CN108448567B - 一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，包括：供电设备、运行优化设备、充放电设备和统计与结算设备；其中供电设备用于为运行优化设备、充放电设备和统计与结算设备供电；运行优化设备用于为电动汽车代理商提供日前参与能量和调频市场的最优报价策略和电动汽车实时的充放电优化策略，并与电网、充放电设备和统计与结算设备进行信息交互；充放电设备用于控制电动汽车的充放电功率；统计与结算设备用于统计分析电动汽车代理商参与市场的成本效益，以及形成电动汽车的结算账单。本发明系统结构清晰，功能齐全，运行性能卓越，能有效提高电动汽车代理商的总收益，促进资源的优化配置。

Description

一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统

技术领域

本发明涉及电动汽车的控制系统领域，特别涉及一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统。

背景技术

随着人们对环保问题的日益重视，电动汽车作为一种新能源汽车受到越来越多的关注。近年来，电动汽车发展迅速，数量不断增多。电动汽车作为一种新型负荷，对电网的安全稳定运行带来一定的挑战。但同时，电动汽车作为一种分布式能源，可以为电力系统提供辅助服务。在电力市场环境下，电动汽车可以在能量市场优化其充放电策略降低购电成本，同时可以参与辅助服务市场获得额外的收益。

电动汽车代理商参与市场的策略与市场模式有很大关系。在只有日前或实时市场的电力市场中，电动汽车代理商的报价策略只关注单个市场。而在既有日前又有实时市场的电力市场中，电动汽车代理商的策略应该同时考虑两个市场的情况。另一方面，由于电动汽车的充放电功率和调频容量具有耦合性，电动汽车应该同时优化其在能量市场和调频市场的策略。电动汽车在调频市场的报价策略与该市场的补偿结算机制有密切关系。近年，美国电力市场提出了一种新的基于调频效果的补偿机制，在此机制下，调度资源提供的调频服务质量越高，其获得的调频收益也越大。由于电动汽车电池的快速响应特性，其在此机制下能获得更大的收益。目前，尚未有文献研究在新的补偿机制下电动汽车代理商在日前能量和调频市场的报价策略优化问题和电动汽车实时的充放电优化问题。

国内外相关文献集中在电动汽车参与电网有序充电、调峰和调频等的规模化应用问题、数学模型构建、大规模电动汽车充放电控制策略的总体思路及理论算法等方面,而对作为市场主体的电动汽车代理商代理一部分电动汽车参与电力市场的控制策略和控制系统等具体的实现技术则涉及较少。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统。

本发明提供的一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，包括供电设备、运行优化设备、充放电设备和统计与结算设备；

供电设备与电网连接，包括备用电源、电线、控制开关和继电保护装置等，为运行优化设备、充放电设备和统计与结算设备等供应电能；

运行优化设备用于为电动汽车代理商提供日前参与能量和调频市场的最优报价策略，和电动汽车实时的充放电优化策略，并与电网、充放电设备和统计与结算设备进行信息交互；

充放电设备用于控制电动汽车的充放电功率，统计充放电功率和时间；

统计与结算设备用于计算电动汽车代理商在能量和调频市场的总收益，以及统计每台电动汽车的一段时间内的总充、放电功率等数据，根据相应价格形成电动汽车的结算账单。

运行优化设备通过光纤、以太网或者微功率无线通信链路分别与电网、充放电设备及统计与结算设备连接,以实现信息交互。

充放电设备将电动汽车的接入退出时间、充电需求和荷电状态等信息传送给运行优化设备。在日前阶段，运行优化设备根据市场信息和电动汽车充电需求等预测数据，优化报价策略后向电网提交报价信息；在实时阶段，运行优化设备根据日前市场的出清结果和充放电设备传送的信息等，优化充放电策略并传送给充放电设备，后者通过控制电动汽车的充放电功率来执行相关策略；运行日结束后，运行优化设备将申报量、市场出清结果和充放电策略等信息传送至统计与结算设备。

