一種含高滲透率光電微電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車優(yōu)化調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種含高滲透率光電微電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車優(yōu)化調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力行業(yè)是節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域，作為節(jié)能減排的最佳途徑之一，電動(dòng)汽車 (electric vehicle,EV)產(chǎn)業(yè)獲得了迅速的發(fā)展，逐漸成為智能電網(wǎng)領(lǐng)域不可或缺的重要 組成部分。電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)(Vehicle to Grid,V2G)概念的提出，使得大規(guī)模電動(dòng)汽車入 網(wǎng)將對電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行W及電力市場的運(yùn)營產(chǎn)生深刻影響。然而，在發(fā)電側(cè)一次能源 仍W煤炭為主的情形下，EV直接接入電網(wǎng)充電，會(huì)帶來大量的間接碳排放，相比傳統(tǒng)燃油汽 車，難W體現(xiàn)其節(jié)能減排優(yōu)勢。現(xiàn)階段，W光電為代表的新能源的戰(zhàn)略地位開始由目前的補(bǔ) 充能源上升至替代能源，裝機(jī)容量迅速提升。
[0003] 從當(dāng)前發(fā)展情況來看，通過調(diào)整電網(wǎng)側(cè)一次能源結(jié)構(gòu)的途徑實(shí)現(xiàn)對大規(guī)模光電的 消納會(huì)大幅增加電網(wǎng)改造成本，而W微電網(wǎng)為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)EV對光電的集成利用，將成為未來 大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)的主要方式之一，相對于傳統(tǒng)電網(wǎng)，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在:實(shí)現(xiàn)高滲透 率的光電接入，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。EV與光伏發(fā)電的本地化協(xié)調(diào)控制更有利于EV 備用功能的發(fā)揮W及系統(tǒng)電能質(zhì)量和穩(wěn)定性的提高。
[0004] 光伏發(fā)電的出力特性導(dǎo)致其規(guī)模化利用將給系統(tǒng)帶來巨大挑戰(zhàn)，為了滿足系統(tǒng)的 安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行W及供電電能質(zhì)量要求，已出現(xiàn)嚴(yán)重的棄光現(xiàn)象。含高滲透率光電并網(wǎng)型微 電網(wǎng)中，有效的調(diào)度和控制為手段充分發(fā)揮EV集群的儲(chǔ)能作用成為最大限度提高光伏發(fā)電 利用率、體現(xiàn)EV與大規(guī)模光電協(xié)同增效利用的關(guān)鍵。文獻(xiàn)"含電動(dòng)汽車換電站的微電網(wǎng)孤島 運(yùn)行優(yōu)化"，電力自動(dòng)化設(shè)備，2012,32(5)的研究表明，EV換電站作為儲(chǔ)能可W提高微電網(wǎng) 的可再生能源接納能力和可靠性，并更具經(jīng)濟(jì)性，但較少設(shè)及含高滲透率光電并網(wǎng)型微電 網(wǎng)環(huán)境下EV與光伏的協(xié)同增效模型；文獻(xiàn)"Economic impacts of small-scale own generating and storage units,曰nd electric vehicles under different demand response strategies for smart households"，Applied Energy，126(2014)針對智會(huì)長家 居，W需求響應(yīng)視角進(jìn)行了EV、光伏和儲(chǔ)能集成利用的經(jīng)濟(jì)性分析，為EV和可再生能源的協(xié) 同利用研究提供了借鑒，但屬于集中式優(yōu)化，優(yōu)化效率仍存在提升空間；文獻(xiàn) "Adecentr曰Iized ch曰rging control strategy for plug-in electric vehicles to mitig曰te wind farm intermittency 曰nd enhance frequency regul曰tion''，Journal of Power Sources,248(2014)提出EV的分散式控制方法，并據(jù)此側(cè)重研究了EV的平抑風(fēng)電出 