一种基于虚拟电价的电动汽车充放电优化调度方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于电动汽车（EV)与电网互动技术领域，特别涉及一种基于虚拟电价的 电动汽车充放电优化调度及其实现方法。
【背景技术】：
[0002] 近年来，人们对能源与环境的要求越来越高，化石燃料的储备不足以及全球气候 变暖被日益关注，环保观念的提升使人们强烈要求在交通方面减少石油消耗。电动汽车由 于其特殊的能源驱动方式，具有良好的节能和低排放潜力，得到广泛的发展。电动汽车可以 提高能源利用效率并减少对环境的污染，其普及与推广已成为未来的趋势，各国也采取了 积极的政策措施来鼓励电动汽车的发展。
[0003] 交通系统的电气化变革使车辆的能量需求从化石燃料逐渐转移至电力系统。但是 随着电动汽车的大规模发展，由于车主的充电行为往往比较随机，大量电动汽车接入电网 进行充电，势必会对电网结构及运行造成巨大的压力。负荷峰谷差是电力系统运行的一项 重要安全、经济指标，峰谷差的加剧，会带来电网设备利用效率降低、供电侧购电风险增加 等不良后果。大量电动汽车随机接入电网进行无序充电，会进一步加剧系统负荷峰谷差，对 配网的运行状态带来负面影响。
[0004] 合理控制接入配电网的电动汽车充放电，可以降低大规模电动汽车充电对电网造 成的影响，使其满足配电系统稳定性及经济性要求。目前，国内外针对电动汽车有序充放电 的研究成果已有很多。非专利文献1提出基于动态分时电价的有序充电策略，在实现充电 负荷削峰填谷的同时，也降低了用户充电成本，但未考虑V2G的作用。非专利文献2以用电 成本最小为目标建立了分散式电动汽车充放电博弈模型，提高了用电经济性，并调节了系 统负荷曲线。申请号为201410233619. 7的发明专利申请书提出了一种电动汽车集群充放 电优化控制方法，为电动汽车参与电网互动提供了切实可行的理论基础。上述研究往往缺 乏对充放电功率进行连续可调性的考虑，在优化深度上还存在发展与完善的空间。
[0005] 引用列表：
[0006] [非专利文献1] "基于动态分时电价的电动汽车充电站有序充电策略"，中国电机 工程学报，2014, 34(22);
[0007] [非专利文献2] "分散式电动汽车入网策略研究"，电工技术学报，2014, 29⑶；
[0008] [专利文献]"电动汽车集群充放电优化控制方法"，201410233619. 7。
【发明内容】
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[0009] 本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种基于虚拟电价的电动汽车充放电优 化调度方法。
[0010] 本发明以削峰填谷为目的，兼顾配电系统负荷信息与用户电能损失费用及电池 损耗成本，提出了一种基于虚拟电价的电动汽车充放电优化调度及其实现方法，使得当大 量电动汽车接入电网充电时，实现电动汽车集群负荷的削峰填谷，并降低用户的充放电成 本。基于虚拟电价理论建立了以充放电功率为优化变量的电动汽车充放电优化调度模型 (CA-vTOS)，综合小波分析和模糊聚类确定了用于电动汽车用户充放电成本计算的动态分 时电价。技术方案的具体过程如下：
[0011] 1)电能公共服务平台预测、采样优化时段内目标区域的基本日负荷信息，具体包 括：
[0012] SlL预测基本负荷功率曲线：根据已知参数和模型，预测出目标区域的基本日负 荷曲线；
[0013] S12.优化时段内的连续时间离散化：确定最小优化时段At，对优化时段进行离 散化分析，依次对步骤Sl1所得的基本日负荷曲线进行采样，得各kG[1，J]时段内的负荷 预测值Lb (k);其中J为一日内根据设定的确定划分的优化时段数；
[0014] 2)当有新的电动汽车1接入目标区域内的充电粧时，读取车辆1的入网信息，包括 入网时间Tin,丨、动力电池容量Cs,丨和初始荷电状态（StateofCharge，SOOStu等；
