一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法

1.本发明涉及电动汽车充电能量管理技术领域，特别是涉及一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法。


背景技术：

2.电动汽车的规模化发展所带来的充电负荷可能会给电网带来巨大压力和负荷峰值增长，通过引入电动汽车相关的负荷需求响应是应对大量电动汽车并网充电的有效手段。通过引导电动汽车有序充电，整体充电负荷可以实现电网削峰填谷的效果，同时，利用电动汽车的储能特性还可为电网提供调频和旋转备用等辅助服务。电力系统的平衡资源可分为频率控制备用(frequency contain
‑
mentreserve，fcr)、频率恢复备用(frequencyrestorationreserve，frr)两大类，后者又分为自动frr(automatic frr，afrr)和手动frr(manualfrr，mfrr)。fcr属于一次调频，能保证系统频率稳定在额定频率的
±
0.1hz内，能在1分钟内响应，分为正常运行频率控制储备(frequency containmentreserve for normal operation，fcr
‑
n)和扰动运行频率控制储备(frequency containment reserve fordisturbances，fcr
‑
d)。afrr主要通过自动发电控制实现，可在5分钟内响应；mfrr是可在15分钟内响应的备用服务。电动汽车参与电网调峰调频对提高电网运行经济安全性、缓解发电机组调峰调频压力、减少电网配置旋转备用投资等方面均有重大意义。在此背景下，研究既能满足电动汽车本身出行和充电需求，又能更好地服务于电网日前经济调度和调频辅助服务的电动汽车集群充电优化方法，对于提升电动汽车并网效益具有重要价值。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法，以实现电动汽车的合理的充电调度，使其既能满足电动汽车本身出行和充电需求，又能更好地服务于电网日前经济调度和调频辅助服务。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法，所述调度方法包括如下步骤：
6.根据选定区域的电动汽车和充电设置，生成电动汽车集群数据；
7.根据所述电动汽车集群数据，确定参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件和电动汽车集群调度约束条件；
8.根据所述电动汽车集群数据，建立以集群充电功率对电网调峰调频效益最大化为目标的上层优化目标函数；
9.根据电动汽车集群调度约束条件和参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件，以集群充电功率为决策变量，确定使上层优化目标函数最优的电动汽车的集群调度计划；
10.建立以电动汽车集群的实际调度结果与所述集群调度计划的差值最小化为目标的下层优化目标函数；
11.根据电动汽车集群中各电动汽车的充电计划约束条件，制定所述电动汽车集群中各电动汽车的充电计划，使所述下层优化目标函数最优。
12.可选的，所述参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件包括：单辆电动汽车充电功率与其所属电动汽车集群的充电功率配合约束和单辆电动汽车的充电功率约束；
13.充电功率配合约束为：
[0014][0015][0016][0017]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的充电功率，为电动汽车集群n的充电功率，p
eva
(t)为一天中所有电动汽车集群的总充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车日前充电计划的充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频上调功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频下调功率，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，n为电动汽车集群的数目，t表示第t个调度时段；
[0018]
单辆电动汽车的充电功率约束为：
[0019][0020]
式中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频容量，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率。
[0021]
可选的，所述电动汽车集群调度约束条件包括电动汽车集群日前调度满足soc充电能量约束、电动汽车集群参与调峰调频后满足电池目标soc充电能量约束、电动汽车集群参与电网调峰的日前调度功率约束、电动汽车集群参与调频的上调与下调功率约束及电动汽车集群参与调频的上调与下调调频容量约束；
[0022]
电动汽车集群日前调度满足soc充电能量约束为：
