Φ ; 步骤302 :计算集合Φ中各未开机机组的满负荷平均成本CAM;i。
上式中，Bi、匕与c i为机组i的燃料成本系数； 步骤303 :寻找集合Φ中各时段满负荷平均成本CAFLQi最低的未开机机组，尝试对其进 行开机操作，并计算开机操作可能导致的新增发电成本Ce，t，t e Φ ;该新增发电成本由两 部分组成：首先，满负荷平均成本Cmai最低机组本身的开机成本，由机组参数确定；其次， 新机组开机必然导致负荷在各机组间的重新分配，从而有可能导致燃料成本的增加，这部 分成本的增加额需根据经济调度结果获取； 步骤304:寻找新增发电成本最低的调度时段，并对该时段中满负荷平均成本 CA%ai最低的机组进行开机操作；判断新机组开机后是否存在可用充电时段，若有，则结束 开机操作；若没有，则重新开始执行步骤301，直至出现可用充电时段； 步骤4中所述的计算各可用充电区间的平均系统边际发电成本Elm，具体按照以下方 法： 步骤401 :根据经济调度结果计算充电区间中各时段所有开机机组的边际发电成本 Mi;t，其集合记为Dt， Mijt = b ^ciPijt 上式中，匕与c i为机组i的发电成本系数，P i;t为机组i在时段t的出力； 步骤402 :寻找时段t边际发电成本最低的机组，该机组即为该时段的边际机组，其索 引号记为I (t);该边际机组的边际发电成本即为该时段的系统边际发电成本Mt;
步骤403 :可用充电区间j内各调度时段系统边际发电成本Mt的平均值Elm便为该区间 的平均系统边际发电成本，即按照下式计算可用充电区间j的平均系统边际发电成本Elm;
， 步骤6中所述的判断所有电动汽车是否安排充电完毕，具体按照以下方法： 若各充电区间充电的电动汽车数&之和等于待安排的电动汽车 T-T +1 总数IV即叫=f々，则说明所有电动汽车均安排充电完毕。
【专利摘要】本发明公开了一种快速电动汽车充电方案优化方法，是在机组组合及经济调度的基础上，以边际发电成本为决策依据，优化电动汽车在整个调度时段内的充电方案，确保电动汽车总充电成本最低。方法首先根据电动汽车的技术特性与充电模式将整个调度时段分为若干充电区间，接着计算各可用充电区间的平均发电边际成本。优先安排电动汽车在平均发电边际成本最低的充电区间充电。以上步骤迭代进行，直至所有电动汽车均充电完毕。迭代过程中，若因现有机组组合方案中开机容量的限制导致所有充电区间均不可用，则按照额外开机成本最低的原则开启新机组以继续整个充电方案优化过程。
【IPC分类】G06Q10-04
【公开号】CN104680255
【申请号】CN201510097153
【发明人】张新松, 郭晓丽, 顾菊平, 华亮, 李智, 王亚芳, 王建平
【申请人】南通大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年8月20日