一种月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制方法

本发明公开了一种月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制方法，属于电动汽车优化控制。

背景技术：

1、在传统电源侧调峰空间逐步殆尽和波动性分布式能源大量接入的背景下，亟需高效的市场机制引导用户侧灵活负荷主动参与调峰市场以维持电网安全稳定。随着电动汽车拥有量逐年上升，具有储能特性的电动汽车已成为缓解电网调峰压力的重要资源。考虑电动汽车入网随机、接入分散等特点，当前主要通过电动汽车聚合商实现电动汽车集群与电网的互动。园区运营商作为拥有大量电动汽车接入的主体，具有地理集中、产权清晰，快速响应和需求可控等优势，可通过对电动汽车集群的有效调控解决了单体电动汽车容量小、接入容量不确定、时空差异显著的问题，是参与调峰市场的优质主体。面对日调峰市场签订合同较为复杂的问题，本设计选择了园区运营商参与月度调峰市场的方式，但也会面临用户侧电动汽车不参与调峰、调峰次数过高等问题，因此如何兼顾运营商调峰收益、用户电动汽车调峰激励开销等因素，在月度调峰市场上实现对园区各类电动汽车有序充电和有效管理的基础上，实现运营商收益最大化，还有待解决。

技术实现思路

1、目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制方法，本发明以月为周期，通过基本激励与调用激励相结合的手段，在满足各电动汽车主体充电需求的基础上，优化各电动汽车资源放电参与电网调峰，充分利用灵活可控的电动汽车集群放电能力，缓解了电网的调峰压力。

2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制方法，包括如下步骤：

3、步骤1：构建月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的框架，其中园区运营商为园区电动汽车的管理者，对上作为市场主体参与调峰市场，对下作为聚合商与电动汽车群进行交互，

4、步骤2：园区运营商与园区内各电动汽车签订月度调峰合同，采用调控激励机制实现电动汽车群聚合，

5、步骤3：园区运营商采集园区电动汽车入网时间和电量数据，

6、步骤4：基于园区电动汽车入网时间和电量模型，园区运营商以调峰收益最优为目标，考虑电动汽车离网电量需求、充放电功率等约束，构建月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制模型，

7、步骤5：采用斑马优化算法求解，得到运营商最优调峰功率和面向调峰事件的各电动汽车调控策略等。

8、其中，步骤2中，所述月度调峰合同涉及四个方面，一是时间维度上，规定月周期内各电动汽车的调控时段范围、单次调控持续时间等；二是次数维度上，规定月周期内电动汽车月最大调控次数、电动汽车日最大调控次数等；三是电量维度上，规定电动汽车的离网期望电量、保底电量等；四是经济维度上，规定采用基础激励和调用激励相结合的调控激励机制。

9、其中，步骤2中，调控激励机制包括基础激励和调用激励两部分，

10、基础激励是指运营商对签订月度调峰合同的电动汽车用户给予调峰基础补偿，以获得调峰调度权，基础激励价格越高，签订合同的用户越多，运营商可参与市场的调峰容量越多，但也会产生更多基础激励支出。

11、那么，基础激励成本cbase为：

12、cbase＝ρbase·k(ρbase)·d   (1)

13、式中：ρbase为基础激励价格，d为月天数，k(ρbase)为基础激励价格下签订月度调峰合同的电动汽车用户数，满足如下表达式：

14、

15、式中：和为基础激励最小阈值和最大阈值；kmax为园区内参与调峰的电动汽车用户最大值，

16、调用激励是指针对电动汽车用户实际调用后给予的调峰费用，考虑到电动汽车调用容量大小对电池会产生寿命影响，故构建基于日放电率的调用激励价格模型，如下：

17、

18、式中：为第k辆电动汽车第d天日放电电量，t1为每日电动汽车调用起始时刻，t2为每日电动汽车调用截止时刻，为第k辆电动汽车第d天t时刻参与电网调峰的放电功率，为第k辆电动汽车第d天日放电率，为第k辆电动汽车最大电量，

19、

20、式中：为第k辆第d天电动汽车调用激励价格，ρdis,b为初始调用激励价格，σ为调用激励增长率，θ为电动汽车基础日放电率；n为日放电率区间数目，θmax为电动汽车最大日放电率。通过分档位的方法，能够实现基于日放电率的靶向激励，更有利于激励用户响应更高的日放电行为。

21、那么，调用激励成本cinc为：

22、

23、其中，步骤3中，园区电动汽车入网时间和电量数据假设如下：

24、考虑到园区电动汽车用户相对固定，电动汽车入网时间和电量都具有强规律性，在大样本下假设每月电动汽车入网电量和电量相同，故园区运营商采用上月电动汽车入网时间和入网电量的数据作为下个月参与月度调峰市场的基础数据。

25、其中，步骤4中，月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制模型的目标函数表达式如下：

26、以运营商收益最大为目标，包括①调峰市场收益、②因放电产生的额外充电成本、③调峰基础激励成本和④调峰调用激励成本，

27、①调峰市场收益

28、首先，核算第d天t时段运营商调峰电量是否符合电网侧调峰指令要求：

29、

30、式中：ptar为运营商申报的最优调峰功率，为决策变量；为第d天t时段运营商调峰结算功率；α为电网设置的最低调峰满足率；αptar为电网设置的最低调峰功率；为第d天t时段园区电动汽车放电功率之和。

