一种基于时空定价策略的集群充电负荷双层优化调度方法与流程

本发明属于电网运行，具体涉及一种基于时空定价策略的集群充电负荷双层优化调度方法。

背景技术：

1、随着城市建设的持续推进，电网规模不断扩大，一方面，用电负荷屡创新高。电源点向城市负荷中心的潮流输送断面承担着越来越大的重过载风险；另一方面，负荷峰谷差持续增大，电力系统面临着巨大的调峰压力。电动汽车的大量普及以及车网互动技术的发展，其作为一种灵活性资源，具有非常大的需求响应调节的潜力，研究电动汽车的充放电定价策略对于引导电动汽车参与电网调节缓解电网断面潮流阻塞、减少负荷峰谷差具有重要意义。

2、目前，国内外学者针对电动汽车行为特性和优化调度策略开展了大量研究。在电动汽车行为特性的研究方面，一部分学者将电动汽车作为可调节负荷参与电网响应；一部分学者考虑电动汽车向电网反馈送电(v2g)模式，将电动汽车作为分布式储能电源响应电网负荷调节；另外一部分学者考虑电动汽车的空间转移行为及其对电网负荷分布的影响。在优化调度策略方面：一部分研究站在电动汽车用户角度，以电动汽车经济运行为目标，有的还考虑了电池寿命损耗和用户满意度；另一部分研究站在电网角度，以电网的安全稳定和经济运行为目标。电动汽车的调度方式以电价激励为主，主要有分时电价和实时电价两种模式。

3、现有研究表明，通过合理引导电动汽车的充放电行为，可以达到改善断面阻塞、提高电网安全稳定运行的目标。但现有研究尚存在以下不足：(1)针对电动汽车充放电定价策略的研究相对较少；(2)缺少对电网安全稳定运行和电动汽车参与者多方利益的统筹兼顾；(3)尚无利用电动汽车的空间转移特性来改善电网断面潮流的针对性研究。

4、因此，现阶段需设计一种基于时空定价策略的集群充电负荷双层优化调度方法，来解决以上问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于时空定价策略的集群充电负荷双层优化调度方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，改善电网安全稳定运行、减小峰谷差。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种基于时空定价策略的集群充电负荷双层优化调度方法，包括以下步骤：

4、s1：考虑电动汽车的分类，分析不同类型的电动汽车的充放电行为特征；

5、s2：考虑电动汽车集群的概念，分析电动汽车集群时空转移的机理；

6、s3：分别以电网负荷峰谷差最小、电动汽车的调节成本最低、碳排放量最小为单目标，建立用于缓解断面潮流阻塞以及减小电网负荷峰谷差的电动汽车双层时空定价优化模型的目标函数；

7、s4：考虑电动汽车的实际充放电需求以及电网实际运行条件，建立包括电动汽车电池电量约束、充放电功率约束、充放电状态约束、电动汽车集群入网与离网条件约束、电动汽车空间转移约束、聚合商充放电功率上下限约束、调节成本约束的电动汽车调节约束，以及包括电力供需平衡约束、网络安全约束、机组出力上下限约束、火电机组爬坡约束、水电库容和出力约束、系统旋转备用约束的电网运行约束的数学模型；

8、s5：基于电力系统时序生产模拟方法，建立面向电网断面潮流阻塞缓解、电网负荷峰谷差减小的电动汽车双层时空定价优化运行模型。

9、进一步的，步骤s1具体如下：

10、电动汽车分为公交车、出租车、私家车和公务车四类，充放电行为特征如下；

11、(1)公交车：车型统一，通常一天两充或三充，充电时段固定，分为上午、下午和晚上三个时间点，每日入网时间和充电地点固定，时空转移能力弱；

12、(2)出租车：运营时间长，采用一天两充的方式，充电特征分为白天快充、夜晚正常充电两种方式，白天充电地点灵活，是充电负荷空间转移、缓解断面潮流阻塞的优质资源；