[0015] 3)用户输入车辆1的充电信息：预期离网时间Tciut,p期望荷电状态SE，1;结合所述 读取信息和所述用户输入信息判断能否满足用户的充电需求，如果不能，则通过用户交互 界面告知用户输入不正确，提示用户重新输入预期离网时间或期望SOC信息，若用户接受 提示，并输入可实施、正确的充电信息，则进行步骤4)~步骤10)的操作，否则，放弃该用 户，执行步骤2);
[0016] 4)构建电动汽车的充放电功率模型T1(k) = P1 (k) (k);
[0017] 式中，P1GO表示车辆1的充放电功率；Pl(k)表示车辆1与系统在k时段的功率 交换，P1 (k) >0表示车辆1处于充电状态！P1 (k)〈0表示处于放电状态！P1 (k) = 0表示处于 浮充状态；f"u(k)用于表征各时段对车辆电池的可操作性，表达式为：
[0018]
[0019] 其中，Tnu为车辆1接入电网的持续时间TT^1-Tinil所包含的时段集合；
[0020] 假设参与调度的电动汽车动力电池均为锂电池，根据锂电池的充放电相关特性， 在单个时段内，锂电可视为是恒功率充放电，其荷电状态和对应的充放电时间的关系表征 为：
[0021]S1 (k) =S1 (k-1) +P1 (k)n(P1 (k))At/cs，1 ⑵
[0022] 式中，S1Gc-IhS1GO分别表示车辆1在第k-i、k个时段的SOC;n(P1GO)表示功 率交换效率，具体与功率交换方向有关：
[0024] 其中，nc、1分别表示充、放电效率；
[0025] 5)从电能公共服务平台读入车辆1接入时刻目标区域的总负荷信息4释)；
[0026] 4(/f) =ZB(/〇 + 4va〇，其中，4择)表示车辆1接入时，k时段目标区域的配网总负荷
入电网时，已完成充电计划制定的车辆集合；该计算过程由电能公共服务平台完成；
[0027] 6)计算虚拟电价信息，间接反映目标区域的负荷水平：
[0030] 式中，MlU7OJ)表示车辆1接入时，k时段的虚拟电价；?％_、科.和5?.表示虚 拟电价调整系数；分别表示参考电价和参考负荷值；[u] +表示max{0，u}; <⑷= 的，表示预测总负荷，其中表示基本负荷预测值；
[0031] 7)建立电动汽车充放电优化调度模型；
[0032] 结合以上步骤，以最小化虚拟充放电成本为目标，建立电动汽车充放电优化调度 模型来优化电动汽车的充放电功率，所建模型如下：
[0038] k=l，2，...，J.
[0039] H1 = 1，2,…，n(11)
[0040] 式（6)中，示车辆1的虚拟充放电成本;N1表示T^集合的长度；式（7)中， S_、S_表示允许的SOC的最大值和最小值，防止受控车辆过充电及过放电；式（8)表示 充放电功率约束，P1GO具备连续可调的特性，但通常要受到动力电池或充电机的额定充、 放电功率限制；式（9)表示充电需求约束，车辆如约离开时，其电池的SOC需满足期望；式 (10)表示变压器最大负载约束，K$变压器效率，A#变压器的额定容量；式（11)表示时 间关系约束，n为优化时段内的接入车辆规模，L1为充电至期望SOC所需的最短时间=Tq1 =(W)CsVPcIic;
[0041] 求解上述优化调度模型，完成当前接入车辆充放电功率的优化，此时，车辆1的充 放电调度计划为J=WCwO,…，乃(〇)，其中，C/G=H?A)表示集合Tnu中的第i 个元素；
[0042] 8)电动汽车用户成本计算=U1= (cC(U|nC=nd=I)+cbat,Wlcissil;
[0043] 式中，!^表不用户成本；cbat,^不车辆1的锂电池寿命损耗折算成本；clc]SSil表 示电能损失费用；C^1In。=nd= 1，表示不考虑充、放电效率条件下的理想充放电费用：
低谷电价固定，峰谷时段变化的电价，其中，高峰、低谷电价分别表示为pri^pri1;利用小 波分析和模糊聚类方法实现对分时电价峰谷时段的划分：
[0044] S81.预处理：将负荷信息进行尺度为3的小波分解，将一、二层的高频分量置零， 重构后得到新的负荷信息4W);
[0045] S82.属性表征：采用偏大型和偏小型半梯形模糊分布对重构后的负荷信息进行 属性表征，形成属性矩阵A(aU十算方法为：
[0047] S83.对矩阵A进行平移一标准差变换，用绝对值减数法建立模糊相似矩阵R(r) JXJ;
[0048] 584.对相似矩阵求