统计与结算设备还与充放电设备进行通信连接。运行日结束后，充放电设备将电动汽车的充电需求、荷电状态和实际充放电功率、时间等信息传送至统计与结算设备。

运行优化设备包括基础信息管理、电动汽车数据管理、日前分析及预测、日前市场申报和日内充放电优化等五大功能模块；其中：

基础信息管理模块用于维护和管理运行优化系统的模型数据以及市场参数等；

电动汽车数据管理模块包括电动汽车参数管理和电动汽车合约管理两个子模块。电动汽车参数管理子模块收集、存储电动汽车的最大充/放电功率，最大/最小的电池电量限制，以及充/放电效率等；电动汽车合约管理子模块录入充电需求，接入与退出时间等数据。

日前分析及预测模块包括市场预测和电动汽车预测两个子模块。市场预测子模块根据历史数据，利用大数据挖掘技术对影响次日市场价格的因素进行分析预测，如电网运行情况，机组检修情况，负荷需求，供需双方的报价策略等，以预测次日市场电价；电动汽车预测子模块对次日的电动汽车初始电量和需求进行预测，同时使用电动汽车集群管理的方法确定次日电动汽车总的最大充/放电功率、最大电量和最小电量的范围。

日前市场申报模块根据预测的电价、电动汽车初始电量与充电需求、电动汽车总的最大/最小充电功率等信息，在日前市场确定电动汽车代理商同时参与能量和调频市场的最优报价策略并进行市场申报；

日内充放电优化模块根据日前市场的出清信息和实时电价预测信息等，在日内滚动优化电动汽车未来时段的充放电策略；

充放电设备，包括功率控制装置、智能计量装置和安全防控装置；其中：

功率控制装置用于控制电动汽车的充放电功率；

智能计量装置用于测量并统计电动汽车的实际充放电功率、时间及荷电状态等信息；

安全防控装置用于监控充放电设备和电动汽车的电压和电流等，保证充放电设备和电动汽车的安全。

日前市场申报模块对电动汽车的最大充/放电功率、最大电量和最小电量的不确定性进行建模，建立了鲁棒优化模型。

日内充放电优化模块使用了混合整数规划方法，每小时运行一次，连续滚动优化电动汽车的充放电策略，根据市场价格等信息不断更新最优策略。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明所提供的电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统及策略，能有效优化电动汽车代理商参与能量和调频市场的策略，以最大化其总收益。随着电力市场的不断发展成熟以及电动汽车规模的不断壮大，电动汽车代理商代理电动汽车参与电力市场的智能控制系统及相关策略也变得越来越重要。本发明所提供的电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统实用灵活、功能齐全、便于推广，具有较好的应用价值和广阔的应用前景，对推动电动汽车与电网的协调互动发展有重要意义。

附图说明

图1为本发明所述一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统的功能结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示的一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，包括供电设备、运行优化设备、充放电设备和统计与结算设备。

所述供电设备通过阻燃型三芯金属铜芯电缆、阻燃型四芯金属铜芯电缆、聚氯乙烯绝缘单屏蔽四芯铜芯电缆、真空断路器、氧化锌避雷器等与运行优化设备、充放电设备和统计与结算设备等连接,为所述运行优化设备、充放电设备、统计与结算设备和电动汽车供电。

运行优化设备包括基础信息管理、电动汽车数据管理、日前分析及预测、日前市场申报和日内充放电优化模块等五大功能模块；

基础信息管理模块包括系统的运行数据，用于检测和维护系统运行的稳定性，是该系统运行的基础；同时该模块还包含电动汽车代理商所参与的市场的相关参数，包括报价、出清与结算的规则与时间，市场对主体的相关要求，市场主体的权利义务等，这些是电动汽车代理商参与市场的基本信息。

