CN105117805A - 一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法及系统，将电动汽车作为分布式储能装置参与优化调度，集中控制器与各电动汽车充电站分别连接有双向通信线路，配电网络与外部网络的连接线路上安装监测装置，该监测装置与虚拟发电厂的集中控制器连接，用于测量配电网与外部电网的功率交换值；集中控制器获取风力发电功率实时值、光伏发电功率实时值和配电网与外部电网的功率交换值，建立功率优化调度模型并求解电动汽车进行充放电时的单位功率价格，向各电动汽车充电站发送该价格，配电网络范围内接受该价格的电动汽车接入电动汽车充电站，作为分布式储能装置提供储能。本发明能极大促进分布式电源的发展和利用以及电动汽车的利用效率。

Description

一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法及系统

技术领域

本发明属于配电运行领域，特别涉及一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法及系统。

背景技术

大量以清洁和可再生能源为一次能源的分布式电源接入电力系统运行是未来电网发展的必然趋势，这些分布式发电的接入可缓解传统化石能源发电造成的环境污染问题。目前虚拟发电厂模式是公认的应对高渗透率分布式电源接入运行最有效模式和手段之一，该模式是利用先进的通信与控制技术，协调控制散布在配电网网络中的多个分布式电源、分布式储能和用户需求响应(三者统称为分布式资源)，使得它们的行为对电网而言表现为一个整体发电厂，向电网提供电压支撑、频率调节、拥塞管理等辅助服务。

当前，分布式电源的类型主要包括光伏发电和风力发电，但以太阳能光伏发电和风力发电为代表的分布式发电的输出功率具有较大的波动性，给配电网的继电保护设置、电压管理和电能质量管理等造成的不利的影响。为平抑这种功率波动，配电网中需要安装一定容量的储能装置，但专门集中式的储能装置价格昂贵，运行维护成本较高，这种方法的应用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法及系统。

本发明技术方案一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法，所述虚拟发电厂包括多个散布在配电网络的分布式电源和集中控制器，所述分布式电源的类型包括光伏发电和风力发电，将电动汽车作为分布式储能装置参与优化调度，集中控制器与各电动汽车充电站分别连接有双向通信线路，配电网络与外部网络的连接线路上安装监测装置，该监测装置与虚拟发电厂的集中控制器连接，用于测量配电网与外部电网的功率交换值P_pw；虚拟发电厂优化调度控制过程包括如下步骤，

步骤1，当虚拟发电厂的当前调度时间段开始时，集中控制器获取风力发电功率实时值P_wd、光伏发电功率实时值P_pv和配电网与外部电网的功率交换值P_pw；

步骤2，集中控制器建立功率优化调度模型如下，

以配电网运行成本最小为优化目标F，目标函数为：

F＝min(P_pw×C(P_pw)+P_pv×C(P_pv)+P_wd×C(P_wd)+P_vg×C(P_vg)-P_ld×C(P_ld))

式中，F为优化目标，P_pw为配电网与外部电网的功率交换实时值，P_vg为需要的储能装置充电功率，P_ld为负荷取用功率值；C(P_pw)、C(P_pv)、C(P_wd)、C(P_vg)和C(P_ld)分别为外部电网供电实时电价、光伏发电单位功率成本、风力发电单位功率成本、电动汽车进行充放电时的单位功率价格和负荷取用单位功率价格；

优化调度满足如下约束条件：

n×|P_vg,min|≤|P_vg|≤n×|P_vg,max|

0≤n≤n_max

P_pw+P_wd+P_vg+P_pv＝P_ld

式中，n为接入电动汽车数量，n_max为配电网所在区域内电动汽车的最大数量，P_vg,min和P_vg,max分别为单个电动汽车充放电的功率最小值和最大值；

步骤3，集中控制器求解步骤2所建功率优化调度模型，得到电动汽车进行充放电时的单位功率价格C(P_vg)；

步骤4，集中控制器向各电动汽车充电站发送单位功率价格C(P_vg)，配电网络范围内接受该价格的电动汽车接入电动汽车充电站，作为分布式储能装置提供储能。

而且，所述调度时间段是将一天的时间根据调度的需要划分为若干段。

而且，步骤4完成后，等待新的调度时间段开始再返回步骤1。

本发明还相应提供一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度系统，所述虚拟发电厂包括多个散布在配电网络的分布式电源和集中控制器，所述分布式电源的类型包括光伏发电和风力发电，将电动汽车作为分布式储能装置参与优化调度，集中控制器与各电动汽车充电站分别连接有双向通信线路，配电网络与外部网络的连接线路上安装监测装置，该监测装置与虚拟发电厂的集中控制器连接，用于测量配电网与外部电网的功率交换值P_pw；集中控制器包括如下模块，

