一种计及电动汽车碳配额的电动汽车充放电调度方法与流程

本发明属于电动汽车技术领域，尤其涉及电动汽车与风电互动的调度方法，具体涉及一种计及电动汽车碳配额的电动汽车充放电调度方法。

背景技术：

由于电动汽车良好的环境效益，电动汽车在近几年得到国家的大力支持和发展。随着电动汽车技术的发展，特别是性能卓越的电池和充电性能卓越的电机及其控制系统的飞速发展，电动汽车的发展明显加快。当电动汽车参与电网调度，接受电网调控，可以有效降低电网负荷的峰谷差。但现有的调度方法不能充分发挥电动汽车的减排效益，电动汽车用户在充电过程中首要考虑的还是自身利益。如果电动汽车在充电过程中使用了大量的火电，其碳排放水平将会大大提高。此外，由于风电出力的无序性和随机性，其投标出力和实际出力往往存在着偏差，这限制了风电的进一步发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种计及电动汽车碳配额的电动汽车充放电调度方法，解决现有技术中风电出力偏差较大、电动汽车在充电过程中不能充分发挥其碳减排效益，提高风电利用率，提高电动汽车用户参与调度的积极性，在降低电动汽车用户充电成本的同时，提高电动汽车集群的碳减排效益。

为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为：一种计及电动汽车碳配额的电动汽车充放电调度方法，包括设置电动汽车碳配额机制，在电动汽车行驶过程中相比传统燃油汽车所减少的碳排放量作为电动汽车在该时段获得的碳配额；

设置电动汽车聚合商和风力发电商合作参与电力市场博弈的日前调度机制，采用电动汽车减排量获得的碳配额协调风力发电商的投标出力和实际出力偏差。

作为本申请改进的技术方案，所述电动汽车碳配额机制包括：

(1)计算电动汽车在日前调度中时段t的充电量，根据电动汽车当前时段充电电量可以行驶的路程，计算行驶相同路程传统燃油汽车将会产生的碳排放，即电动汽车行驶过程中相比燃油汽车节省的碳排放；

(2)根据日前调度信息，计算电动汽车该充电时段，风电占总系统发电量的比例，进而近似求得该时段电动汽车充电量中风电量和火电量的占比，电动汽车充电来源中的火电将会带来碳排放，等效于电动汽车带来的碳排放，计算该部分碳排放；

(3)电动汽车行驶过程中相比燃油汽车节省的碳排放减去电动汽车充电带来的碳排放，可以得到电动汽车的减排量，将电动汽车减排量作为电动汽车在t时段获得的碳配额。

作为本申请改进的技术方案，电动汽车实际碳配额计算方法如下；

式中，mev,t表示t时段电动汽车获得的碳配额，pth,t为日前调度中t时刻火电出力，pw,t为日前调度中风电在t时刻的出力，eth为火电机组发电单位电量会产生的碳排放量；

其中，jev,t＝pev,tlevegas

式中，jev,t表示电动汽车行驶过程中相比燃油汽车的减排量，pev,t表示t时刻电动汽车的充电量，lev为单位电量电动汽车可以行使的里程数，egas为燃油汽车行驶每公里的碳排放量；公式表示燃油汽车行驶与电动汽车调度后总充电量可行驶里程数相同里程的碳排放量；

其中，pev,t的计算方法如下：

pev,t＝pevc,t-pevd,t

式中，pevc,t、pevd,t为电动汽车在t时段的充电电量和放电电量，二者均为非负且同一时段至少有一个为零，当电动汽车放电时，则会减少电动汽车所获得的碳配额。

作为本申请改进的技术方案，所述电动汽车聚合商和风力发电商合作参与电力市场博弈的日前调度机制，包括如下步骤：

(1)对风力发电商的投标出力和实际出力偏差惩罚成本进行建模；

(2)电动汽车聚合商和风力发电商达成合作协议，电动汽车充放电过程中，除满足自身充电需求和放电套例外，通过直接充电消纳风电投标不足而实际出力中多余的风电，或通过放出之前消纳的风电来弥补风电投标出力过多而实际出力不足的风电。

