一种日前电力市场中电动汽车充电站运营商联合竞标方法与流程

本发明涉及电力行业并涉及日前电力市场竞标技术领域，尤其涉及一种日前电力市场中电动汽车充电站运营商联合竞标方法。

背景技术：

在未来，电动汽车的数量将会爆发式增长，为了满足大量电动汽车的充电需求，电动汽车充电站运营商在日前电力市场中的购电量也将大幅增加，这使其购电量在日前市场中所占份额增大，当达到一定占比后将从价格接受者转变为价格影响者。一般认为电动汽车运营商在与其他市场参与者竞争时都是理性的，即会从自身出发制定最优的竞标策略，甚至可能存在虚报竞标策略使自己的利益最大化，这种缺乏协调的竞争会导致市场低效化。现阶段电动汽车充电站运营商在日前市场中的竞标方法存在以下问题：

(1)认为市场是完全竞争的，此时电动汽车充电站运营商作为一个价格接受者参与到市场竞标中，但随着充电站运营商的购电量在市场所占份额的增加，不能再把其视为价格接受者；

(2)虽然能够把电动汽车充电站运营商视为价格影响者，但是只考虑了单个运营商参与日前电力市场竞标，缺乏对大量价格影响者参与日前电力市场竞标的考虑；

(3)引入了一个集中式控制的市场协调者来协调大量电动汽车充电站运营商竞标，但要求电动汽车充电站运营商上报大量数据信息，缺乏对运营商隐私的保护，同时对单个聚合商灵活性的建模过于简单；

(4)现有电动汽车充电站运营商通过合作参与日前电力市场竞标后，对单个电动汽车充电站运营商竞标费用结算的方法仍无法避免某些运营商通过虚报信息谋利。

日前电力市场中需要一种能够实现有效协调、保护隐私和公平结算的大量电动汽车充电站运营商联合竞标方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种日前电力市场中电动汽车充电站运营商联合竞标方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种日前电力市场中电动汽车充电站运营商联合竞标方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：以日前电力市场竞标费用最小化为目标，以日前电力市场中各时段竞标量为决策内容，建立满足电动汽车用户充电需求的电动汽车充电站运营商日前竞标模型，确定电动汽车充电站运营商最优日前竞标计划；

步骤2：根据得到的电动汽车充电站运营商最优日前竞标计划，以日前电力市场联合竞标费用最小化为目标，以日前电力市场中各时段联合竞标量为决策内容，建立满足电动汽车充电站运营商竞标要求并计及电动汽车充电站运营商竞标量可调整时段的第三方运营商日前竞标模型，确定电动汽车充电站运营商最优日前联合竞标计划；

步骤3：根据得到的第三方运营商日前竞标模型，以满足电动汽车充电站运营商个体理性、占优策略激励相容和预算平衡为目标，提出基于vickrey-clarke-groves机制的电动汽车充电站运营商日前竞标费用结算方法，利用该方法对模型进行求解，得到各电动汽车充电站运营商参与日前联合竞标的竞标费用。

进一步地，本发明的所述步骤1中建立满足电动汽车用户充电需求的电动汽车充电站运营商日前竞标模型的方法为：

以日前电力市场竞标费用最小化为目标，建立电动汽车充电站运营商日前竞标模型，以日前电力市场中各时段竞标量为决策内容，目标函数为次日电动汽车用户充电成本之和最低，约束条件包括：充电站充电功率约束、单辆电动汽车充电功率约束、电动汽车电池容量约束以及电动汽车充电需求约束。

进一步地，本发明的所述电动汽车充电站运营商日前竞标模型的具体数学模型为：

目标函数为：

mxin(ax)

约束条件为：

bx≤b

0≤x≤cy,y∈{0,1}

dy≤d

f≤z≤g

其中，x为电动汽车充电功率变量；y为电动汽车状态变量，当电动汽车在站内时值为1，否则为0；z为电动汽车荷电量；下标t表示时间段编号，假设每个时间段长度为1小时；t为时间段总数；ax为电动汽车用户充电成本；a、b、c、d、e、b、d、f、g和h为系数矩阵。

进一步地，本发明的所述步骤2中建立满足电动汽车充电站运营商竞标要求并计及电动汽车充电站运营商竞标量可调整时段的第三方运营商日前竞标模型的方法为：

根据得到的电动汽车充电站运营商最优日前竞标计划，以日前电力市场联合竞标费用最小化为目标，建立第三方运营商日前竞标模型，以日前电力市场中各时段联合竞标量为决策内容，目标函数为日前电力市场中电动汽车充电站运营商的竞标费用之和最少，约束条件包括：电动汽车充电站运营商竞标量可调整时段等式约束、竞标量非可调整时段等式约束以及竞标量约束。