电动汽车数据管理模块包括两个子模块，分别是：电动汽车参数管理子模块和电动汽车合约管理子模块。电动汽车参数管理子模块可以为电动汽车代理商提供每台电动汽车的具体参数特性，包括最大充/放电功率，最大/最小的电池电量限制，以及充/放电效率等；电动汽车代理商与车主签订合同，以代理他们参与市场，电动汽车车主可以指定充电需求和接入与提出时间，这些合同的数据均存储在电动汽车合约管理子模块中。运行优化设备的其他模块可以从电动汽车数据管理模块读取基础数据。

日前分析及预测模块包括市场预测和电动汽车预测两个子模块；市场预测子模块根据历史数据，利用大数据挖掘技术对影响次日市场价格的因素进行分析预测，以预测次日市场电价，主要从供给侧、需求侧和电网侧三方面进行分析。对供给侧，主要分析发电厂历史报价数据和检修情况等；对负荷侧，主要分析负荷需求和需求侧响应等；对电网侧，主要分析网络约束等。电动汽车预测子模块对次日的电动汽车初始电量和需求进行预测，同时使用电动汽车集群管理的方法计算次日电动汽车总的最大充/放电功率、最大电量和最小电量的范围，并将这些信息输出至日前市场申报模块；

日前市场申报模块用于确定电动汽车代理商在日前能量和调频市场的最优报价策略。优化目标函数是总收益最大，包括能量市场的收益，调频市场的收益和放电成本等。该模块考虑了次日电动汽车总的最大/最小充放电功率和最大/最小电量的不确定性，建立了鲁棒优化模型，计算出日前市场的最优报价策略，包括日内各个时段的最优充放电量和调频容量。

日内充放电优化模块用于在运行日内确定各个电动汽车在各个时段的最优充放电功率。该模块采用了混合整数规划算法，以总收益最大为目标，包括能量市场的收益，调频市场的收益和放电成本等。该模块以交易时段为周期，根据更新的预测电价等信息连续滚动优化，得到电动汽车在未来时段的最优充放电策略。

充放电设备包括功率控制装置，智能计量装置，安全防控装置等。功率控制装置用于控制电动汽车的充放电功率,包括传导式超高功率密度充放电模块和非接触式充放电设备；智能计量装置负责计量并储存电动汽车的充放电功率、时间和荷电状态等信息；安全防控装置采用充放电保护电路，监测充放电设备输出端的工作电压与电流，在所述工作电压与电流超过预设阈值时，控制充放电设备停止工作，以保证充放电设备和电动汽车的安全。

运行优化设备通过光纤、以太网或者微功率无线通信链路分别与电网、充放电设备及统计与结算设备连接,以实现信息交互。充放电设备将电动汽车的接入退出时间、充电需求和荷电状态信息传送给运行优化设备；在日前阶段，运行优化设备根据市场信息和电动汽车充电需求预测数据，优化报价策略后向电网提交报价信息；在实时阶段，运行优化设备根据日前市场的出清结果和充放电设备传送的信息，优化充放电策略并传送给充放电设备，后者通过控制电动汽车的充放电功率来执行充放电策略；运行日结束后，运行优化设备将申报量、市场出清结果和充放电策略信息传送至统计与结算设备。

统计与结算设备还与充放电设备进行通信连接。运行日结束后，充放电设备将电动汽车的充电需求、荷电状态和实际充放电功率、时间信息传送至统计与结算设备。

统计与结算设备主要包括综合统计分析和电动汽车统计分析，分别从总体和单个电动汽车两个层次来分析收益情况。综合统计分析是从电动汽车代理商的角度统计各个时段在能量市场和调频市场的总成交量及市场出清价格等信息；电动汽车统计分析的内容主要包括各个电动汽车的充放电功率，充电需求的满足情况等。根据各个电动汽车的实际充放电量及相应价格，形成各个电动汽车的结算账单。电动汽车车主可查询某段时间内电动汽车代理商在每个市场的成交总量和申报总量等信息，也可对结算账单提出质疑。

统计与结算设备采用可视化图形进行直观展示,包括图、表以及动画等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，其特征在于：包括供电设备、运行优化设备、充放电设备和统计与结算设备；

