一种面向电力市场统筹调度的虚拟电厂和电动汽车运营商协同议价方法

本发明属于电力市场优化调度领域，涉及一种面向电力市场统筹调度的虚拟电厂和电动汽车运营商协同议价方法，通过制定虚拟电厂与电动汽车运营商协同议价进行电能交互共享的方法，实现虚拟电厂与电动汽车运营商协调配合参与能量市场和调峰市场的日前竞标计划。

背景技术：

1、面对日益增长的电力需求以及能源紧缺和环境污染的严峻挑战，大力发展可再生能源，实现能源系统可持续转型势在必行，分布式电源(distributed energy resource，der)得到广泛使用。虚拟电厂(virtual power plant，vpp)作为新型电力市场参与主体，可以实现地理位置分散的各der聚合与协调优化，是一种利用市场驱动来实现der接入电力系统的友好手段。当vpp内部聚合成员分属于不同的利益主体时，在实现内外互动的同时还要考虑到各参与主体的利益，虚拟电厂运营商(virtual power plant operator,vppo)是实现内外互动的平台。

2、同时，作为缓解能源短缺难题与环境污染问题的方式之一，电动汽车凭借着绿色环保、节能高效的特点在近期得到迅速发展。据有关数据预测，到2030年我国电动汽车数量将以亿来度量。若不加有效规范与限制，配电系统将无法承受如此大规模的无序充电负荷。因此在电动汽车进入普及阶段前研究满足电动汽车大规模集体充电的有序充电方法至关重要。

3、现有研究在vpp优化调度方面，多集中在vpp对外整体参与电力市场的竞标决策、vpp内部聚合资源协调运行机制、多vpp竞价方法的研究等方面；在电动汽车充电行为方面，多集中在电动汽车建模、电动汽车驾驶人的行为习惯、电动汽车与电网交互方式的研究等方面。基于上述电动汽车与vpp共存于配电网的背景，现有研究没有涉及vpp与电动汽车运营商两者的电能交互共享模式，包括参与协同议价的范围，议价细则的制定等。同时，现有研究存在以下问题：靠分时电价引导电动汽车集群的有序充电方法会带来新的峰值负荷，以及vpp在个别时段受灵活性资源的限制因较小差额而达不到调峰市场准入门槛。与上述方法对比，本方法能够利用vpp与电动汽车协同议价进行电能交互共享产生的时空电量互补特性，充分挖掘灵活性资源的潜力，同时可以有效缓解电动汽车有序充电带来新峰值负荷的问题，以及解决vpp在个别时段由于差额较小而不能参与调峰市场竞标的问题，并充分挖掘灵活性资源的潜力，提升vpp及电动汽车用户的积极性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种vpp与电动汽车运营商日前协同议价参与能量市场和调峰市场的方法，以利用vpp和电动汽车集群电能交互共享产生的时空电量互补特性，缓解电动汽车集群有序充电带来新峰值负荷的问题，有效解决了vpp由于较小差额而达不到调峰市场准入门槛的难题，充分挖掘灵活性资源的潜力，提升vpp和电动汽车用户的积极性，实现双方互利共赢。

2、为达到上述目的，本技术采用以下技术方案：

3、一种面向电力市场统筹调度的虚拟电厂和电动汽车运营商协同议价方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤1：计算初始数据。所述的初始数据包括vpp在能量市场和调峰市场的日前竞标结果，及电动汽车集群日前在能量市场响应部分和未响应部分的充电结果。具体如下：

5、步骤1.1：计算得vppo带领多主体参与能量市场和调峰市场的日前竞标结果。

6、vpp聚集燃气轮机、储能、负荷、风电光伏。vppo为领导者，燃气轮机、负荷、储能分别为跟随者，其中负荷包含刚性负荷及可转移负荷。vppo与内部各主体利用价-量的主从博弈相联系：在已知外部市场及内部各主体基本信息的前提下，当vppo利用价格引导收到内部各主体的响应量后，vppo统筹协调进行功率调配，根据跟随者的响应量调整价格，继续向跟随者传递更新的价格信息，跟随者根据收到的价格重新调整自己的响应量，如此过程反复进行，直到达到均衡，得到vpp在能量市场和调峰市场的日前竞标结果。