[0023][0024]
其中，为电动汽车集群n的最小充电负荷，为电动汽车集群n的最大充电负荷，为电动汽车集群n的日前调度的充电功率，t表示第t个调度时段，t为调度时段的数量；
[0025]
电动汽车集群参与调峰调频后满足电池目标soc充电能量约束为：
[0026][0027][0028]
其中，为电动汽车集群n的净充电功率，表示电动汽车集群n提供的调频上调功率，表示电动汽车集群n提供的调频下调功率；
[0029]
电动汽车集群参与电网调峰的日前调度功率约束为：
[0030][0031][0032]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，为电动汽车集群n提供的调频容量；
[0033]
电动汽车集群参与调频的上调与下调功率约束为：
[0034][0035][0036][0037]
其中，m为设定的较大数值；和分别为集群n的第一辅助变量和第二辅助变量；
[0038]
电动汽车集群参与调频的上调与下调调频容量约束为：
[0039][0040]
可选的，电动汽车集群中各电动汽车的充电计划约束条件包括电动汽车的行驶需求约束、电动汽车的充电功率约束、电动汽车蓄电池充放电等式约束和电动汽车蓄电池安全约束；
[0041]
电动汽车的行驶需求约束为：
[0042][0043]
其中，soc
nk
(0)为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的初始时刻的soc，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车所要求的soc最小值，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车所要求的soc最大值，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的充电功率，b
nk
为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的电池容量，δt为调节时段，u为充电效率，t表示第t个调度时段，t为调度时段的数量；
[0044]
电动汽车的充电功率约束为：
[0045]
[0046]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车日前调度的充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率；
[0047]
电动汽车蓄电池充放电等式约束为：
[0048][0049]
其中，soc
nk
(t)表示电动汽车集群n的第k辆电动汽车的第t个调度时段的soc；
[0050]
电动汽车蓄电池安全约束为：
[0051][0052]
其中，和分别为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的蓄电池soc的上限和下限。
[0053]
可选的，所述上层优化目标函数为：
[0054][0055]
其中，为电动汽车集群n参与调频提供的调频能量效益；为电动汽车集群n参与电网调频提供的调频容量效益；为电动汽车集群n的充电能量参与调峰的充电成本。
[0056]
可选的，所述上层优化目标函数为：
[0057][0058]
其中，α为惩罚系数，f1为所有电动汽车集群参与调频提供的调频能量效益，f2为所有电动汽车集群参与电网调频提供的调频容量效益，f3为所有电动汽车集群的充电能量参与调峰的充电成本，p
net
(t)为所有电动汽车集群的净充电功率，p
eva
(t)为一天中所有集群总的充电功率，g
n
(p
net
(t),p
eva
(t))为电动汽车集群n的下层优化目标函数值，n为电动汽车集群的数目，f为上层优化目标函数值。
[0059]
可选的，所述下层优化目标函数为：
[0060][0061]
其中，为电动汽车集群n的净充电功率，表示电动汽车集群n的第k辆电动汽车的充电功率，t表示第t个调度时段，t为调度时段的数量，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，g
n
(p
net
(t),p
eva
(t))为电动汽车集群n的下层优化目标函数值，p
net
(t)为所有电动汽车集群的净充电功率，p
eva
(t)为一天中所有集群总的充电功率。
[0062]
一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度系统，所述调度系统包括：
[0063]
电动汽车集群数据生成模块，用于根据选定区域的电动汽车和充电设置，生成电动汽车集群数据；
[0064]
约束条件确定模块，用于根据所述电动汽车集群数据，确定参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件和电动汽车集群调度约束条件；
[0065]
上层优化目标函数建立模块，用于根据所述电动汽车集群数据，建立以集群充电功率对电网调峰调频效益最大化为目标的上层优化目标函数；
[0066]