进一步地，本发明的所述第三方运营商日前竞标模型的具体数学模型为：

目标函数为：

约束条件为：

0≤pt,i≤di

其中，p为日前电力市场联合竞标量变量；p为日前电力市场出清价格；下标t表示时间段编号；下标i表示电动汽车充电站运营商编号；t为时间段总数；n为电动汽车运营商总数；a为市场价格敏感系数；b为预测的市场基准价格；f为电动汽车充电站运营商竞标量可调整时段；c为电动汽车充电站运营商在步骤1中确定的最优日前竞标计划；d为电动汽车充电站最大充电功率；为电动汽车充电站运营商联合竞标费用。

进一步地，本发明的所述步骤3中基于vickrey-clarke-groves机制的电动汽车充电站运营商日前竞标费用结算方法具体为：

ci＝c-c-i

其中，c为电动汽车充电站运营商参与日前联合竞标的边际竞标费用；c′为电动汽车充电站运营商实际需要支付的日前竞标费用；下标i和j均表示电动汽车充电站运营商编号；下标t表示时间段编号；c为所有电动汽车充电站运营商均参与到日前联合竞标中时的最优联合竞标费用；c-i表示当电动汽车充电站运营商i不参与日前联合竞标时的最优联合竞标费用；p为日前联合竞标计划中电动汽车充电站运营商的竞标量；t为时间段总数；n为电动汽车运营商总数。

进一步地，本发明的所述vickrey-clarke-groves方法的详细步骤为：

根据第三方运营商日前竞标模型分别计算电动汽车充电站运营商i参与日前联合竞标时的最优联合竞标费用c(p)和不参与日前联合竞标时的最优联合竞标费用c(p-i)，利用基于vickrey-clarke-groves机制的计算公式：

计算得到电动汽车充电站运营商i参与日前联合竞标的边际竞标费用

由于基于vickrey-clarke-groves机制计算得到的所有电动汽车充电站参与日前联合竞标的边际竞标费用无法满足预算平衡，将预算不平衡部分按照电动汽车充电站运营商在日前联合竞标中的竞标量份额进行再分配，由电动汽车充电站运营商i参与日前联合竞标的边际竞标费用减去其预算不平衡再分配结果部分得到电动汽车充电站运营商i实际需要支付的日前竞标费用

本发明产生的有益效果是：本发明构建了一种由第三方运营商组织协调的且系统的新型充电站日前联合竞标框架，所提出的日前电力市场中大量电动汽车充电站运营商联合竞标方法能够有效降低电动汽车充电站运营商的竞标成本，规避市场价格不确定性风险，同时基于vickrey-clarke-groves机制的竞标费用结算方法能够激励电动汽车充电站运营商参与联合竞标，避免电动汽车充电站运营商通过虚报日前竞标计划谋利。相较于现有的电动汽车充电站运营商竞标协调方法，能够降低电动汽车充电站运营商上报的信息量并充分考虑其灵活性，结算结果能够实现预算平衡且满足占优策略激励相容。

本发明通过建立考虑电动汽车充电站运营商灵活性和市场价格敏感系数的第三方运营商日前竞标模型，为日前电力市场中协调大量电动汽车充电站运营商竞标提供科学依据，提高了日前电力市场运行的稳定性和运行效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的日前电力市场中电动汽车充电站运营商联合竞标示意图；

图3(a)为本发明实施例的电动汽车充电站运营商独立竞标仿真结果；

图3(b)为本发明实施例的第三方运营商组织下联合竞标仿真结果；

图4为本发明实施例的根据仿真计算得到的部分充电站运营商日前竞标费用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图4所示，本发明实施例的日前电力市场中电动汽车充电站运营商联合竞标方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：以日前电力市场竞标费用最小化为目标，以日前电力市场中各时段竞标量为决策内容，建立满足电动汽车用户充电需求的电动汽车充电站运营商日前竞标模型，确定电动汽车充电站运营商最优日前竞标计划；

步骤2：以日前电力市场联合竞标费用最小化为目标，以日前电力市场中各时段联合竞标量为决策内容，建立满足电动汽车充电站运营商竞标要求并计及电动汽车充电站运营商竞标量可调整时段的第三方运营商日前竞标模型，确定电动汽车充电站运营商最优日前联合竞标计划；

