一种电动汽车参与的共享储能与微电网系统的优化配置方法

本发明属于微电网领域，具体涉及一种电动汽车参与的共享储能与微电网系统的优化配置方法。

背景技术：

1、新能源有着出力的不确定性与随机性等固有特性的缺点，在并入电网后，引起系统电压支撑能力不断下降，加重了电力系统的波动性和不确定性，且对其消纳的难度也随着装机容量的不断提高而不断增大。现在通过储能来解决新能源消纳问题，但是也有着配置储能的一次投资成本较高的问题及在所需储能在时间上的不确定性以及储能设备的利用率低的问题。

2、电动汽车作为一种新兴产品，拥有着良好的储能性能，却长时间处于闲置状态未被合理利用，因此，需要建立一套考虑多重因素影响电动汽车参与的共享储能与微电网系统的优化配置方法。

技术实现思路

1、基于以上问题，本发明提供一种电动汽车参与的共享储能与微电网系统的优化配置方法，解决了单独配置储能设备投资成本高的问题。

2、本发明所采用的技术方案如下：一种电动汽车参与的共享储能与微电网系统的优化配置方法，包括双层优化配置模型，上层模型为电动汽车参与的共享储能运营商运行模型，以共享储能运营商为主体，将闲置的电动汽车当成移动储能为共享储能使用者进行服务，依据用户的负荷信息，控制电动汽车的充放电行为；下层模型为微电网最小运行成本模型，通过采用共享储能的方式来节约自身成本，所述的上层模型构建方法如下：

3、(1)上层模型目标函数

4、为了保障共享储能运营商的利益，将上层模型的目标函数设置为共享储能运行商的日均成本，以共享储能运营商的一天为研究周期，目标是其日运行成本达到最小；将共享储能运营商的成本分为两部分：配置储能成本和买卖电价成本；其中配置储能成本包括储能电站的日平均投资与运维成本和电动汽车聚合成本，买卖电价成本包括共享储能运营商向上级电网购电成本、与下层微电网买卖电成本以及向微电网收取相关手续费，目标函数为：

5、min cess＝cinv+cbuy+cess,s-cess,b-cserve+cev  (1)

6、式中，cinv是储能电站的日平均投资与运维成本，单位：元；cbuy是向电网购电费用，单位：元；cess,s是微电网售电费用，单位：元；cess，b是微电网购电费用，单位：元；cserve是共享储能服务费，单位：元；cev是电动汽车聚合成本，单位：元；

7、其中，cinv的表达式为：

8、

9、式中，ηp是储能电站的功率成本系数，单位：元/kw；ηs是储能电站的容量成本系数，单位：元/kwh；是储能电站的最大的充放电功率，单位：kw；是储能电站的最大容量，单位：kwh；ts是储能电站预期的使用天数；mess是储能电站日均维护成本，单位：元；

10、其中，cbuy的表达式为：

11、

12、式中，是电网在t时段的电价，单位：元/kwh；ptbuy是共享储能运营商在t时段从电网处购电功率，，单位：kw；δt是调度时段，单位：小时；

13、其中，cess,b的表达式为：

14、

15、式中，δt是微电网在t时段从共享储能运营商处购电电价，单位：元/kwh；是微电网i在t时段向共享储能运营商处购电功率，单位：kw；

16、其中，cess,s的表达式为：

17、

18、式中，λt是微电网在t时段从共享储能运营商处售电电价，单位：元/kwh；是微电网i在t时段向共享储能运营商处售电功率，单位：kw；

19、其中，cserve的表达式为：

20、

21、式中，θt是微电网在t时段向共享储能运营商处缴纳的储能服务费单价，单位：元/kw h；

22、其中，cev的表达式为：

23、

24、式中，nev是每天参与共享储能服务的电动汽车数量；ρi是第i类电动汽车的历史经验分布；χi,t是第i类电动汽车第t时段的聚合费用，单位：元/kwh；是第i类电动汽车在t时段充电功率，单位：kw；ηev,ch是电动汽车充电效率；是第i类电动汽车在t时段放电功率，单位：kw；ηev,dis是电动汽车放电效率；