集群调度计划确定模块，用于根据电动汽车集群调度约束条件和参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件，以集群充电功率为决策变量，确定使上层优化目标函数最优的电动汽车的集群调度计划；
[0067]
下层优化目标函数建立模块，用于建立以电动汽车集群的实际调度结果与所述集群调度计划的差值最小化为目标的下层优化目标函数；
[0068]
电动汽车的充电计划确定模块，用于根据电动汽车集群中各电动汽车的充电计划约束条件，制定所述电动汽车集群中各电动汽车的充电计划，使所述下层优化目标函数最优。
[0069]
可选的，所述参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件包括：单辆电动汽车充电功率与其所属电动汽车集群的充电功率配合约束和单辆电动汽车的充电功率约束；
[0070]
充电功率配合约束为：
[0071][0072][0073][0074]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的充电功率，为电动汽车集群n的充电功率，p
eva
(t)为一天中所有电动汽车集群的总充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车日前充电计划的充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频上调功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频下调功率，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，n为电动汽车集群的数目，t表示第t个调度时段；
[0075]
单辆电动汽车的充电功率约束为：
[0076][0077]
式中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频容量，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率。
[0078]
可选的，所述电动汽车集群调度约束条件包括电动汽车集群日前调度满足soc充电能量约束、电动汽车集群参与调峰调频后满足电池目标soc充电能量约束、电动汽车集群参与电网调峰的日前调度功率约束、电动汽车集群参与调频的上调与下调功率约束及电动汽车集群参与调频的上调与下调调频容量约束；
[0079]
电动汽车集群日前调度满足soc充电能量约束为：
[0080][0081]
其中，为电动汽车集群n的最小充电负荷，为电动汽车集群n的最
大充电负荷，为电动汽车集群n的日前调度的充电功率，t表示第t个调度时段，t为调度时段的数量；
[0082]
电动汽车集群参与调峰调频后满足电池目标soc充电能量约束为：
[0083][0084][0085]
其中，为电动汽车集群n的净充电功率，表示电动汽车集群n提供的调频上调功率，表示电动汽车集群n提供的调频下调功率；
[0086]
电动汽车集群参与电网调峰的日前调度功率约束为：
[0087][0088][0089]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，为电动汽车集群n提供的调频容量；
[0090]
电动汽车集群参与调频的上调与下调功率约束为：
[0091][0092][0093][0094]
其中，m为设定的较大数值；和分别为集群n的第一辅助变量和第二辅助变量；
[0095]
电动汽车集群参与调频的上调与下调调频容量约束为：
[0096][0097]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0098]
本发明提出了一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法及系统，所述调度方法包括如下步骤：根据选定区域的电动汽车和充电设置，生成电动汽车集群数据；根据所述电动汽车集群数据，确定参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件和电动汽车集群调度约束条件；根据所述电动汽车集群数据，建立以集群充电功率对电网调峰调频效益最大化为目标的上层优化目标函数；根据电动汽车集群调度约束条件和参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件，以集群充电功率为决策变量，确定使上层优化目标函数最优的电动汽车的集群调度计划；建立以电动汽车集群的实际调度结果与所述集群调度计划的差值最小化为目标的下层优化目标函数；根据电动汽车集群中各电动汽车的充电计划约束条件，制定所述电动汽车集群中各电动汽车的充电计划，使所述下层优化目标函数最优。本发明考虑日前调度、调频容量、调频功率三者之间相互作用，通过上下层协调控制，实现电网调峰调频效益最大化的电动汽车集群充电优化方法，实现电动汽车
的合理的充电调度，使其既能满足电动汽车本身出行和充电需求，又能更好地服务于电网日前经济调度和调频辅助服务。
附图说明