步骤3：根据得到的第三方运营商日前竞标模型，以满足电动汽车充电站运营商个体理性、占优策略激励相容和预算平衡为目标，提出基于vickrey-clarke-groves机制的电动汽车充电站运营商日前竞标费用结算方法，利用该方法对模型进行求解，得到各电动汽车充电站运营商参与日前联合竞标的竞标费用。

步骤1中以日前电力市场竞标费用最小化为目标，建立电动汽车充电站运营商日前竞标模型，以日前电力市场中各时段竞标量为决策内容，目标函数为次日电动汽车用户充电成本之和最低，约束条件主要包括充电站充电功率约束、单辆电动汽车充电功率约束、电动汽车电池容量约束以及电动汽车充电需求约束等。其具体数学模型为：

其中，pt为预测的未来一天t时刻市场出清价格；为未来一天t时刻电动汽车i的充电功率；t为时刻点数；δt为时间间隔；nev为日前上报信息的电动汽车数量；为t时刻充电站的最大充电功率；为t时刻电动汽车i的最大充电功率；为已知量，表示t时刻电动汽车i的进出站状态，值为1时车进站，反之出站；为二进制变量，表示t时刻电动汽车i的充电状态，值为1时车充电，反之不充电；为充电站的充电桩数；为t时刻电动汽车i的soc值；ηcha为充电效率；为电动汽车i的电池额定容量；和分别为电动汽车i的soc值上下限；为电动汽车i离开时的soc值；为电动汽车i离开时的期望soc值。

步骤2中根据得到的电动汽车充电站运营商最优日前竞标计划，以日前电力市场联合竞标费用最小化为目标，建立第三方运营商日前竞标模型，以日前电力市场中各时段联合竞标量为决策内容，目标函数为日前电力市场中电动汽车充电站运营商的竞标费用之和最少，约束条件主要包括电动汽车充电站运营商竞标量可调整时段等式约束、竞标量非可调整时段等式约束以及竞标量约束。其具体数学模型为：

0≤pt,i≤di

其中，p为日前电力市场联合竞标量变量；p为日前电力市场出清价格；下标t表示时间段编号；下标i表示电动汽车充电站运营商编号；t为时间段总数；n为电动汽车运营商总数；a为市场价格敏感系数；b为预测的市场基准价格；f为电动汽车充电站运营商竞标量可调整时段；c为电动汽车充电站运营商在步骤1中确定的最优日前竞标计划；d为电动汽车充电站最大充电功率；为电动汽车充电站运营商联合竞标费用。

步骤3中根据得到的第三方运营商日前竞标模型，以满足电动汽车充电站运营商个体理性、占优策略激励相容和预算平衡为目标，提出的基于vickrey-clarke-groves机制的电动汽车充电站运营商日前竞标费用结算方法具体为：

其中，为电动汽车充电站运营商参与日前联合竞标的边际竞标费用；为电动汽车充电站运营商实际需要支付的日前竞标费用；下标i和j均表示电动汽车充电站运营商编号；下标t表示时间段编号；c(p)为所有电动汽车充电站运营商均参与到日前联合竞标中时的最优联合竞标费用；c(p-i)表示当电动汽车充电站运营商i不参与日前联合竞标时的最优联合竞标费用；p为日前联合竞标计划中电动汽车充电站运营商的竞标量；t为时间段总数；n为电动汽车运营商总数。

vickrey-clarke-groves方法的详细步骤为：

根据第三方运营商日前竞标模型分别计算电动汽车充电站运营商i参与日前联合竞标时的最优联合竞标费用c(p)和不参与日前联合竞标时的最优联合竞标费用c(p-i)，利用基于vickrey-clarke-groves机制的计算公式：

计算得到电动汽车充电站运营商i参与日前联合竞标的边际竞标费用

由于基于vickrey-clarke-groves机制计算得到的所有电动汽车充电站参与日前联合竞标的边际竞标费用无法满足预算平衡，将预算不平衡部分按照电动汽车充电站运营商在日前联合竞标中的竞标量份额进行再分配，由电动汽车充电站运营商i参与日前联合竞标的边际竞标费用减去其预算不平衡再分配结果部分得到电动汽车充电站运营商i实际需要支付的日前竞标费用

为了检验本方法的可靠性和有效性，在预测的市场基准价格相同的情况下，利用本方法计算第三方运营商日前竞标策略下电动汽车充电站运营商日前竞标成本，并且和电动汽车充电站运营商独立竞标下竞标成本进行比较，本文所提方法能够有效降低电动汽车充电站运营商的竞标成本，规避市场价格不确定性风险，在激励电动汽车充电站运营商参与联合竞标的同时避免其通过虚报日前竞标计划谋利。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。