实时功率接收模块，用于当虚拟发电厂的当前调度时间段开始时，获取风力发电功率实时值P_wd、光伏发电功率实时值P_pv和配电网与外部电网的功率交换值P_pw；

优化模型建立模块，用于建立功率优化调度模型如下，

以配电网运行成本最小为优化目标F，目标函数为：

F＝min(P_pw×C(P_pw)+P_pv×C(P_pv)+P_wd×C(P_wd)+P_vg×C(P_vg)-P_ld×C(P_ld))

式中，F为优化目标，P_pw为配电网与外部电网的功率交换实时值，P_vg为需要的储能装置充电功率，P_ld为负荷取用功率值；C(P_pw)、C(P_pv)、C(P_wd)、C(P_vg)和C(P_ld)分别为外部电网供电实时电价、光伏发电单位功率成本、风力发电单位功率成本、电动汽车进行充放电时的单位功率价格和负荷取用单位功率价格；

优化调度满足如下约束条件：

n×|P_vg,min|≤|P_vg|≤n×|P_vg,max|

0≤n≤n_max

P_pw+P_wd+P_vg+P_pv＝P_ld

式中，n为接入电动汽车数量，n_max为配电网所在区域内电动汽车的最大数量，P_vg,min和P_vg,max分别为单个电动汽车充放电的功率最小值和最大值；

单位功率价格获取模块，用于求解功率优化调度模型，得到电动汽车进行充放电时的单位功率价格C(P_vg)；

价格发布模块，用于向各电动汽车充电站发送单位功率价格C(P_vg)，配电网络范围内接受该价格的电动汽车接入电动汽车充电站，作为分布式储能装置提供储能。

而且，所述调度时间段是将一天的时间根据调度的需要划分为若干段。

而且，价格发布模块在向各电动汽车充电站发送单位功率价格完成后，等待新的调度时间段开始再命令实时功率接收模块工作。

本发明通过虚拟发电厂确定电动汽车参与配电网优化调度的电价后，电动汽车提供其存储容量参与配电网的有功功率调度，平抑波动性分布式电源的功率输出，使得配电网运行成本最小。可在发挥分布式电源发电经济效益的同时，利用大量电动汽车汇聚成为储能装置来平抑分布式电源的功率波动，提高配电网运行经济性，进一步提高了分布式电源的利用效率。本发明对于提高虚拟发电厂的实用化水平、进一步发挥电动汽车作为分布式储能给电力系统带来的诸多效益具有重要理论和实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案、优点更加清晰，下面将结合本发明实施例和附图来介绍本发明的技术方案。

本发明考虑到电动汽车在世界范围日益普及，它所携带的各种类型的电池既可接入电网充电，此时作为负荷使用，同时也可以将存储的电能向电网放电，此时作为电源使用，可以看到电动汽车的电池可看作是一个容量较小的储能装置。

因此，若能设计一种基于虚拟发电厂模式的配电网优化调度策略，在充分发挥分布式电源发电经济效益的同时，将大量电动汽车视为分布式储能装置，将其汇聚后成为容量较大的储能，用于平抑分布式发电输出功率的波动性，在外部电网电价较高时放电，在外部电网电价较低时充电，以提高虚拟发电厂的运行经济性。以发挥分布式电源的作用，充分利用电动汽车作为分布式储能的作用，实现良好的分布式电源与配电网的协调运行，对于提高配电网的运行可靠性，平抑分布式电源功率波动性，减小分布式电源接入对配电网的影响具有重要的理论和实用价值。

本发明由此提供一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度策略。将散布在配电网络中的分布式电源以及大量电动汽车汇聚成为虚拟发电厂运行的电源来源，虚拟发电厂集中控制器接收分布式电源的实时输出功率信息，接收安装在配电网与外部电网连接线路上监测装置传送的配电网与外部电网的功率交换信息，以虚拟发电厂运行成本最小为目标，以电动汽车数量在一定范围内为约束条件，计算得出电动汽车作为分布式储能接入时的电价，将电价信息发布至充电站，相应数量的电动汽车接受该电价后参与配电网的优化调度，从而实现优化调度目标。