[0099]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0100]
图1为本发明提供的一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法的流程图；
[0101]
图2为本发明实施例提供的一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法的原理图；
[0102]
图3为本发明实施例提供的单辆电动汽车参与调峰调频的示意图；
[0103]
图4为本发明实施例提供的直接充电(dircet charging)、按照日前优化调度的充电方式(daonly)、同时参与电网调峰和调频服务(da+reg.)的充电功率图；
[0104]
图5为本发明实施例提供的参与电网调峰效益系数、调频容量、参与调频的上调与下调功率效益系数曲线图；
[0105]
图6为本发明实施例提供的da+reg.充电方式下的参与日前调度调峰和调频的功率曲线图；
[0106]
图7为本发明实施例提供的两个电动汽车集群的doc变化曲线图。
具体实施方式
[0107]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
[0108]
本发明的目的是提供一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法，以实现电动汽车的合理的充电调度，使其既能满足电动汽车本身出行和充电需求，又能更好地服务于电网日前经济调度和调频辅助服务。
[0109]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0110]
本发明是将电动汽车集群作为负荷需求响应资源来参与电网调峰调频，研究同时参与日前调度和调频服务fcr
‑
n对制定电动汽车集群充电调度策略的影响。fcr
‑
n作为对称的储备产品，必须能够同时激活备用容量向上调频或向下调频。向上调频意味着发电量增加或充电量减少；向下调频意味着发电量减少或、充电量增加。fcr
‑
n提供方的收益包括容量和调节能量(又称调频里程)两部分，其中调频容量没有被完全激活也会按所提供容量获利。现有电动汽车并网优化调度的研究中，电动汽车的充电调度方法一般以参与日前调度优化为主，电动汽车参与的负荷需求响应通过调节充电功率和时间避免负荷峰值，实现削峰填谷的效果。在电动汽车有序充电参与系统调频与其他辅助服务方面，考虑容量配置与
调节功率综合优化，且计及容量配置与日前调度相互影响的协同调度策略方面的研究还未见报道。针对在现有电动汽车并网优化调度以及参与电网辅助服务协同调度方法的不足，本发明提出了一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度的优化方法。
[0111]
本发明的参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度的优化方法。可以概括为如下步骤：(1)采集选定区域内电动汽车数据和电网运行数据，确定不同充电场景下电动汽车集群数据与调度约束。(2)设定满足电动汽车差异化充电需求条件下，集群充电功率对电网调峰调频效益最大化为目标函数。(3)设定参与电网调峰调频的电动汽车集群充电约束条件，包括日前调度充电计划和日间功率调节都应满足soc目标、充电额定功率限制。(4)协同电动汽车集群在日前调度和调频服务中的充电功率，包括设定日前调度充电计划以及调频容量、在设定调频容量范围内上/下调功率，以实现对电网调峰调频效果最优。(5)对电动汽车集群进行充电调度的双层优化，包括上层优化和下层优化。对目标函数、约束条件采用迭代计算进行求解，获得各电动汽车集群调度计划以及集群内各电动汽车的充电计划，并输出结果。本发明给出了能够满足电动汽车用户出行和充电需求的电动汽车集群参与电网调峰调频的协同调度方法，在满足电动汽车差异化充电需求的条件下给出调峰调频效益最大化的集群充电调度策略。可为电动汽车充电能量管理，以及电动汽车作为储能参与电网调峰调频等多种辅助服务的集群调控策略提供解决方案。
[0112]
如图1所示，本发明提供一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法，所述调度方法包括如下步骤：
[0113]
步骤101，根据选定区域的电动汽车和充电设置，生成电动汽车集群数据.
[0114]
根据选定区域的电动汽车和充电设施，生成电动汽车集群数据，包括：车型、接入充电站的时间、离开充电站的时间、初始的soc；采集电网参数，包括：日负荷曲线、负荷峰值、调频需求等。
[0115]
步骤102，根据所述电动汽车集群数据，确定参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件和电动汽车集群调度约束条件。
[0116]
确定不同充电场景下电动汽车集群数据与调度约束，包括单量电动汽车充电功率与其所属集群的充电功率配合约束，单辆电动汽车的充电功率约束。
[0117]