所述供电设备与电网连接，包括备用电源、电线、控制开关和继电保护装置，为运行优化设备、充放电设备和统计与结算设备供应电能；

所述运行优化设备用于为电动汽车代理商提供日前参与能量和调频市场的最优报价策略和电动汽车实时的充放电策略，并与电网、充放电设备和统计与结算设备进行信息交互；

所述充放电设备用于控制电动汽车的充放电功率，统计充放电功率和时间；

所述统计与结算设备用于计算电动汽车代理商在能量和调频市场的总收益，以及统计电动汽车的设定时间内的总充、放电功率数据，根据相应价格形成电动汽车的结算账单；

所述运行优化设备包括基础信息管理模块、电动汽车数据管理模块、日前分析及预测模块、日前市场申报模块和日内充放电优化模块五大功能模块；其中：

所述基础信息管理模块包括维护和管理运行优化系统的模型数据以及市场参数；

所述电动汽车数据管理模块包括电动汽车参数管理和电动汽车合约管理两个子模块；电动汽车参数管理子模块收集、存储电动汽车的最大充/放电功率，最大/最小的电池电量限制，以及充/放电效率；电动汽车合约管理子模块录入充电需求、接入与退出时间的数据；

所述日前分析及预测模块包括市场预测和电动汽车预测两个子模块；市场预测子模块根据历史数据，利用大数据挖掘技术对影响次日市场价格的因素进行分析预测，以预测次日市场电价；电动汽车预测子模块对次日的电动汽车初始电量和需求进行预测，同时使用电动汽车集群管理的方法确定次日电动汽车总的最大充/放电功率、最大电量和最小电量的范围；

所述日前市场申报模块根据预测的电价、电动汽车初始电量与充电需求、电动汽车总的最大/最小充电功率信息，在日前市场确定电动汽车代理商同时参与能量和调频市场的最优报价策略并进行市场申报；

所述日内充放电优化模块根据日前市场的出清信息和实时电价预测信息，在日内滚动优化电动汽车未来时段的充放电策略。

2.根据权利要求1所述的电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，其特征在于：所述运行优化设备通过光纤、以太网或者微功率无线通信链路分别与电网、充放电设备及统计与结算设备连接,以实现信息交互，其中：

充放电设备将电动汽车的接入退出时间、充电需求和荷电状态信息传送给运行优化设备；在日前阶段，运行优化设备根据市场信息和电动汽车充电需求预测数据，优化报价策略后向电网提交报价信息；在实时阶段，运行优化设备根据日前市场的出清结果和充放电设备传送的信息，优化充放电策略并传送给充放电设备，后者通过控制电动汽车的充放电功率来执行充放电策略；运行日结束后，运行优化设备将申报量、市场出清结果和充放电策略信息传送至统计与结算设备。

3.根据权利要求2所述的电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，其特征在于：所述统计与结算设备还与充放电设备进行通信连接；运行日结束后，充放电设备将电动汽车的充电需求、荷电状态和实际充放电功率、时间信息传送至统计与结算设备。

4.根据权利要求3所述的电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，其特征在于：所述充放电设备，包括功率控制装置、智能计量装置和安全防控装置；其中：

所述功率控制装置用于控制电动汽车的充放电功率；

所述智能计量装置用于测量并统计电动汽车的实际充放电功率、时间及荷电状态信息；

所述安全防控装置用于监控充放电设备和电动汽车的电压和电流，保证充放电设备和电动汽车的安全。

5.根据权利要求4所述的电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，其特征在于：所述日前市场申报模块对电动汽车的最大充/放电功率、最大电量和最小电量的不确定性进行建模，建立了鲁棒优化模型。

6.根据权利要求5所述的电动汽车代理商参与能量和调频市场的智能控制系统，其特征在于：所述日内充放电优化模块使用混合整数规划方法，每小时运行一次，连续滚动优化电动汽车的充放电策略，根据市场价格信息不断更新最优策略。

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