一种区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法

本发明涉及电动汽车充电站，尤其涉及一种区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法。

背景技术：

1、大规模风光能源与电动汽车规模化并网对电力系统运行提出了巨大的挑战。如何协调大量分布式的电动汽车充电站场参与虚拟电厂、需求响应，实现区域电网的供需平衡以及优化控制，是当前亟待解决的问题。由于电动汽车充电站的充放电负荷资源高度依赖电动汽车电池可用量，同时充电负荷高度不确定的情况下，如果不能有效调节站场的充电负荷，将对区域电网安全稳定运行产生负面影响。因此，开发适合大规模分布式电动汽车充电站特点的优化调度方法，实现对区域电网的有效辅助，是当前的研究热点。

技术实现思路

1、针对现有技术中的无法实现区域电网的供需平衡以及优化控制的不足，本发明提供一种区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，该方法从区域能源优化配置的角度出发，将区域内大量分布的电动汽车充电站视为一种可灵活调节的负荷与储能设备，通过协调优化区域内充电站的充放电计划，实现对区域内源、网、储、荷的动态平衡。

2、为实现上述目的，本发明提供一种区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，其包括以下步骤：

3、电力调度中心生成对应于各个区域代理的负荷调度指令；

4、各个所述区域代理根据所述负荷调度指令，评估各个所述区域代理的充电站的相似性，对类内距离最小的所述充电站聚类分组形成充电站群；

5、以所述充电站群和所述负荷调度指令的负荷差最小为目标，不断迭代更新所述充电站群的充放电功率，以匹配所述负荷调度指令。

6、如上所述的区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，进一步地，

7、电力调度中心根据获取的各个所述区域代理的充电站信息、约束条件、调度容量和总调度任务，以各个所述区域代理的运行成本最小为目标，建立电动汽车充电站资源调度模型并进行求解，生成对应于各个所述区域代理的负荷调度指令。

8、如上所述的区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，进一步地，对类内距离最小的所述充电站聚类分组形成充电站群，具体包括步骤：

9、①：初始化各个所述区域代理的电动汽车充电站在时段内电动汽车充放电站信息矩阵：

10、

11、其中，表示分类编号，表示是否参与调度，表示在时段内充电站的平均负荷，表示第个充电站的地理信息；为所有电动汽车的集合，为调度时间段集合；

12、②：从电力调度中心获取区域调度计划的负荷调度指令，并根据负荷调度指令进行基相关性分析：

13、1)根据相关性分析计算时段内电动汽车充电站之间的关系：

14、

15、其中，，，

16、表示充电站信息矩阵中第几个元素，；

17、2)时段内电动汽车充电站相关性矩阵：

18、

19、其中，主对角线元素全为1，表示每个充电站与自身100%相关，表示区域内总电动车充电站数量，矩阵反映了时段内每个充电站与其他充电站的相关程度；

20、③基于相关性矩阵进行聚类，将结果分配给不同的区域代理：

21、1)引入充电站类别变量；表示类别，其中为聚类后的类别数，也是区域代理的数量，为聚类集合；表示充电站所属的类别，；

22、2)定义同一充电站类别内距离；

23、

24、3)定义不同充电站类别间距离；

25、

26、表示同类别间距离为1，不相关。

27、4)最小化电动汽车充电站聚类后的类内距离；

28、

29、5)满足聚类数目限制；

30、

31、其中，表示最大聚类数目。

32、6)满足站点类别唯一性约束；

33、

34、7)类别内充电站之间相关性较大的约束条件：

35、

36、其中，是相关性的阈值，当相关系数大于时认为相关性强；

37、8)得到区域代理聚类结果，其中为聚类后的类别数，也是区域代理的数量；

38、9)根据结果填入到时段内电动汽车充放电站信息矩阵中的第一个元素中。

39、如上所述的区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，进一步地，以所述充电站群和所述负荷调度指令的负荷差最小为目标，不断迭代更新所述充电站群的充放电功率，具体包括步骤：

40、根据聚类结果匹配响应，区域代理将接收到的负荷调度指令与各区域内聚类后的充电站群进行能量匹配，计算任一区域代理控制充电站群的信号：

41、

42、其中，为时刻参与响应的区域代理所聚类的充电站群数量，为时段的区域代理接收调度中心的负荷调度指令；

43、对每个聚类后响应电网需求的电动汽车充电站群按下式更新迭代充放电功率，并将结果反馈至对应区域代理；

44、设第次迭代时，充电站群的充放电功率为

45、

46、其中，为惩罚因子，上式的目标是使控制信号和与前一次迭代功率的差异和本次控制信号与前一次信号的迭代功率差异最小化，满足充电功率限制约束；通过迭代优化过程，可使充电站的充电功率随着控制信号变化，实现对电网需求的响应；