根据步骤101给定的电动汽车集群数据，设定参与电网调峰调频的电动汽车集群充电约束条件，包括日前调度充电计划和日间功率调节都应满足soc目标、充电额定功率限制。建立电动汽车集群充电优化问题的数学模型，包括：分别考虑电动汽车集群日前调度充电计划满足soc约束、日间功率调节后满足soc约束、充电功率约束。
[0118]
其中，所述参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件包括：单辆电动汽车充电功率与其所属电动汽车集群的充电功率配合约束和单辆电动汽车的充电功率约束；
[0119]
充电功率配合约束为：
[0120][0121][0122]
[0123]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的充电功率，为电动汽车集群n的充电功率，p
eva
(t)为一天中所有电动汽车集群的总充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车日前充电计划的充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频上调功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频下调功率，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，n为电动汽车集群的数目，t表示第t个调度时段；
[0124]
单辆电动汽车的充电功率约束为：
[0125][0126]
式中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频容量，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率。
[0127]
所述电动汽车集群调度约束条件包括电动汽车集群日前调度满足soc充电能量约束、电动汽车集群参与调峰调频后满足电池目标soc充电能量约束、电动汽车集群参与电网调峰的日前调度功率约束、电动汽车集群参与调频的上调与下调功率约束及电动汽车集群参与调频的上调与下调调频容量约束；
[0128]
电动汽车集群日前调度满足soc充电能量约束为：
[0129][0130][0131][0132]
其中，为电动汽车集群n的最小充电负荷，是保证用户正常出行的最低充电能量，为电动汽车集群n的最大充电负荷，为电动汽车集群n的日前调度的充电功率，t表示第t个调度时段，t为调度时段的数量；
[0133]
为电动汽车集群n的第k辆电动汽车设定的最小soc，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车设定的最大soc，为集群n的第k辆电动汽车的初始soc，δt为调节时段，u为充电效率，b
nk
为集群n的第k辆电动汽车的电池容量。
[0134]
电动汽车集群参与调峰调频后满足电池目标soc充电能量约束为：
[0135][0136][0137]
其中，为电动汽车集群n的净充电功率，表示电动汽车集群n提供的调频上调功率，表示电动汽车集群n提供的调频下调功率；
[0138]
电动汽车集群参与电网调峰的日前调度功率约束为：
[0139][0140][0141]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，为电动汽车集群n提供的调频容量；
[0142]
电动汽车集群参与调频的上调与下调功率约束为：
[0143][0144][0145][0146]
其中，m为设定的较大数值；和分别为集群n的第一辅助变量和第二辅助变量；
[0147]
电动汽车集群参与调频的上调与下调调频容量约束为：
[0148][0149]
步骤103，根据所述电动汽车集群数据，建立以集群充电功率对电网调峰调频效益最大化为目标的上层优化目标函数。
[0150]
根据步骤101给定的电动汽车集群数据，设定满足电动汽车差异化充电需求条件下，集群充电功率对电网调峰调频效益最大化为目标函数，即，上层优化目标函数。
[0151]
所述上层优化目标函数为：
[0152][0153]
其中，为电动汽车集群n参与调频提供的调频能量效益；为电动汽车集群n参与电网调频提供的调频容量效益；f3n为电动汽车集群n的充电能量参与调峰的充电成本。
[0154][0155][0156][0157]
式中，为集群n参与调频提供的上调功率；为在集群n参与调频提供的下调功率、为集群n参与调频提供的调频容量；为集群n参与调峰调频后的净充电功率；r
rc
(t)为调频容量效益系数；r
ru
(t)、r
rd
(t)为参与调频服务的上调和下调能量效益系数；r
chr
(t)为参与电网调峰的效益系数。电动汽车集群参与电网调峰和调频的效益系数反映了电网对调峰和调频功率的需求度，定义为调峰调频需求与日负荷峰值d
lmax
之间的比
值，电网在各时段的调峰调频需求越大则电动汽车汽车充电调度满足其需求产生的效益越大。d
rc
(t)为电网的调频容量需求；d
ru
(t)、d
rd
(t)为电网调频的上调和下调功率需求；d
l
(t)为电网日前调度后确定次日各时段的负荷功率。
[0158]
本发明的电动汽车集群双层优化通过上下层迭代优化的方式制定集群内部各电动汽车的充电计划，使得集群实际充电功率与上层优化结果一致。双层优化的上层优化目标函数，可将上层优化目标函数的公式改写为