如图1所示，电动汽车在充电站即可充电也可放点，光伏发电、风力发电和电动汽车充电站汇聚在虚拟发电厂中，则电动汽车可作为储能装置经配电网络范围内的电动汽车充电站接入；虚拟发电厂的集中控制器与光伏发电、风力发电、电动汽车充电站分别连接有双向通信线路，通过协调控制配电网络中地理位置分散的分布式电源和电动汽车充电站，具体实施时，可以有多个光伏发电站、风力发电站、电动汽车充电站，分别与集中控制器双向通信线路连接，原理相同；配电网络与外部电网连接，在配电网络与外部网络的连接线路上安装有监测装置，用于测量该连接线的交换功率P_pw，该监测装置与虚拟发电厂的集中控制器连接；风力发电、光伏发电向集中控制器传送其实时输出功率实际值，记为风力发电功率实时值P_wd和光伏发电功率实时值P_pv；集中控制器接收到这些功率值后，以配电网运行成本最小为目标，建立优化模型并进行求解，确定需要接入的作为分布式储能的电动汽车数量和电价，并通过双向通信线路向各个充电站发送，充电站接受该电价后向电动汽车发布，电动汽车所有者接受该电价后接入充电站作为储能装置运行，实现配电网的优化调度目标。具体实施时，当前电价可以在充电站通过电子显示屏发布电价，类似加油站的加油价格；也可以通过实时广播向电动汽车发布。

如图2所示，通常虚拟发电厂会将一天的时间根据调度的需要划分为若干个调度时间段，设有T个调度时间段。具体实施时，本领域技术人员可自行设定T的取值，或者预设调度时间段的长度。对于优化调度而言，目前选择30分钟作为一个调度时间段是合理的，因此每天共计有48个调度时间段。

实施例的虚拟发电厂优化调度过程包括以下步骤：

步骤1，当虚拟发电厂的当前调度时间段开始时，集中控制器获取风力发电功率实时值P_wd、光伏发电功率实时值P_pv和配电网与外部电网的功率交换值P_pw。

首先在虚拟发电厂的每个调度时间段t(t＝1,2,…,48)开始时刻，风力发电、光伏发电向虚拟发电厂集中控制器上传其功率实时值P_wd和P_pv，配电网与外部电网连接线路上的监测装置向虚拟发电厂集中控制器上传配电网与外部电网的功率交换值P_pw。

步骤2，集中控制器建立功率优化调度模型。

其次，集中控制器接收到这些实时功率值后，建立如下的功率优化调度模型：

以配电网运行成本最小为优化目标F，即目标函数为：

F＝min(P_pw×C(P_pw)+P_pv×C(P_pv)+P_wd×C(P_wd)

(1)

+P_vg×C(P_vg)-P_ld×C(P_ld))

式中，P_pw为配电网与外部电网的功率交换实时值，当功率由外部电网流入配电网时为正值；P_pv和P_wd分别为光伏发电和风力发电的实时输出功率值；P_vg为需要的储能装置充电功率；P_ld为负荷取用功率值，可通过负荷预测技术得到，负荷预测技术是目前成熟的技术，本发明不予赘述；C(P_pw)、C(P_pv)、C(P_wd)、C(P_vg)和C(P_ld)分别为外部电网供电实时电价、光伏发电单位功率成本、风力发电单位功率成本、电动汽车进行充放电时的单位功率价格和负荷取用单位功率价格。其中C(P_pw)、C(P_pv)、C(P_wd)和C(P_ld)是已知量，由外部电网、光伏发电、风力发电和虚拟发电厂集中控制器提供，具体实施时可预先存储在集中控制器中；P_vg和C(P_vg)为待优化变量。

优化调度满足如下约束条件：

n×|P_vg,min|≤|P_vg|≤n×|P_vg,max|(2)

0≤n≤n_max(3)

P_pw+P_wd+P_vg+P_pv＝P_ld(4)

式中，n为接入电动汽车数量，n_max为配电网所在区域内电动汽车的最大数量，具体实施时n_max可由本领域技术人员预先设定，或者根据当前配电网所在区域内汽车的数量和电动汽车的比例估算得出；P_vg,min和P_vg,max分别为单个电动汽车充放电的功率最小值和最大值，这两个值可根据电动汽车电池参数获得。

步骤3，集中控制器求解步骤2所建功率优化调度模型，得到电动汽车进行充放电时的单位功率价格C(P_vg)。

可通过目前成熟的线性或非线性规划方法求解以式(1)为目标函数，式(2)和式(3)为约束条件的优化问题，从而得C(P_vg)。

步骤4，集中控制器向充电站发送C(P_vg)，接受所发布价格C(P_vg)的电动汽车接入充电站作为分布式储能装置提供储能。

在得到C(P_vg)后，集中控制器通过双向通信线路向充电站发表该电价，电动汽车所有者如果接受该电价则可接入充电站，当达到n辆电动汽车接入时即可提供相应的充放电功率，实现配电网优化调度。

