基于半动态交通流的充电站运营商参与能量市场竞价方法与流程

本发明涉及电力市场竞价领域，具体涉及电动汽车充电站运营商参与日前能量市场的竞价模型。

背景技术：

1、电动汽车由于其生态友好和成本效益的优势，已经成为燃油汽车的一个有前途的替代品。然而，电动汽车的大规模普及使得配电网中电动汽车充电负荷大大增加，配电网在负荷高峰期存在过载的风险。此外，交通网络沿线的充电站位置会影响需要充电的电动汽车的路线和行驶时间。

2、作为一种交通运输工具，满足用户出行需求是电动汽车的基本功能。用户出行需求、路网结构、道路状况等交通特性将从根本上决定用户充电需求和可调度空间，从而影响电网运行。另一方面，充电设施布局、充电价格等因素也会影响用户充电决策，从而影响交通流分布和交通网络运行。电动汽车的发展普及使得电网和交通网相互作用、紧密耦合，融合的电力–交通系统正逐步形成。

3、电动汽车充电站运营商作为电力市场参与者，需要在日前估计第二天各个时刻的充电需求，通过日前市场购买电量，购电价格通过模拟市场出清获得，此外，充电站运营商还需要设置合适的充电价格，以获得充电收益。此外，配电网中的原始负荷以及交通网中的用户出行需求都具有不确定性。

4、因此，为了获得更高的收益，充电站运营商在参与日前市场竞价时需要充分基于配电网和交通网的耦合特性，同时在模拟市场出清中基于配电网原始负荷的不确定性，在半动态交通流分配模型中基于交通需求的不确定性。

技术实现思路

1、针对目前充电站运营商在竞价过程中忽略配电网和交通网的耦合特性，本发明提出了一种基于半动态交通流的充电站运营商参与日前市场竞价方法，基于用户均衡原则对充电站的充电负荷进行建模。

2、本发明采用如下的技术方案：

3、步骤1，建立配电网中基于市场出清的双层竞价模型，双层竞价模型的上层模型以充电站收益最大化为目标设置能够获得最大收益的充电价格；双层竞价模型的下层模型以电力系统运行成本最小为目标进行市场出清，获得充电站所在配电网节点的节点边际价格；

4、步骤2，根据各个充电站的充电价格，建立交通网半动态交通流分配模型，基于用户均衡原则获得各个充电站的充电负荷；

5、步骤3，将配电网中的双层竞价模型和交通网中的半动态交通流分配模型相互迭代，基于不动点理论，最终获得最优的竞价策略。

6、优选地，步骤1中所述的配电网双层竞价模型的上层模型目标函数具体为：

7、

8、约束条件包括：

9、

10、

11、式中：t为时间段集合；n为充电站集合；为充电站n在t时刻的充电价格；为充电站n在t时刻的购电价格；为充电站n在场景ω下t时刻的充电负荷；和分别为充电站n在t时刻的充电价格下限和上限；|n|表示充电站的总个数；ct为多个充电站在t时刻的平均充电价格。

12、优选地，步骤1中所述的配电网双层竞价模型的下层模型为市场出清模型，目标函数为：

13、

14、式中：πω为场景ω概率；nω为电网基础负荷场景集合；ψn为配电网节点集合；π(0)为配电网上级电网节点的子节点集合；aj为与节点j相连发电机的单位功率发电成本；为与节点j相连发电机在场景ω下t时刻的发电功率；为配电网与上级电网在t时刻的购电电价；p0j,t,ω为支路0j在场景ω下t时刻的传输功率。

15、进一步优选地，配电网双层竞价模型的下层模型为市场出清模型的目标函数包含四类约束条件，具体为：

16、1)功率平衡约束：

17、

18、

19、式中：pij,t,ω和qij,t,ω分别为场景ω下t时刻配电网支路ij的有功功率和无功功率；rij和xij分别为配电网支路ij的电阻和电抗；和分别为场景ω下t时刻配电网节点j处发电机的有功功率和无功功率；和分别为场景ω下t时刻配电网节点j处的有功负荷和无功负荷；lij,t,ω为场景ω下t时刻配电网支路ij的电流平方；为t时刻配电网节点j处的电动汽车充电负荷；为场景ω下t时刻配电网节点j的节点边际电价；与充电站相连的节点处的节点边际价格通过概率叠加就可以得到充电的购电价格

20、2)节点电压约束：

21、

22、式中：vi,t,ω为场景ω下t时刻配电网节点j的节点电压平方；

23、3)支路潮流约束：

24、

25、

26、

27、4)决策变量上下限约束：

28、

29、

30、

31、

32、式中：vi和分别为配电网节点i的节点电压平方下限和上限；为配电网支路ij的电流平方上限；pig和分别为配电网节点i处发电机有功功率的下限和上限；和分别为配电网节点i处发电机无功功率的下限和上限。

33、优选地，步骤2中的半动态交通流分配模型的目标函数为：

34、

35、式中：w为交通需求集合；y为半动态交通流分配模型的决策变量集合；和为t时刻燃油车和电动车从起点r行驶到终点s的最小通行成本；和为t时刻燃油车和电动车从起点r行驶到终点s的修正后的通行需求。

36、进一步优选地，半动态交通流分配模型的约束条件如下：

37、1)道路流量约束

38、

39、式中：xa,t为路径a在t时刻的交通流量；和分别为燃油车和电动车从起点r行驶到终点s可选路径k与道路a的关联系数，当其为1时，表示路径k与包含道路a，否则，路径k不包含道路a；

40、2)道路通行时间约束

41、

42、

43、

44、式中：为常规路径a的零流量通行时间；为充电路径a通行容量；为电动车在充电站的充电时间；为充电站的充电容量；分别为常规路径集合、充电站路径集合以及充电站旁路路径集合。

45、3)交通需求变化范围约束

46、

47、式中：为t时刻从起点r行驶到终点s的交通需求预测值；qr,s,t为t时刻从起点r行驶到终点s的交通需求实际值；和ζr,s,t分别为预测误差的上界和下界；和为0到1之间的变量，用来控制实际交通需求的向上向下偏差比例；γ为鲁棒参数，用来控制鲁棒模型的保守性。

48、4)燃油车交通需求修正约束

49、

50、

51、

52、

53、式中：为燃油车在t时刻从起点r行驶到终点s的初始交通需求。

54、5)电动车交通需求修正约束

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56、

57、

58、

59、式中：为电动车在t时刻从起点r行驶到终点s的初始交通需求。

60、6)燃油车、电动车通行成本约束

61、

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63、

64、

65、式中：α为单位时间成本；为充电站n在t时刻的充电价格；eb为单辆电动车的充电容量。

66、充电站的充电负荷与对应充电站路径的交通流量有关

67、优选地，步骤一中的下层模型基于了配电网原始负荷的不确定性，采用基于场景的随机优化处理此类不确定性。

68、优选地，步骤2中的交通网半动态交通流分配模型，基于了交通网通行需求的不确定性，采用鲁棒优化处理此类不确定性。

69、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，

70、1，本发明的充电站运营商参与日前市场竞价方法充分基于了电网和交通网的耦合特性，基于半动态交通流模型对充电站的充电负荷进行建模。

71、2，本发明方法在竞价过程中充分基于了电网原始负荷的不确定性和交通网中交通需求的不确定性，使最终得出的竞价策略更合理也更具有良好的指导作用。

72、3，本发明基于实际网络拓补图与配电拓补图以及各主体的收益以及成本制定能量市场竞价，具备极高的灵活性以及适应性，可通过更改对应的参数适应市场的突变以及政策的改变。