13、(3)私家车和公务车：车型多，日行驶里程小于续航里程，通常采用一天一充或多天一充的方式，充电地点固定，为住宅小区或工作单位，分为白天快充晚上慢充两种方式，这两类电动汽车空间转移能力弱，时间转移能力强。

14、进一步的，步骤s2具体如下：

15、电动汽车集群的时空转移机理如下；

16、(1)电动汽车集群：电动汽车在入网时间、入网地点、充电电量、离网时间方面存在相似性，呈现一定的群体特性，可聚合为一个群体进行调控；

17、(2)电动汽车集群时空转移机理：通过在不同时间段和不同地点设定不同的充放电电价，引导电动汽车集群进行时空转移；

18、1)充电时间转移：通过设置合理的峰谷电价，引导晚高峰期间部分电动汽车充电负荷转移至凌晨负荷低估时段进行充电；

19、2)v2g调节：在电网负荷高峰期间以有偿的方式提倡电动汽车负荷向电网反送电，待凌晨电网负荷低估期间进行充电；

20、3)空间转移：目的是改善电网负荷分布，缓解部分断面潮流重过载。

21、进一步的，步骤s3具体如下：

22、建立用于缓解断面潮流阻塞及减小负荷峰谷差的电动汽车双层时空定价优化模型的目标函数，即

23、min f1＝f1+f2+f3

24、式中，f1、f2、f3、分别为调度周期内电网负荷峰谷差、电动汽车调节成本、系统碳排放量；

25、对于电网负荷峰谷差，

26、将电网负荷分为两部分：可调度电动汽车负荷，去除可调节电动汽车负荷后的其他常规负荷，并设后者是不可调节的，通过负荷预测获取；

27、f1＝max{psum(t)}-min{psum(t)}

28、

29、式中，pload(t)为常规负荷在t时段的预测数值，pp(i，t)和pg(i，t)分别为第i个电动汽车集群在t时段从电网吸收的充电功率、向电网返回的放电功率，k为模型中电动汽车集群总数；

30、对于电动汽车调节成本，

31、电动汽车参与电网调节的成本：1)电动汽车空间转移所消耗的时间；2)相对于常规充电方式所额外消耗的净电量；

32、f2＝ft+fe

33、

34、

35、式中：ft为时间成本，troad(k，m)为电动汽车从聚合商k转移到聚合商m处所需花费的时间，为时间成本系数；fe为电量成本，nt为调度时段数，δt为调度时段时长，e0(i)为第i个电动汽车集群以常规方式充电所消耗的总电量，c为单位电度成本系数，即生产一度电所对应的成本；其中，常规方式充电是指：电动汽车接入电网即按照设定的恒定功率进行充电，直到充至所需电量，不参与电网激励与调节；

36、对于电力系统碳排放量，

37、电力生产过程中的碳排放量由火电机组贡献；火电机组在单位时间的碳排放量和机组出力成二次函数关系，总碳排放量计算如下所示：

38、

39、式中：pi，t为第i号火电机组在t时段的出力，ai，2、ai，1和ai，0分别机组碳排放量系数，g为火电机组数量。

40、进一步的，步骤s4中，电动汽车调节约束具体如下：

41、(1)电池电量约束，

42、

43、式中：e(i，t)为第i个电动汽车集群在t时段末的电池电量，ηp和ηg分别为充电和放电效率；

44、(2)充放电功率约束，

45、0≤pp(i，t)≤p(i，t)pp，max(i)

46、0≤pg(i，t)≤g(i，t)pg，max(i)

47、式中：pp，max和pg，max分别为第i个电动汽车集群的最大充电功率、最大放电功率；p(i，t)和g(i，t)为0-1变量，表示该集群在t时段是否充电、放电；

48、(3)充放电状态约束，

49、

50、该约束条件限制电动汽车充放电不能同时进行，且中间相隔至少2个时段，

51、(4)电池电量上下限约束，

52、emin(i)≤e(i，t)≤emax(i)