力波動(dòng)W及調(diào)頻作用，其并未著眼于提高光伏并網(wǎng)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種含高滲透率光電微電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車優(yōu)化調(diào)度方法，本發(fā)明針對 含EV集群、高滲透率光電的并網(wǎng)型微電網(wǎng)，研究了 EV與大規(guī)模光電協(xié)同增效利用的方法，提 出的電動(dòng)汽車優(yōu)化調(diào)度方法，更加符合光伏發(fā)電情況，從而提升光電利用率、提高微電網(wǎng)的 經(jīng)濟(jì)效益;基于光伏出力信息的虛擬費(fèi)用理論，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了電動(dòng)汽車集群的非合作 充放電（Non-cooperative Qiarging and Discha;rging，NCD)博弈模型，推導(dǎo)出博弈模型納 什均衡與集中式優(yōu)化模型最優(yōu)解的一致性。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種含高滲透率光電微電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車優(yōu)化調(diào)度方法，所述的微電網(wǎng)由高滲透 率光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、常規(guī)負(fù)荷和電動(dòng)汽車集群構(gòu)成，常規(guī)負(fù)荷和電動(dòng)汽車集群的充 電負(fù)荷構(gòu)成微電網(wǎng)總負(fù)荷，電動(dòng)汽車集群由若干電動(dòng)汽車構(gòu)成，電動(dòng)汽車既可作為充電負(fù) 荷又可作為移動(dòng)儲(chǔ)能單元向微電網(wǎng)供電，微電網(wǎng)內(nèi)的高滲透率的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng) 和作為移動(dòng)儲(chǔ)能單元時(shí)的電動(dòng)汽車優(yōu)先給微電網(wǎng)供電，富余的電量送到地區(qū)大電網(wǎng)，當(dāng)微 電網(wǎng)供電不足時(shí)，再從地區(qū)大電網(wǎng)購電，W滿足微電網(wǎng)總負(fù)荷的需求;包括W下步驟：
[000引SI:將全天2地均分為J個(gè)時(shí)段，對于任意第k時(shí)段，有ke{l，2，. . . J}，且第k時(shí)段 的時(shí)長為At,獲取光伏發(fā)電的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度信息、儲(chǔ)能系統(tǒng)的蓄電池容量信息W及 微電網(wǎng)的常規(guī)負(fù)荷信息；
[0009] S2:記錄當(dāng)前接入微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車的電池信息和客戶充電需求信息；
[0010] S3:根據(jù)步驟S1、S2獲取的信息基于虛擬費(fèi)用構(gòu)建電動(dòng)汽車集群的NCD博弈模型；
[0011] S4:求解所構(gòu)建的NCD博弈模型，W最大化利用光伏發(fā)電為目的，獲取電動(dòng)汽車的 最優(yōu)充放電計(jì)劃，W實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)電動(dòng)汽車的優(yōu)化調(diào)度。
[0012] 進(jìn)一步，本發(fā)明步驟S2中用一個(gè)屯維行向量記錄電動(dòng)汽車的電池信息和客戶充電 需求信息，假設(shè)接入微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車的總數(shù)為N，對于任一電動(dòng)汽車IE U，2，. ..，N}，則 有：
[001；3]Xl=[Tin,l，Tcmt,l，S0,l，&,l，Qs,l，PG,l，Pd,l](l)
[0014]式中；
[001引 Tin,l、T0ut,l分另懐示電動(dòng)汽車1接入微電網(wǎng)的時(shí)間和預(yù)期離開微電網(wǎng)的時(shí)間；
[0016] 8日,1、5￡,1分別表示電動(dòng)汽車1的電池的起始50(：(5*日*6(^化日巧日，荷電狀態(tài)，電池 剩余能量與電池容量的比值)和離開微電網(wǎng)時(shí)客戶期望電池達(dá)到的S0C，0 < S〇,i < 1、0 < Se,i <1;
[0017] Qs,康示電動(dòng)汽車I的電池容量；
[0018] Pc, 1、Pd, 1分別表示電動(dòng)汽車1的額定充、放電功率。
[0019] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟S3具體包括W下步驟：
[0020] S31. W所有接入微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車和微電網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的蓄電池為博弈參與者， 即決策主體U=U，2,...，N，化1}，構(gòu)建任一博弈參與者ieU的充放電計(jì)劃模型；