以上过程可采用软件技术实现持续进行，针对当前调度时间段执行完步骤4后，可等待新的调度时间段开始，作为下一个当前调度时间段返回步骤1再次进行是否调控判断。例如对当前的调度时间段t，从在调度时间段t的开始时刻执行步骤1～4得到调度时间段t相应的C(P_vg)并发布，然后等到下一调度时间段t+1开始，在调度时间段t+1的开始时刻执行步骤1～4得到新的C(P_vg)…利于本发明所提供方案可以自动实时持续地利用电动汽车进行虚拟发电厂优化调度，直到用户提出停止。

可以看到，根据本发明的一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度策略，虚拟发电厂的集中控制器接收配电网中风电，太阳能光伏等分布式电源的实时输出功率信息，利用分散在配电网所在区域内的电能汽车作为分布式储能装置，将这些储能装置的储能容量汇聚成为储能容量，对波动性的分布式电源的输出功率进行平抑，在外部电网电价较高时放电，在外边电网电价较低时充电，使得虚拟发电厂总体运行费用最小。这样可以利用电动汽车向配电网络提供分布式储能服务，避免了在平抑分布式发电功率波动时需要集中式储能的问题，提高配电网运行的经济性，同时该方法实现方便，计算简单，具有很高的实用价值和市场推广前景。对电动汽车所有者来说，可以灵活利用较高的出价售卖较低成本的储能，进一步利用电动汽车的存储容量，提高能源利用效率，实现多赢。

具体实施时，还可以提供相应系统。本发明实施例提供一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度系统，所述虚拟发电厂包括多个散布在配电网络的分布式电源和集中控制器，所述分布式电源的类型包括光伏发电和风力发电，将电动汽车作为分布式储能装置参与优化调度，集中控制器与各电动汽车充电站分别连接有双向通信线路，配电网络与外部网络的连接线路上安装监测装置，该监测装置与虚拟发电厂的集中控制器连接，用于测量配电网与外部电网的功率交换值P_pw；集中控制器包括如下模块，

实时功率接收模块，用于当虚拟发电厂的当前调度时间段开始时，获取风力发电功率实时值P_wd、光伏发电功率实时值P_pv和配电网与外部电网的功率交换值P_pw；

优化模型建立模块，用于建立功率优化调度模型如下，

以配电网运行成本最小为优化目标F，目标函数为：

F＝min(P_pw×C(P_pw)+P_pv×C(P_pv)+P_wd×C(P_wd)+P_vg×C(P_vg)-P_ld×C(P_ld))

式中，F为优化目标，P_pw为配电网与外部电网的功率交换实时值，P_vg为需要的储能装置充电功率，P_ld为负荷取用功率值；C(P_pw)、C(P_pv)、C(P_wd)、C(P_vg)和C(P_ld)分别为外部电网供电实时电价、光伏发电单位功率成本、风力发电单位功率成本、电动汽车进行充放电时的单位功率价格和负荷取用单位功率价格；

优化调度满足如下约束条件：

n×|P_vg,min|≤|P_vg|≤n×|P_vg,max|

0≤n≤n_max

P_pw+P_wd+P_vg+P_pv＝P_ld

式中，n为接入电动汽车数量，n_max为配电网所在区域内电动汽车的最大数量，P_vg,min和P_vg,max分别为单个电动汽车充放电的功率最小值和最大值；

单位功率价格获取模块，用于求解功率优化调度模型，得到电动汽车进行充放电时的单位功率价格C(P_vg)；

价格发布模块，用于向各电动汽车充电站发送单位功率价格C(P_vg)，配电网络范围内接受该价格的电动汽车接入电动汽车充电站，作为分布式储能装置提供储能。

同样，所述调度时间段是将一天的时间根据调度的需要划分为若干段。价格发布模块可在向各电动汽车充电站发送单位功率价格完成后，等待新的调度时间段开始再命令实时功率接收模块工作。

以上实施例仅供说明本发明专利之用，而非对本发明专利的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明专利的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明专利的范畴之内，应由各权利要求限定。

Claims (6)

1.一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法，所述虚拟发电厂包括多个散布在配电网络的分布式电源和集中控制器，所述分布式电源的类型包括光伏发电和风力发电，其特征在于：将电动汽车作为分布式储能装置参与优化调度，集中控制器与各电动汽车充电站分别连接有双向通信线路，配电网络与外部网络的连接线路上安装监测装置，该监测装置与虚拟发电厂的集中控制器连接，用于测量配电网与外部电网的功率交换值P_pw；虚拟发电厂优化调度控制过程包括如下步骤，