作为本申请改进的技术方案，风力发电商的投标出力和实际出力偏差惩罚成本c′w,t如下：

式中，t时段电动汽车通过充电对风电的补偿功率为t时段通过放电对风电的补偿功率为均为非负且至少有一个等于零；ξ_为风电出力不足时正旋转备用容量成本系数，ξ+为风电出力盈余时系统旋转备用容量成本系数，代表风电实际出力，代表实际出力为的概率，pw,t和的差值为投标偏差。

作为本申请改进的技术方案，由于电动汽车对风电补偿过程中充电和放电使用的都是纯风电，所以电动汽车聚合商获得的碳配额可以修正为下：

作为本申请改进的技术方案，电力市场博弈参与者分为两方，一方为火电发电商，一方为风力发电商和电动汽车聚合商组成的联盟，其中火电发电商目标是自己的利益最大化，效用函数如下：

其中，表示火电机组发电成本，为火电机组碳交易成本，为正时表示火电商碳排放过多需要支付成本，为负时表示火电商可以出售多余的碳配额获取收益：

mi,t＝εpi,t

式中，t代表日前调度总时段，g为火电机组个数，pi,t为火电机组i在t时刻的出力，qt表示火电和风电的上网价格，单位为元/kwh，qcoal表示标准煤价格，单位为元/t，ui,t为机组i在t时刻的启停状态，ui,t为1时表示机组运行，ui,t为0时表示机组停机，ai、bi、ci为火电燃煤的相关系数，mi,t为火电机组所拥有的碳配额，qth为碳配额的价格为，ε为碳排放配额分配系数。

风电和电动汽车联盟目标均是自己的利益最大化，其效用函数如下：

式中，为t时段电动汽车充放电价格，c为电动汽车放电时电池老化成本。

作为本申请改进的技术方案，设置电动汽车聚合商和风力发电商合作参与电力市场博弈的日前调度机制中，调度机制设有相关约束，相关约束包括负荷平衡约束、火电机组出力约束、火电机组爬坡约束、火电机组启停约束、系统备用约束、风电出力约束、电动汽车充电需求约束、电动汽车对风电的补偿量约束、电动汽车充放电上下限约束以及电动汽车电池电量约束。

作为本申请改进的技术方案，

ui,tpi^min≤pi,t≤ui,tpi^max(2)

其中，式(1)为负荷平衡约束，pl,t为t时段用户常规负荷；式(2)为火电机组出力约束，pi^min、pi^max分别为火电机组i的最小出力和最大出力；式(3)为火电机组爬坡约束，δt为单位时段，为火电机组i的最大滑坡率，为火电机组i的最大爬坡率；式(4)为火电机组启停约束，为t-1时段机组i的运行和停机时间，和为机组i的最短运行时间和最短停机时间；式(5)和式(6)为系统备用约束，rt^u、rt^d为t时段系统所需要的正负旋转备用，wfu为系统的风险备用系数，wl表示负荷的旋转备用率，ww表示风电需求的旋转备用率；式(7)为风电出力约束；式(8)为电动汽车充电需求约束，pf为电动汽车的充电需求；式(9)为电动汽车对风电的补偿量约束；式(10)为电动汽车充放电上下限约束，nch,t为t时段正在充电的电动汽车数量；式(11)和式(12)为电动汽车电池电量约束，smax为电动汽车电池电量最大值。

有益效果

(1)计及电动汽车碳配额进行调度后，电动汽车在充电过程中会尽可能的在风电出力多的时段充电，能够在充电过程中尽可能多使用风电来获得碳配额，从而提高了电动汽车的减排效益，并消纳了更多的风电。

(2)当电动汽车聚合商和风电商合作时，能够减少由于风电投标和出力偏差带来的问题，增加风电的利用率，同时能够增加两者的收益。

附图说明

图1是本申请一种计及电动汽车碳配额的电动汽车充放电调度方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提出一种计及电动汽车碳配额的电动汽车充放电调度方法，能够提高风电利用率，发挥电动汽车碳减排效益，降低用户充电成本。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，是本发明的流程图，一种计及电动汽车碳配额的电动汽车充放电调度方法，包括设置电动汽车碳配额机制，在电动汽车行驶过程中相比传统燃油汽车所减少的碳排放量作为电动汽车在该时段获得的碳配额；