[0021] 對于博弈參與者之一的電動(dòng)汽車1，其在全天J個(gè)時(shí)段內(nèi)的充放電計(jì)劃可表示如 下：
[0022] Pi=(Pi(l)，...，Pi(k)，...,Pi(J)) (2)
[0023] 其中，P功電動(dòng)汽車1的充放電計(jì)劃;Pi化)表示第k時(shí)段，電動(dòng)汽車1的充放電功率；
[0024] 視電動(dòng)汽車1的電池 W恒功率充放電，忽略電池自身放電的影響，建立電動(dòng)汽車1 的電池模型和約束條件分別如下：
[0025] Si(k) = Si化-l)+Pi(k)ri(Pi化））At/Qs,i (3)
[0026] Sev,min ^ Sl(k) ^ SEV,max (4)
[0027] -Pd,I 非I化H Pc,I (5)
㈱
[0029] 其中；
[0030] 式(3)是電動(dòng)汽車1的電池模型，Si化-1 )、Si化)分別表示電動(dòng)汽車1的電池在第k-1 個(gè)和第k個(gè)時(shí)段的SOC，Tl (Pi化)）表示第k時(shí)段的電動(dòng)汽車1的充放電效率；
[00川 Sev,max、SEV,min分別為電動(dòng)汽車1的電池的SOC的最大值和最小值；
[0032 ]式(4 )、（ 5)分別為電動(dòng)汽車1的電池的SOC的約束和充放電功率Pi化)的約束；
[0033] 式(6)表示客戶充電需求的約束，即電動(dòng)汽車1如約離開時(shí)，電動(dòng)汽車1的電池的 SOC需滿足客戶期望；
[0034] 微電網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的蓄電池是另一個(gè)博弈參與者，可視為一類無充電負(fù)荷需求的 特殊"電動(dòng)汽車"，其充放電計(jì)劃和約束條件可類比于式(2)、式(4)~(5);此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)的 蓄電池需滿足的等式約束為：
仍
[0036] 即全天J個(gè)時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的蓄電池的總充、放電電量需相等W滿足充放電的循 環(huán)，式中吃(幻、/石(A)分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的蓄電池的充、放電功率;riBE、riBd分別表示儲(chǔ)能系 統(tǒng)的蓄電池的充、放電效率；
[0037] S32.生成所有博弈參與者的策略空間，即生成所有博弈參與者的充放電計(jì)劃集合 化，口2^''爪，..'而而+1]，其中口1=化（1)爪(2)，...口1化），...爪〇))表示博弈參與者1 在J個(gè)時(shí)段內(nèi)充放電計(jì)劃的集合，Pi(k)表示博弈參與者i在第k個(gè)時(shí)段的充放功率;在生成 策略空間的過程中，除了考慮步驟S31中如式(4)~(7)所述的博弈參與者的運(yùn)行約束外，還 應(yīng)考慮微電網(wǎng)與地區(qū)大電網(wǎng)之間的關(guān)系約束，主要包括：
(8)
[0040] 式(8)表示微電網(wǎng)與地區(qū)大電網(wǎng)之間的功率傳輸平衡約束，其中，時(shí)V化)表示第k時(shí) 段，高滲透率光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏發(fā)電輸出功率，Pgrid (k)表不第k時(shí)段微電網(wǎng)與地區(qū)大電 網(wǎng)的交互功率，Pgrid化)〉0表示微電網(wǎng)從地區(qū)大電網(wǎng)購電，Pgrid化)<0表示微電網(wǎng)向地區(qū)大電 網(wǎng)倒送輸電，Lb化)表示第k時(shí)段微電網(wǎng)的常規(guī)負(fù)荷；
[0041] 式(9)表示微電網(wǎng)向地區(qū)大電網(wǎng)倒送輸電的倒送功率約束，其中，PgridDUt表示微電 網(wǎng)向地區(qū)大電網(wǎng)倒送輸電的倒送功率，PgridDUt,max為倒送功率允許的最大值；
[0042] 綜上，對于任一博弈參與者i的策略空間化可表示為：
[0043] 化={Pi I constraint^), (4),巧），（6), (7), (8), (9)} (10)
[0044] 式（10)表示博弈參與者i的策略空間Pi包括博弈參與者i在J個(gè)時(shí)段內(nèi)的充放電計(jì) 劃集合W及所要滿足的約束(Constraint)條件:式(2)、式(4)~式(9);
[0045] S33.電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)的蓄電池接入微電網(wǎng)后，計(jì)算博弈參與者i在J個(gè)時(shí)段內(nèi) (11) 獲得的虛擬利益;首先計(jì)算所有博弈參與者i的總虛擬利益：
[0047]式中；
[004引 丫 a表示總虛擬利益；丫 i表示博弈參與者i的虛擬利益；
[0049] 丫化B化），k)=〇(LB(k)-Ppv(k))2表示第