[0159][0160]
式中，为惩罚项，α为惩罚系数。增加了上下层功率偏差的惩罚项，通过上下层迭代求解消除了偏差则可获得最优的目标函数值。
[0161]
步骤104，根据电动汽车集群调度约束条件和参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件，以集群充电功率为决策变量，确定使上层优化目标函数最优的电动汽车的集群调度计划。
[0162]
根据步骤101给定的电动汽车集群数据，协同电动汽车集群在日前调度和调频服务中的充电功率，包括设定日前调度充电计划以及调频容量、在设定调频容量范围内上/下调功率，以实现对电网调峰调频效果最优。以集群充电功率为决策变量，建立同时参与电网日前调度和调频服务的协同优化模型。制定各电动汽车集群的调度计划，使参与电网调峰调频效益最大化。
[0163]
步骤105，建立以电动汽车集群的实际调度结果与所述集群调度计划的差值最小化为目标的下层优化目标函数。
[0164]
所述下层优化目标函数为：
[0165][0166]
其中，为电动汽车集群n的净充电功率，表示电动汽车集群n的第k辆电动汽车的充电功率，t表示第t个调度时段，t为调度时段的数量，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，g
n
(p
net
(t),p
eva
(t))为电动汽车集群n的下层优化目标函数值，p
net
(t)为所有电动汽车集群的净充电功率，p
eva
(t)为一天中所有集群总的充电功率。
[0167]
步骤106，根据电动汽车集群中各电动汽车的充电计划约束条件，制定所述电动汽车集群中各电动汽车的充电计划，使所述下层优化目标函数最优，以消除与集群调度计划的偏差。
[0168]
制定各电动汽车的充电计划，使电动汽车集群的实际调度结果与上层优化结果偏差最小化。各电动汽车应满足的约束，包括：各个电动汽车的充电计划需满足各台电动汽车的行驶需求约束，各台电动汽车的充电功率约束，电动汽车蓄电池充放电等式约束，蓄电池安全约束以及各台电动汽车充电功率与其所属集群的充电功率配合约束。对上述得到的目标函数，以及约束条件，采用迭代计算进行求解。获得电动汽车集群最优充电策略、各电动汽车充电计划以及目标函数值。
[0169]
电动汽车集群中各电动汽车的充电计划约束条件包括电动汽车的行驶需求约束、
电动汽车的充电功率约束、电动汽车蓄电池充放电等式约束和电动汽车蓄电池安全约束；
[0170]
电动汽车的行驶需求约束为：
[0171][0172]
其中，soc
nk
(0)为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的初始时刻的soc，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车所要求的soc最小值，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车所要求的soc最大值，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的充电功率，b
nk
为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的电池容量，δt为调节时段，u为充电效率，t表示第t个调度时段，t为调度时段的数量；
[0173]
电动汽车的充电功率约束为：
[0174][0175]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车日前调度的充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率；
[0176]
电动汽车蓄电池充放电等式约束为：
[0177][0178]
其中，soc
nk
(t)表示电动汽车集群n的第k辆电动汽车的第t个调度时段的soc；
[0179]
电动汽车蓄电池安全约束为：
[0180][0181]
其中，和分别为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的蓄电池soc的上限和下限。
[0182]
根据步骤104和106求解得到的电动汽车集群和集群内部电动汽车的充电计划曲线，计算充电成本、容量收益、调频收益并输出结果。
[0183]
一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度系统，所述调度系统包括：
[0184]
电动汽车集群数据生成模块，用于根据选定区域的电动汽车和充电设置，生成电动汽车集群数据；
[0185]
约束条件确定模块，用于根据所述电动汽车集群数据，确定参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件和电动汽车集群调度约束条件。
[0186]
所述参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件包括：单辆电动汽车充电功率与其所属电动汽车集群的充电功率配合约束和单辆电动汽车的充电功率约束；