25、(2)上层模型约束条件

26、上层模型中约束条件需要考虑共享储能运营商建设的独立的储能电站和聚合的电动汽车的运行约束；当电动汽车作为移动储能时，需要电动汽车在储能运营商处进行充放电行为来为其供能，因此电动汽车参与共享储能时需要满足最大充放电功率的约束，如下所示：

27、

28、

29、式中，是第i类电动汽车最大的充电功率，单位：kw；是第i类电动汽车最大的放电功率，单位：kw；

30、为了保护电动汽车动力电池，规定不同电动汽车电池容量上下限约束为：

31、

32、式中，是第i类电动汽车电池处于安全范围内的电量下限，单位：kwh；是第i类电动汽车在t时段的电量，单位：kwh；是第i类电动汽车电池处于安全范围内的容量上限，单位：kwh；

33、由于电动汽车电池电量具有连续性，每类电动汽车从到达充电站到离开充电站时的容量关系的等式约束为：

34、

35、考虑到需要满足参与共享储能的车主的出行需求，要求电动汽车在最后一个调度时段的电池soc要达到期望值，电动汽车到达时间电量以及离开时间电量约束为：

36、

37、

38、式中，是第i类电动汽车在第一个调度时段前的电池电量，单位：kwh；是第i类电动汽车动力电池入网的初始电量，单位：kwh；是第i类电动汽车最后一个调度时段后的动力电池电量，单位：kwh；是第i类电动汽车车主的期望电量，单位：kwh；

39、在聚合海量电动汽车后，共享储能运营商会依据聚合电动汽车的储能资源的多少和微电网用户需求的储能资源的多少来判断是否需要额外配置储能电站，共享储能运营商配置储能电站需要满足储能电站的容量与额定功率成正比，储能电站的倍率约束为：

40、

41、式中，β是独立储能电站的能量倍率；

42、共享储能运营商独立配置的储能电站具备连续性荷电状态性质，其表达式为：

43、

44、式中，是储能电站在t时段的电量，单位：kwh；ηch是储能电站的充电效率；ηdis是储能电站的放电效率；ptess,ch是储能电站在t时刻充电功率，单位：kw；ptess,dis是储能电站在t时刻放电功率，单位：kw；

45、储能电站的初始状态表达式为：

46、

47、式中，是储能电站在第一个调度时段的电量，单位：kwh；是储能电站初始电量，单位：kwh；

48、为提高储能电站使用寿命，保障储能设备的安全，需要对储能电站的容量进行限制，对其容量的上下限约束为：

49、

50、储能电站充放电上下限约束为：

51、

52、

53、考虑到储能电站不存在同时充放电的情况，相关约束为：

54、ptess,chptess,dis＝0  (20)

55、共享储能运营商与电网交互上下限功率约束为：

56、

57、式中，ptbuy是共享储能运营商在t时刻从电网购电功率，单位：kw；是共享储能运营商从电网购电功率的最大值，单位：kw；

58、共享储能在运行中包括有电动汽车的充放电和与电网和微电网用户的交互，因此共享储能功率平衡约束为：

59、

60、所述的下层模型构建方法如下：

61、(1)下层模型目标函数

62、用户根据共享储能运营商提供的服务，优化自身对电网以及运营商的售购电量、自身机组出力行为来保障自身运行成本最低，其中微电网用户组运行成本最低的目标函数表示为：

63、min cmeg＝cgrid+cfuel+cess,b-cess,s+cserve  (23)

64、式中，cgrid是微电网用户组向电网购电费用，单位：元；cfuel是微电网用户组购买燃气费用，单位元；

65、其中，cgrid的表达式为：

66、

67、式中，是微电网用户i在t时段向电网购电功率，单位：kw；

68、其中，cfuel的表达式为：

69、

70、式中，cgas是燃气的价格，单位：元/m3；是微电网用户i在t时段燃气轮机的输出功率，单位：kw；是微电网用户i在t时段燃气锅炉的输出功率，单位：kw；ηgt是燃气轮机的效率；ηgb是燃气锅炉的效率；lng是燃气热值，单位：kwh/m3；