设置电动汽车聚合商和风力发电商合作参与电力市场博弈的日前调度机制，即对电动汽车聚合商和风力发电商合作参与电力市场竞争的博弈模型进行建模；采用电动汽车减排量获得的碳配额协调风力发电商的投标出力和实际出力偏差，即将各参与者的决策模型转换为混合互补问题，对混合互补问题进行求解，获得各参与者的日前调度出力策略；并对风力发电上和电动汽车聚合商进行收益分摊。

具体可解释为：电动汽车碳配额机制的引入以及电动汽车聚合商和风力发电商合作参与电力市场竞争的电动汽车充放电调度方法；

所述电动汽车碳配额机制的引入具体包括如下步骤：

(1)计算电动汽车在日前调度中时段t的充电量，根据电动汽车当前时段充电电量可以行驶的路程，计算行驶相同路程传统燃油汽车将会产生的碳排放，即电动汽车行驶过程中相比燃油汽车节省的碳排放；

(2)根据日前调度信息，计算电动汽车该充电时段，风电占总系统发电量的比例，进而近似求得该时段电动汽车充电量中风电量和火电量的占比，电动汽车充电来源中的火电将会带来碳排放，等效于电动汽车带来的碳排放，计算这部分碳排放。

(3)电动汽车行驶过程中相比燃油汽车节省的碳排放减去电动汽车充电带来的碳排放，可以得到电动汽车的减排量，将电动汽车减排量作为电动汽车在t时段获得的碳配额，可以在电力市场上进行出售获取利益。

所述电动汽车聚合商和风力发电商合作参与电力市场竞争的电动汽车充放电调度方法具体包括如下步骤：

(1)对风力发电商的投标出力和实际出力偏差惩罚成本进行建模；

(2)电动汽车聚合商和风力发电商达成合作协议，电动汽车充放电过程中，除满足自身充电需求和放电套例外，通过直接充电消纳风电投标不足而实际出力中多余的风电，或通过放出之前消纳的风电来弥补风电投标出力过多而实际出力不足的风电，电动汽车聚合商和风电以这样的合作形式在电力市场中与传统火电发电商进行博弈竞争；

(3)对电动汽车和风电的合作联盟进行收益分摊。

进一步的，所述电动汽车聚合商碳配额机制的引入，首先需要计算出在电动汽车行驶过程中相比传统燃油汽车所减少的碳排放量作为电动汽车在该时段获得的碳配额，计算方法如下：

jev,t＝pev,tlevegas

式中，jev,t表示电动汽车行驶过程中相比燃油汽车的减排量，pev,t表示t时刻电动汽车的充电量，lev为单位电量电动汽车可以行使的里程数，egas为燃油汽车行驶每公里的碳排放量。公式表示燃油汽车行驶与电动汽车调度后总充电量可行驶里程数相同里程的碳排放量。其中，pev,t的计算方法如下：

pev,t＝pevc,t-pevd,t

式中，pevc,t、pevd,t为电动汽车在t时段的充电电量和放电电量，二者均为非负且同一时段至少有一个为零，当电动汽车放电时，则会减少电动汽车所获得的碳配额。

进一步的，由于电动汽车充电来源中存在火电，火电在发电过程中会产生碳排放，也就是电动汽车充电会间接产生碳排放，在计算电动汽车碳配额时需要减去这一部分，所以电动汽车实际碳配额计算方法如下；

式中，mev,t表示t时段电动汽车获得的天碳配额，pth,t为日前调度中t时刻火电出力，pw,t为日前调度中风电在t时刻的出力，eth为火电机组发电单位电量会产生的碳排放量。公式的后半部分，根据当前时段火电占比来计算电动汽车当前时段充电电量中火电的占比，来计算电动汽车充电所产生的碳排放。

进一步的，电动汽车碳配额的计算方法，电动汽车能够出售所获得的碳配额获取收益，其计算方法如下：

cev,t＝qevmev,t

式中，qev表示电动汽车碳配额的价格，cev,t表示t时刻的电动汽车可以获得的碳配额收益。

进一步的，电动汽车聚合商与风电合作参与电力市场博弈竞争的电动汽车充放电调度方法，风力发电商的投标出力和实际出力存在偏差时，其需要支付出力偏差惩罚成本，其计算方法如下：