7、步骤1.2：计算得电动汽车集群日前在配电网的有序充电结果，包括电动汽车集群响应部分和未响应部分的充电结果。

8、1.2.1电动汽车空间与时间出行规律

9、根据美国国家公路交通安全与管理局的数据，假设用户车辆的日总行驶里程d(d)服从对数正态分布，如式(1)所示，

10、lnd～n(μ,σ2)  (1)

11、其概率密度函数为，

12、

13、式中，μ和σ为正态分布n的分布参数，f为概率密度函数，d表示行驶里程，单位为km，用户车辆每日的停驻开始时间t服从混合对数正态分布，其概率密度函数如式(3)所示，

14、

15、式中，参数μa和σa分别为混合正态分布中第1个停驻高峰的时间均值和标准差，参数μb和σb分别为混合正态分布中第2个停驻高峰的时间均值和标准差，δ为第1个停驻高峰车辆占比，t表示停驻开始充电时间，单位为h。

16、1.2.2电动汽车有序充电策略

17、假设所有电动汽车驾驶人均采用慢充交流充电桩，忽略充电损耗，则单台电动汽车通过充电桩和电网的交互功率如式(4)所示，

18、

19、

20、将电动汽车集群中各辆电动汽车充电功率相叠加便得到了集群总充电功率，

21、

22、式中，tv为电动汽车所处的时间节点，tc为开始充电时刻，单位为h，pe为额定充电功率，单位为kw，pi为第i台电动汽车通过充电桩和电网的交互功率，单位为kw，di为第i台电动汽车的单日行驶距离，单位为km，dr为额定行驶里程，单位为km，ci为第i台电动汽车的额定电池容量，单位为kwh，li为第i台电动汽车的百km耗电量，单位为kwh/100km。

23、电动汽车集群中参与响应的电价敏感用户靠分时电价引导将充电负荷平移至低电价时充电，得到电动汽车集群日前在能量市场响应部分和未响应部分的充电结果。

24、步骤2：确定vpp与电动汽车运营商电能交互共享的范围。

25、电动汽车集群中部分价格敏感用户倾向于在低电价时充电来降低自身充电费用，即进行充电负荷的平移；而电价敏感用户中的未响应部分或电价不敏感用户则不改变用电方式，即达到停驻开始充电时间即刻开始充电，不进行充电负荷的平移。在电动汽车集群中，将电价敏感用户发生充电负荷平移的部分相叠加定义为与虚拟电厂电能交互共享的范围。对于没有实现充电负荷平移的部分，即未响应部分则不参加与vppo的电能交互共享过程，按着原计划从能量市场购电，其购电价格为从能量市场购电的价格，

26、

27、式中，分别为电动汽车集群价格敏感用户的响应部分以及未响应部分，单位为kw。

28、步骤3：确定vppo与电动汽车运营商协同议价实现电能交互共享的定价机制。

29、为了交易的合理性，需保证vpp及电动汽车运营商与之前各自参与电力市场相比较，即与步骤1.1及步骤1.2的结果相比较，均愿意增加本次两者之间的交易进行电能交互共享，在已有多微网交互的定价机制基础上制定协同议价的价格，如式(8)所示，

30、

31、其中，

32、

33、式中，为vppo和电动汽车运营商电能交互共享部分的交易价格，单位为rmb/kwh，为vppo在步骤1.1中得到的t时段向能量市场的售电功率，单位为kw，为在步骤2中确定的vppo与电动汽车运营商电能交互共享的范围，单位为kw，wt为比例系数，是与的比值。分别对应vppo从能量市场的购电价格和vppo向能量市场的售电价格，单位为rmb/kwh。