31、从式(6)看出，当园区电动汽车放电功率之和大于等于ptar时，调峰结算功率为ptar；当园区电动汽车放电功率之和处于最低调峰功率和最优调峰功率之间时，调峰结算功率为αptar；当园区电动汽车放电功率小于最低调峰功率时，调峰结算功率为0。

32、因此，调峰市场收益bgrid为

33、

34、式中：t1和t2为每日调控的开始和结束时间，单次调控时段不可在该范围之外；μd,t为第d天t时段是否发生调峰事件的状态变量；当μd,t为1时，代表发生调峰事件，当μd,t为0时，代表未发生调峰事件，

35、②因放电产生的额外充电成本

36、因放电产生的额外充电成本ce是指园区运营商调用电动汽车放电参与调峰带来的额外充电成本，由园区运营商承担。

37、

38、式中：ρe为电动汽车充电价格，为第k辆电动汽车第d天t时刻参与电网调峰的放电功率。

39、③基础激励成本

40、调峰基础激励成本如式(1)-(2)所示，由基础激励价格、基础激励价格下电动汽车用户数和月天数决定，

41、④调用激励成本

42、调用激励成本如(3)-(5)所示，由每辆电动汽车日放电率决定。

43、⑤调峰偏差惩罚成本

44、

45、式中：cpis为调峰偏差惩罚成本，ρpis为惩罚价格，为园区电动汽车调峰申报功率，α1、α2、α3为电动汽车调峰偏差值。

46、因此，则月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制模型目标函数为：

47、max f＝bgrid-ce-cbase-cinc-cpis        (10)

48、其中，步骤4中，月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制模型的约束条件如下：

49、①电动汽车充放电约束

50、作为储能系统，电动汽车应满足充放电功率、储电量等多个约束条件，如式(10)所示，

51、

52、式中：和分别为第d天t时刻第k辆电动汽车的充电和放电功率；和为电动汽车的最大放电和充电功率；ek,d,t为第d天t时刻第k辆电动汽车的电量；ηev,dis为电动汽车放电效率；和分别为第d天t时刻第k辆电动汽车充电和放电状态变量，为0-1变量；δt为仿真时长；和分别为电动汽车最小和最大储电量，

53、②电动汽车放电条件约束

54、电动汽车参与调峰时为保证用户出行需求，即第k辆电动汽车放电时需满足容量大于保底电量如式(11)所示。

55、

56、式中：为第k辆电动汽车的保底电量，

57、③电动汽车调用约束

58、为避免过多、频繁调用电动汽车，对合约周期内电动汽车调用行为进行规范，包括：的单次调控时段范围、单次调控持续时间、月周期内电动汽车调控最大次数、电动汽车日最大调控次数约束。

59、

60、式中：nk,d为第d天第k辆电动汽车调用状态，1为被调用，0为未被调用；为第k辆电动汽车月周期内电动汽车调控最大次数；为第k辆电动汽车日最大调控次数；为第k辆电动汽车最大单次调控持续时间；emaxeev为电动汽车日最大放电量，式(12)中第一个式子表征电动汽车调用次数约束；第二个式子表征电动汽车日最大调控次数约束；第三个式子表征电动汽车最大单次调控持续时间约束；第四个式子表征电动汽车日最大放电量约束。

61、其中，步骤5，求解过程如下：斑马优化算法共分为两个阶段，在第一阶段，寻找出先锋斑马，根据先锋斑马的元素更新其他斑马的元素；在第二阶段，模拟了斑马种群受到攻击后的逃跑和反击策略，即根据捕食者的行为调整斑马种群元素，其中，每个斑马的元素按照式(13)表示：

62、

63、式中：为第d天t时段运营商调峰功率各各电动汽车调峰功率组成的集合。

64、xn＝lb+r(ub-lb)(15)

65、式中：lb和ub分别为斑马种群元素的下界和上界；r为[0,1]之间的随机数。

66、

67、式中：xp为先锋斑马，i为集合{1,2}中的随机值。

68、

69、

70、式中：r为常数0.01，t为迭代次数，t为最大迭代次数。式(17)模拟了斑马n面对进攻者的躲避行为。

71、

72、式中：斑马n被攻击的状态。式(18)模拟了斑马n面对进攻者的反击行为。

73、

74、有益效果：本发明提供的一种月度市场下园区电动汽车放电参与调峰的控制方法，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：在新能源规模化接入下电网调峰需求日益增大的背景下，本发明聚焦如何合理有效利用电动汽车海量储能资源参与电网调峰，兼顾市场化和可行性需求，设计了以月度为市场的电动汽车放电参与调峰合同，园区运营商采用基本激励和调用激励相结合的方案，一方面通过基本激励获得园区内电动汽车的调用权，另一方面通过调用激励实现参与实际调峰的电动汽车靶向补偿，继而以收益最大为目标提出园区电动汽车参与电网调峰市场的控制策略，具有较好的推广性和实施性。