式中，ξ-为风电出力不足时正旋转备用容量成本系数，ξ+为风电出力盈余时系统旋转备用容量成本系数，代表风电实际出力，代表实际出力为的概率，pw,t和的差值为投标偏差。

进一步的，所述电动汽车聚合商与风电合作参与电力市场博弈竞争的电动汽车充放电调度方法，在风电投标出力太少时，电动汽车聚合商可以通过充电消纳多余的风电，在风电投标出力过多时，电动汽车聚合商可以通过释放之前消纳的风电来弥补风电的不足，因此风电的出力偏差惩罚成本可以修正为下：

式中，t时段电动汽车通过充电对风电的补偿功率为t时段通过放电对风电的补偿功率为均为非负且至少有一个等于零。

进一步的，由于电动汽车对风电补偿过程中充电和放电使用的都是纯风电，所以电动汽车聚合商获得的碳配额可以修正为下：

进一步的，所述的计及电动汽车碳配额的电动汽车与风电合作参与电力市场博弈竞争的电动汽车充放电调度方法，电力市场博弈参与者分为两方，一方为火电发电商，一方为风力发电商和电动汽车聚合商组成的联盟，其中火电发电商目标是自己的利益最大化，效用函数如下：

其中，表示火电机组发电成本，为火电机组碳交易成本，为正时表示火电商碳排放过多需要支付成本，为负时表示火电商可以出售多余的碳配额获取收益：

mi,t＝εpi,t

式中，t代表日前调度总时段，g为火电机组个数，pi,t为火电机组i在t时刻的出力，qt表示火电和风电的上网价格，单位为元/kwh，qcoal表示标准煤价格，单位为元/t，ui,t为机组i在t时刻的启停状态，ui,t为1时表示机组运行，ui,t为0时表示机组停机，ai、bi、ci为火电燃煤的相关系数，mi,t为火电机组所拥有的碳配额，qth为碳配额的价格为，ε为碳排放配额分配系数。

风电和电动汽车联盟目标均是自己的利益最大化，其效用函数如下：

式中，为t时段电动汽车充放电价格，c为电动汽车放电时电池老化成本。

进一步的，调度中需要多一些调度条件进行约束，其相关约束如下，分别为负荷平衡约束、火电机组出力约束、火电机组爬坡约束、火电机组启停约束、系统备用约束、风电出力约束、电动汽车充电需求约束、电动汽车对风电的补偿量约束、电动汽车充放电上下限约束、电动汽车电池电量约束：

ui,tpi^min≤pi,t≤ui,tpi^max(2)

其中，式(1)为负荷平衡约束，pl,t为t时段用户常规负荷；式(2)为火电机组出力约束，pi^min、pi^max分别为火电机组i的最小出力和最大出力；式(3)为火电机组爬坡约束，δt为单位时段，为火电机组i的最大滑坡率，为火电机组i的最大爬坡率；式(4)为火电机组启停约束，为t-1时段机组i的运行和停机时间，和为机组i的最短运行时间和最短停机时间；式(5)和式(6)为系统备用约束，rt^u、rt^d为t时段系统所需要的正负旋转备用，wfu为系统的风险备用系数，wl表示负荷的旋转备用率，ww表示风电需求的旋转备用率；式(7)为风电出力约束；式(8)为电动汽车充电需求约束，pf为电动汽车的充电需求；式(9)为电动汽车对风电的补偿量约束；式(10)为电动汽车充放电上下限约束，nch,t为t时段正在充电的电动汽车数量；式(11)和式(12)为电动汽车电池电量约束，smax为电动汽车电池电量最大值。

进一步的，在博弈完成后，需要对电动汽车聚合商和风力发电商进行收益分摊，其分摊基于sharpley值进行，其公式如下：

式中，n表示合作参与者的个数，这里为2。s表示含有成员i的集合，n表示所有含有成员i的子集组成的集合，|s|表示集合s中成员的个数，表示v代表贡献值，v(s)-v(s-{i})代表参与人i的边际贡献。v(s)表示包含参与者i的联盟收益，v(s-{i})表示不包含参与者i的联盟收益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。