[0187]
充电功率配合约束为：
[0188][0189]
[0190][0191]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的充电功率，为电动汽车集群n的充电功率，p
eva
(t)为一天中所有电动汽车集群的总充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车日前充电计划的充电功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频上调功率，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频下调功率，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，n为电动汽车集群的数目，t表示第t个调度时段；
[0192]
单辆电动汽车的充电功率约束为：
[0193][0194]
式中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车提供的调频容量，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率。
[0195]
所述电动汽车集群调度约束条件包括电动汽车集群日前调度满足soc充电能量约束、电动汽车集群参与调峰调频后满足电池目标soc充电能量约束、电动汽车集群参与电网调峰的日前调度功率约束、电动汽车集群参与调频的上调与下调功率约束及电动汽车集群参与调频的上调与下调调频容量约束；
[0196]
电动汽车集群日前调度满足soc充电能量约束为：
[0197][0198]
其中，为电动汽车集群n的最小充电负荷，为电动汽车集群n的最大充电负荷，为电动汽车集群n的日前调度的充电功率，t表示第t个调度时段，t为调度时段的数量；
[0199]
电动汽车集群参与调峰调频后满足电池目标soc充电能量约束为：
[0200][0201][0202]
其中，为电动汽车集群n的净充电功率，表示电动汽车集群n提供的调频上调功率，表示电动汽车集群n提供的调频下调功率；
[0203]
电动汽车集群参与电网调峰的日前调度功率约束为：
[0204][0205][0206]
其中，为电动汽车集群n的第k辆电动汽车的额定充电功率，k
n
为电动汽车集群n的车辆数目，为电动汽车集群n提供的调频容量；
[0207]
电动汽车集群参与调频的上调与下调功率约束为：
[0208][0209][0210][0211]
其中，m为设定的较大数值；和分别为集群n的第一辅助变量和第二辅助变量；
[0212]
电动汽车集群参与调频的上调与下调调频容量约束为：
[0213][0214]
上层优化目标函数建立模块，用于根据所述电动汽车集群数据，建立以集群充电功率对电网调峰调频效益最大化为目标的上层优化目标函数；
[0215]
集群调度计划确定模块，用于根据电动汽车集群调度约束条件和参与电网调峰调频的电动汽车集群的充电约束条件，以集群充电功率为决策变量，确定使上层优化目标函数最优的电动汽车的集群调度计划；
[0216]
下层优化目标函数建立模块，用于建立以电动汽车集群的实际调度结果与所述集群调度计划的差值最小化为目标的下层优化目标函数；
[0217]
电动汽车的充电计划确定模块，用于根据电动汽车集群中各电动汽车的充电计划约束条件，制定所述电动汽车集群中各电动汽车的充电计划，使所述下层优化目标函数最优。
[0218]
为了说明本发明的调度方法及系统的技术效果，本发明还提供了如下具体的实施例。
[0219]
本发明提出的一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法，用于电动汽车集群参与电网调峰调频的协同调度策略研究中，可以采用线性规划和求解凸优化问题的序列二次法进行求解。如图2所示，本发明的一种参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度方法，包括如下步骤：
[0220]
步骤(1)根据选定区域的电动汽车和充电设施，生成电动汽车集群数据和约束条件。
[0221]
对于本实施例，首先输入电动汽车数据如表1所示，接入充电站时间与离开充电站通过正态分布生成，车辆的初始soc采用均值为0.25，方差为0.01的一组呈正态分布的数据。
[0222]
表1电动汽车集群数据
[0223][0224]
步骤(2)所述参与调峰调频的效益最大化目标函数，其中效益系数的计算与电网调峰调频需求量相关，对于所选定的任意区域电网由于实际数据难以获取，在此实施例中以电网给出的价格激励信号作为辅助信息确定调峰调频的需求量。其物理意义在于，电网给出的价格激励信号的高低反映了日负荷的峰谷差以及全天各时段对调频的需求程度变化，其全天变化率可以近似为各时段调峰调频需求量与峰值负荷的比值，用来计算效益系数以指导电动汽车集群充电调度考虑各时段电网调峰调频需求程度不同最大化调峰调频效益。以调频服务已实际运营的北欧电网为例，某日(2019年11月6日)各时段的调峰效益系数r
chr