34、步骤4：根据步骤2电能交互共享的范围与步骤3协同议价的定价机制，vpp与电动汽车运营商之间进行电能交互共享，vppo的目标函数如下，

35、

36、式中，为vpp在内部的收益，单位为rmb，如式(11)所示，为vpp在能量市场获益，如式(12)所示，单位为rmb，为vpp在调峰市场获益，单位为rmb，如式(13)所示，

37、

38、

39、

40、式中，为vppo给电动汽车集群响应部分的售电价格，为vppo给内部灵活性资源参与调峰市场的补偿成本，为初始vppo带领多主体单独参与市场竞标时，即步骤1.1中vppo在内部各主体购售电所获收益，rvppo,b,e,rvppo,s,e为能量市场的购售电价格，单位为rmb/kwh，pvppo,b,e,pvppo,s,e为vppo向能量市场的购售电功率，单位为kw，rvppo,tf,pv,rvppo,tf,lv为调峰市场的削峰填谷价格，单位为rmb/kwh，为vppo参与调峰市场削峰填谷的部分，单位为kw。

41、约束条件，关于功率平衡约束如式(14)所示，

42、

43、式中，pwt,ppv为风电光伏出力预测值，单位为kw，pload0为初始负荷功率，单位为kw，分别为转移负荷，储能，电动汽车集群在能量市场的部分，单位为kw，pe-grid为vppo与能量市场交互的功率，单位为kw，若为正则表明向能量市场售电，若为负则表明从能量市场购电，关于vpp参与调峰市场的容量约束如式(15)-(17)所示，

44、

45、

46、

47、式中，为vpp参与调峰市场削峰填谷的功率，单位为kw，为vpp内部储能及柔性负荷参与调峰市场的削峰填谷功率，单位为kw，为电动汽车集群参与调峰市场的填谷功率，单位为kw，pess,pr,zy为储能及转移负荷的总功率，单位为kw，为步骤2确定的vpp与电动汽车运营商电能交互共享范围，单位为kw，u为0-1变量，若为0则表示不允许参与调峰市场，若为1则表示允许参与调峰市场。vpp参与调峰市场竞标时，要满足调峰市场的准入条件，其调峰竞标电量需大于调峰市场允许的最小投标容量，

48、

49、式中，为调峰市场的准入门槛，单位为kw。

50、采用粒子群算法对上述所列优化调度模型如公式(8)-(18)所示进行求解，具体如下，

51、1)输入基本参数，包括步骤1.1中vppo初始带领多主体参与能量市场和调峰市场的日前竞标结果、及步骤1.2中电动汽车集群初始在能量市场的有序充电结果、及能量市场的购售电价格、调峰市场的削峰填谷价格。

52、2)设置种群初始值及相应基本参数。

53、3)粒子群初始化。

54、4)粒子交叉变异。

55、5)判断是否达到精度，如果是则达到最优解，如果没有达到精度，则判断是否达到最大次数，如果达到最大次数则重新更新粒子参数，包括更新粒子的速度、位置，并回到3)，如果没有达到最大迭代次数则回到4)。最终得到采用本文所提方法后，vpp在能量市场和调峰市场的日前竞标结果，以及电动汽车集群日前在能量市场的充电结果。

56、与两者单独参与电力市场相比较，即与步骤1.1，步骤1.2结果相比较，在本文所提方法下，即增加了两者协同议价进行交互的过程后，根据上述优化调度模型，电动汽车集群在能量市场的充电情况，以及vppo在能量市场和调峰市场的竞标计划均进行了重新调整。

57、本发明提出了vpp与电动汽车运营商协同优化议价的方法，制定了两者电能交互共享的范围，协同议价过程中的定价机制，以及参与能量市场与调峰市场的竞标策略。

58、本发明与现有方法相比，其有益效果如下：

59、1)缓解了大规模电动汽车充电负荷给电网带来的冲击，减轻电网调控压力。2)增大灵活性资源的调节弹性，有效解决了vppo在个别时段由于差额较小而没有达到调峰市场准入门槛的难题。3)缓解了现存的电动汽车集群有序充电带来新的峰值负荷的问题，提高了vpp与电动汽车集群参与电力市场的积极性，实现了两者的互利共赢。