步骤1，当虚拟发电厂的当前调度时间段开始时，集中控制器获取风力发电功率实时值P_wd、光伏发电功率实时值P_pv和配电网与外部电网的功率交换值P_pw；

步骤2，集中控制器建立功率优化调度模型如下，

以配电网运行成本最小为优化目标F，目标函数为：

F＝min(P_pw×C(P_pw)+P_pv×C(P_pv)+P_wd×C(P_wd)

+P_vg×C(P_vg)-P_ld×C(P_ld))

式中，F为优化目标，P_pw为配电网与外部电网的功率交换实时值，P_vg为需要的储能装置充电功率，P_ld为负荷取用功率值；C(P_pw)、C(P_pv)、C(P_wd)、C(P_vg)和C(P_ld)分别为外部电网供电实时电价、光伏发电单位功率成本、风力发电单位功率成本、电动汽车进行充放电时的单位功率价格和负荷取用单位功率价格；

优化调度满足如下约束条件：

n×|P_vg,min|≤|P_vg|≤n×|P_vg,max|

0≤n≤n_max

P_pw+P_wd+P_vg+P_pv＝P_ld

式中，n为接入电动汽车数量，n_max为配电网所在区域内电动汽车的最大数量，P_vg,min和P_vg,max分别为单个电动汽车充放电的功率最小值和最大值；

步骤3，集中控制器求解步骤2所建功率优化调度模型，得到电动汽车进行充放电时的单位功率价格C(P_vg)；

步骤4，集中控制器向各电动汽车充电站发送单位功率价格C(P_vg)，配电网络范围内接受该价格的电动汽车接入电动汽车充电站，作为分布式储能装置提供储能。

2.根据权利要求1所述利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法，其特征在于：所述调度时间段是将一天的时间根据调度的需要划分为若干段。

3.根据权利要求1或2所述利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度方法，其特征在于：步骤4完成后，等待新的调度时间段开始再返回步骤1。

4.一种利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度系统，所述虚拟发电厂包括多个散布在配电网络的分布式电源和集中控制器，所述分布式电源的类型包括光伏发电和风力发电，其特征在于：将电动汽车作为分布式储能装置参与优化调度，集中控制器与各电动汽车充电站分别连接有双向通信线路，配电网络与外部网络的连接线路上安装监测装置，该监测装置与虚拟发电厂的集中控制器连接，用于测量配电网与外部电网的功率交换值P_pw；集中控制器包括如下模块，

实时功率接收模块，用于当虚拟发电厂的当前调度时间段开始时，获取风力发电功率实时值P_wd、光伏发电功率实时值P_pv和配电网与外部电网的功率交换值P_pw；

优化模型建立模块，用于建立功率优化调度模型如下，

以配电网运行成本最小为优化目标F，目标函数为：

F＝min(P_pw×C(P_pw)+P_pv×C(P_pv)+P_wd×C(P_wd)

+P_vg×C(P_vg)-P_ld×C(P_ld))

式中，F为优化目标，P_pw为配电网与外部电网的功率交换实时值，P_vg为需要的储能装置充电功率，P_ld为负荷取用功率值；C(P_pw)、C(P_pv)、C(P_wd)、C(P_vg)和C(P_ld)分别为外部电网供电实时电价、光伏发电单位功率成本、风力发电单位功率成本、电动汽车进行充放电时的单位功率价格和负荷取用单位功率价格；

优化调度满足如下约束条件：

n×|P_vg,min|≤|P_vg|≤n×|P_vg,max|

0≤n≤n_max

P_pw+P_wd+P_vg+P_pv＝P_ld

式中，n为接入电动汽车数量，n_max为配电网所在区域内电动汽车的最大数量，P_vg,min和P_vg,max分别为单个电动汽车充放电的功率最小值和最大值；

单位功率价格获取模块，用于求解功率优化调度模型，得到电动汽车进行充放电时的单位功率价格C(P_vg)；

价格发布模块，用于向各电动汽车充电站发送单位功率价格C(P_vg)，配电网络范围内接受该价格的电动汽车接入电动汽车充电站，作为分布式储能装置提供储能。

5.根据权利要求4所述利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度系统，其特征在于：所述调度时间段是将一天的时间根据调度的需要划分为若干段。

6.根据权利要求4或5所述利用电动汽车的虚拟发电厂优化调度系统，其特征在于：价格发布模块在向各电动汽车充电站发送单位功率价格完成后，等待新的调度时间段开始再命令实时功率接收模块工作。