(t)定义为各时段负荷d
l
(t)与日负荷峰值d
lmax
之间的比值，认为电网给出的价格激励信号同样反映了全天负荷峰谷变化，采用相应时段的价格激励数据γ
l
(t)和γ
lmax
替代负荷数据。调频效益系数采用相同方式计算，调频服务的上调/下调和调频容量需求d
ru
(t)、d
rd
(t)、d
rc
(t)分别对应电网给出的调频服务各时段上调/下调价格偏差和电网调频容量价格激励信号γ
ru
(t)
‑
γ
l
(t)、γ
rd
(t)
‑
γ
l
(t)、γ
rc
(t)。各时段对应的电网数据如表2所示，计算出的各效益系数如图4所示。其中，单辆电动汽车参与调峰调频的示意图如图3所示。参与电网调峰效益系数、调频容量、参与调频的上调与下调功率效益系数曲线图如图5所示。
[0225]
r
rc
(t)为调频容量效益系数；r
ru
(t)、r
rd
(t)为参与调频服务的上调和下调能量效益系数；r
chr
(t)为参与电网调峰的效益系数。电动汽车集群参与电网调峰和调频的效益系数反映了电网对调峰和调频功率的需求度，定义为调峰调频需求与日负荷峰值d
lmax
之间的比值，电网在各时段的调峰调频需求越大则电动汽车汽车充电调度满足其需求产生的效益越大。d
rc
(t)为电网的调频容量需求；d
ru
(t)、d
rd
(t)为电网调频的上调和下调功率需求；d
l
(t)为电网日前调度后确定次日各时段的负荷功率。
[0226]
表2调峰调频效益系数计算辅助数据
[0227][0228][0229]
步骤(3)所述的电动汽车集群日前调度满足电池soc充电约束，对于本实施例，结合用户实际充电情况将全部设定为0.9，全部设定为0.95，剩余参数在步骤一已经给出，最后确定办公区充电集群的最小充电负荷最大充电
负荷夜间集群的最小充电负荷最大充电负荷
[0230]
步骤(4)所述的电动汽车集群参与调频的上调和下调功率约束中，m设定为500；集群n的两个辅助变量和为整数{0,1}变量。
[0231]
根据上述步骤和参数设定，本发明求解了参与电网调峰调频的电动汽车集群充电协同调度的优化问题。
[0232]
本实例对不同充电方式，包括：直接充电(direct charging)、按照日前优化调度充电(daonly)、参与调峰调频(da+reg.)的协同调度充电，通过优化三种不同充电方式下电动汽车集群充电功率以及调峰调频效益计算，得到三种充电方式全天各时刻的充电功率曲线见图4，各自的调峰调频效益计算结果见表3。
[0233]
表3三种充电方式调峰调频效益对比
[0234][0235][0236]
由表中数据可知，因计及电动汽车集群的充电成本，整体效益计算为负值，最大化参与调峰调频的效益可以最大程度的消减电动汽车集群充电成本。三种充电方式中直接充电方式不参与调峰调频，效益值的计算作为参考值，日前优化调度方式参与了电网调峰，实现削峰填谷的效果因此整体效益有所提升，本发明所提出的同时参与调峰调频的协同调度获得效益最高，验证了所提出协同调度的优化方法的效果。
[0237]
对于参与电网调峰调频da+reg.充电方式详细分析其在调峰和调频方面的效果，全天参与调峰调频的日前调度功率、所提供调频容量、调频服务上调/下调功率如图6所示，满足电动汽车集群充电需求的调峰调频效益组成如表4所示。p
char
表示充电功率，p
net
表示净充电功率。
[0238]
表4 da+reg.充电方式的调峰调频效益组成
[0239]
[0240]
由图7可见，da+reg.充电方式功率调频效果明显，根据全天各时段的调频效益系数的变化，在下调效益系数高时会在日前调度充电计划的基础上多充电，在上调效益系数高时电动汽车集群会在日前调度充电计划的基础上少充电，从而在满足电动汽车集群充电约束条件的同时获得最大调频效益，同时调频容量的优化结果也满足集群充电的功率限制条件，并与日前调度的结果相互作用，实现调峰调频整体效益最大化。由表4可知由于须满足电动汽车集群充电需求，调峰效益计及充电成本为负值，与仅参与调峰的日前优化调度结果
‑
13.91相比，同时参与调峰调频的充电方式的调峰效益为
‑
14.24，调峰效益略有降低是因为调峰调频的协同调度需要考虑日前调度充电功率曲线与调频容量配置和上调/下调范围之间的相互关系，为调频预留更大的调节裕度限制了其在日前调度的调节范围，但同时参与调峰调频的协同调度方法整体效益提升明显，获得了最优电动汽车集群充电调度结果。
[0241]
图7为本实施例办公区充电集群和家庭充电集群的doc全天变化曲线，可知，两个集群的doc最终都实现了设定的soc目标值需要的充电能量，符合步骤(3)所述的参与调峰调频的电动汽车集群调度结果满足doc约束。soc
set.max
和soc
set.min
分别表示电动汽车集群设定的最大目标soc和最小目标soc。
[0242]
本说明书中等效实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，等效实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0243]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。