71、(2)下层模型约束条件

72、微电网各个用户的运行需要满足功率平衡约束以及系统设备运行约束以满足内部的稳定运行，需要在满足各种负荷的条件下，平衡电量和燃气的输入，微电网用户内部的能量平衡分为电功率、热功率和冷功率平衡，其中能量平衡约束如下式所示：

73、

74、

75、

76、式中，是微电网用户i在t时段风力发电机组输出功率，单位：kw；是微电网用户i在t时段光伏发电设备输出功率，单位：kw；是微电网用户i在t时段电制冷机消耗功率，单位：kw；是微电网用户i在t时段电负荷功率，单位：kw；是微电网用户i在t时段换热装置输出功率，单位：kw；是微电网用户i在t时段热负荷功率，单位：kw；ηec是电制冷机的能效比；是微电网用户i在t时段吸收式制冷机的输出功率，单位：kw；是微电网用户i在t时段冷负荷功率，单位：kw；

77、各个微电网用户与共享储能运营商之间的售购电功率需要满足充放电平衡约束，功率平衡约束如下式所示：

78、

79、式中，ptess,relea是共享储能运营商与在t时刻向微电网用户组放电功率，单位：kw；ptess,abs是共享储能运营商与在t时刻向微电网用户组充电功率，单位：kw；

80、微电网中的余热锅炉有余热平衡约束，余热平衡约束公式如下式所示：

81、

82、式中，ηhx是热装置的效率；ηac是吸收式制冷机的能效比；γgt是燃气轮机的热电比；ηwh是余热锅炉的效率；

83、微电网内部各设备在正常运行时，其输出功率需要满足微电网允许输出范围的约束，微电网内部设备出力范围约束公式如下所示：

84、

85、

86、

87、

88、

89、式中，是燃气轮机输出功率最小值，单位：kw；是燃气轮机输出功率最大值，单位：kw；是电制冷机输出功率最小值，单位：kw；是电制冷机输出功率最大值，单位：kw；是换热装置输出功率最小值，单位：kw；是换热装置输出功率最大值，单位：kw；是燃气锅炉输出功率最小值，单位：kw；是燃气锅炉输出功率最大值，单位：kw；是吸收式制冷机输出功率最小值，单位：kw；是吸收式制冷机输出功率最大值，单位：kw；

90、为满足用电需求，微电网用户从共享储能运营商和电网公司处购电，微电网用户向电网售电，用户将剩余电能通过共享储能充电的方式来向共享储能运营商处售卖电能或者弃电，微电网用户从电网处购电功率约束以及从共享储能运营商处购售电功率约束公式如下式所示：

91、

92、

93、

94、式中，是微电网用户从电网处购电的最大功率，单位：kw；是微电网用户与共享储能运营商间最大交互功率，单位：kw；

95、将所述的双层优化配置模型建立完毕后，对所述的双层优化配置模型转化为单层模型进行求解，方法如下：收集各微电网系统和共享储能运营商的相关信息，包括微电网用户负荷和新能源发电数据，微电网内部可控设备相关参数、电网电价、电动汽车数量和运行状态；通过kkt条件，将下层模型转化为上层模型的等价约束条件，并加入到上层模型中，将双层模型转化为单层模型；依据big-m法，将单层模型的非线性约束部分线性化，得到单层线性模型，该模型通过商业求解器cplex进行直接求解，得到上下层模型的决策变量，最后获取储能配置和微电网运行状态的信息。

96、进一步的，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器处理执行所述计算机程序实现如上所述的优化配置方法的步骤。

97、本发明具有的优点及有益效果如下：本发明可以将闲置的电动汽车作为储能设备利用起来，在不影响电动汽车车主的正常使用下将电动汽车动力电池当成储能资源，提高电动汽车利用率，并且可以减少各微网从电网购电或购气的运营成本，可以减少独立配置储能的容量，显著降低了多微网用户系统的日运行成本，以降低成本，提高收益。