53、式中：emax(i)、emin(i)为第i个电动汽车集群电池电量的上、下限；emax(i)设定为电池额定容量的80％-95％，emin(i)设定为电池额定容量的5％-20％；

54、(5)电动汽车集群入网和离网条件约束，

55、e(i，tin(i))＝ein(i)

56、e(i，tout(i))＝eout(i)

57、p(i，t)＝g(i，t)＝0

58、t≤tin(i)|t＞tout(i)

59、式中：tin(i)和tout(i)为第i个电动汽车集群入网时间和约定的离网时间；在本模型中均默认为对应调度时段末；ein(i)和eout(i)分别为入网时的电池电量和约定离网时的电池电量；上式表示，电动汽车集群只有在网的时候才能进行充放电行为；

60、(6)电动汽车空间转移约束，

61、当一辆电动汽车从聚合商k转移到聚合商m进行充电时，满足以下约束条件：

62、tin(i)＝tin(i′)+troad(k，m)

63、ein(i)＝ein(i′)-ω(i)troad(k，m)

64、式中：tin(i′)和ein(i′)为第i个电动汽车集群在不考虑空间转移时的入网时间和入网电量，ω(i)为电量消耗系数；

65、(7)聚合商充放电功率上下限约束，

66、

67、式中：ωj表示在第j个聚合商处进行充放电所有电动汽车集合，pp，union，max(j，t)和pg，union，max(j，t)分别为第j个聚合商在t时段能够与电网交换的最大充、放电功率；

68、(8)充电成本约束，

69、通过约束条件限制电动汽车集群在响应电网调节后的总充电成本不增加：

70、

71、

72、式中：cc(i)为第i个电动汽车集群支付的净充电电费，c0(i)为常规充电方式下的电费，cp(i，t)和cg(i，t)分别为第i个电动汽车集群在t时段的充、放电电价。

73、进一步的，步骤s4中，电网运行约束具体如下：

74、(1)电力供需平衡约束，

75、

76、式中，psource(i，t)为第i台机组在t时段的出力；

77、(2)网络安全约束，

78、

79、式中，pl，km(t)为线路km在t时段的潮流，为线路km的传输功率上限；

80、(3)发电机组出力上下限约束，

81、

82、式中，和psource(i)分别为第i台机组的出力上下限；

83、(4)火电机组的爬坡约束，

84、|pth(i，t)-pth(i，t-1)|≤r(i)δt

85、式中，pth(i，t)为第i台火电机组在t时段的出力，r(i)为爬坡速率；

86、(5)水电站的库容约束，

87、v(i，t)-v(i，t-1)＝δt[qin(i，t)-qout(i，t)]

88、式中，v(i，t)为第i个水库在t时段末的蓄水量，qin(i，t)、qout(i，t)分别为该时段的平均汇入流量、泄流量；

89、(6)为水电机组出力约束，

90、ph(i，t)＝ηρgh[qout(i，t)-qwaste(i，t)]

91、式中，ph(i，t)为第i台水电机组在t时段的出力，η为水电机组发电效率，ρ为水的密度，g为重力加速度，h为平均水头高度，qwaste(i，t)为该时段弃水量；

92、(7)系统旋转备用约束，

93、

94、

95、式中，l+％和l-％分别为系统正负旋转备用容量系数，su(i，t)和sd(i，t)分别为机组i在t时段能够提供的正、负旋转备用容量。

96、计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时实现如上述的一种基于时空定价策略的集群充电负荷双层优化调度方法。

97、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

98、本方案其中一个有益效果在于，分析了不同类型的电动汽车的充放电行为特征，根据入网充电时间、空间位置、充电电量、离网时间等方面的相似性，提出了电动汽车集群响应的概念；揭示了电动汽车集群缓解电网潮流阻塞以及减小电网峰谷差的机理；建立了缓解电网断面潮流阻塞及减小负荷峰谷差的电动汽车双层时空定价优化模型；实现电网安全稳定运行优化、减小峰谷差。