47、⑤更新迭代次数，使得；

48、⑥当迭代次数达到预定值或相邻两次迭代误差小于一定值，迭代运算终止，否则重复步骤②-④；

49、⑦根据最终结果计算各个聚类内部在时段内各充电站的平均负荷，分配任务给各充电站。

50、如上所述的区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，进一步地，所述约束条件包括能量平衡约束，其中，

51、能量平衡约束为在任意调度时段内，电力系统中风力发电量、光伏发电量、充电站充电量、充电站放电量与当地用电负荷之间满足平衡关系，具体为：

52、

53、式中：，，，；

54、其中，为调度管理区域在时段内的外购电量，为风力发电量；为电力系统风电机组在时段内的发电量；为电力系统光伏机组在时段内的发电量，为光伏发电量；和分别为调度管理区域参与电力辅助服务的所有充电站的充电量的总和与放电量的总和；为调度管理区域时段内的分配的负荷任务量。

55、如上所述的区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，进一步地，所述约束条件包括风电和太阳能发电约束，其中，

56、风力发电量：

57、

58、其中；为电力系统风电机组在时段内的发电量，为风电机组在时段内的可用发电量，为风电机组在时段内的最大发电量，为风电机组在时段内的弃风量，为风电厂在时段内的弃风成本，为弃风系数；

59、光伏发电量：

60、

61、其中；为电力系统光伏机组在时段内的发电量，为电力系统光伏机组在时段内的可用发电量，为电力系统光伏机组在时段内的最大发电量，为电力系统光伏机组在时段内的弃光量，为电力系统光伏机组在时段内的弃光成本，为弃光系数。

62、如上所述的区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，进一步地，所述约束条件包括充电站充放电约束，其中，

63、电动汽车充电站充、放电量约束：

64、

65、式中：为第个充电站在时段内的充电量，为第个充电站在时段内的允许最大充电量，为第个充电站在时段内的允许最小充电量，为第个充电站在时段内的放电量，为第个充电站在时段内的允许最大放电量，为第个充电站在时段内的允许最小放电量；

66、考虑充电站场内的总电池充放电损耗，定义充电站的等效电量为；

67、

68、其中，为第个电动汽车充电站在时段内等效电量；

69、充电站场在时段内电池衰退成本计算：

70、

71、其中，为电池衰退系数；

72、充电站场中所有电池总电量的状态变化为；

73、

74、为充电站场的充电效率，为充电站场的放电效率，为调度间隔；

75、第个充电站的总电池电量需满足：

76、

77、其中，和为所有电池总电量的最小值和最大值。

78、如上所述的区域能源供需平衡的电动汽车充电站调度方法，进一步地，所述各个所述区域代理的运行成本最小为目标，具体包括：

79、

80、其中：为区域电力系统运行调度成本；为调度时间段集合；为区域内风电厂在时段内弃风成本；为区域内光伏电站在时段内弃光成本，为第充电站在时段内电池衰退成本，是一个负荷调节权重系数，反映了实际负荷与预定负荷之间差异的重要性；为外购电成本，为电价，。

81、本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

82、本发明所提供的方法从区域能源优化配置的角度出发，将区域内大量分布的电动汽车充电站视为一种可灵活调节的负荷与储能设备，通过协调优化区域内充电站的充放电计划，实现对区域内源、网、储、荷的动态平衡。

83、本发明建立了考虑多种约束条件的区域经济运行优化模型，采用了充电站聚类形成区域代理的分层控制框架，实现了对区域内充电站群的协同调节。在充电站层面，设计了分布式迭代优化算法计算充电站的最优充放电计划，以响应区域代理的控制指令。这样，在保证电网安全的前提下，实现了区域内能源的优化配置，提高了电网经济运行效率。

84、与此同时，本发明还考虑了区域内充电站位置和负荷特征的差异，提出了一种基于充电站聚类形成区域代理的调度策略。这种策略可以根据充电站的相关性特征进行分组，使同区域代理下的充电站实现协同调节，以提升对区域负荷的协调控制能力。本发明提供了一种大规模协调充电站与当地风光资源共同参与电网调度的新思路和技术手段。

85、综上所述，本发明从区域视角进行综合调度，以实现对区域能源的优化配置和改善电网经济性，为大规模电动汽车与电网的协调发展提供了新方案。