CN110751409B - 考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法及系统。该方法包括：根据出行路径、道路容量和交通流量确定交通系统模型约束条件；根据充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件；根据有充电需求的电动汽车数量、充电站的充电率和交通流量确定电动汽车充电负荷模型约束条件；确定功率平衡约束条件；建立电动汽车充电管理目标函数；根据约束条件求解目标函数，得到储能系统运行参数和交通分配参数；根据储能系统运行参数和交通分配参数进行电动汽车充电管理。采用本发明的方法及系统，能够有效减小因电动汽车集中充电行为对电力系统的影响并能够有效避免交通拥堵现象。

Description

考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法及系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电管理技术领域，特别是涉及一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法及系统。

背景技术

交通电气化在减少二氧化碳排放和运行煤耗方面做出了突出贡献。然而，电动汽车(Electric Vehicles，EV)的高渗透率和集中的充电行为对电力系统产生很大影响并危害电能质量。随着EV的充电行为愈发灵活，城市交通网络也将发生很大变化，这可能导致严重的拥堵问题和低的交通效率，因此，亟待提供一种电动汽车充电管理方法，以解决随着电动汽车增加带来的电力系统和交通问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法及系统，能够有效减小因电动汽车集中充电行为对电力系统的影响并能够有效避免交通拥堵现象。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法，包括：

获取电动汽车的出行路径、各个道路的道路容量和各个道路的交通流量；

根据所述出行路径、所述道路容量和所述交通流量确定交通系统模型约束条件；

获取电动汽车充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率；

根据所述充电站的功率、所述储能系统电力参数和所述燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件；

获取有充电需求的电动汽车数量和充电站的充电率；

根据所述有充电需求的电动汽车数量、所述充电站的充电率和所述交通流量确定电动汽车充电负荷模型约束条件；

获取风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率；

根据所述充电站的功率、所述燃气发电机的输出功率、所述风力发电机的输出功率、所述太阳能发电机的输出功率和所述充电电动汽车的充电功率确定功率平衡约束条件；

建立电动汽车充电管理目标函数；所述目标函数考虑了电网买电成本、发电机组出力和电动汽车充电收益；

根据所述交通系统模型约束条件、所述发电模型约束条件和所述电动汽车充电负荷模型约束条件和所述功率平衡约束条件求解所述电动汽车充电管理目标函数，得到在电网买电成本最小化、发电机组出力最小化和电动汽车充电收益最大化条件下的储能系统运行参数和交通分配参数；

根据所述储能系统运行参数和所述交通分配参数进行电动汽车充电管理。

可选的，所述根据所述出行路径、所述道路容量和所述交通流量确定交通系统模型约束条件，具体包括：

根据如下公式确定交通系统模型约束条件：

式中，TT(a)表示道路a上的出行时间，

表示自由出行时间，TF^Link(a)表示道路a上的出行流量，c(a)表示道路a的容量，

表示对于任意的道路a；k 表示出行路径，K表示出行路径的总条数，TF^Path(k)表示出行路径k上的交通流量，δ^Travel(a,k)表示出行路径k通过道路a的取值，δ^Travel(a,k)＝1表示出行路径k 通过道路a，δ^Travel(a,k)＝0表示出行路径k不通过道路a，TF^Path(od,k)表示出行路径k上od段的交通流量，od段表示两个充电站站点之间的道路，q^Travel(od)表示 od段之间的出行需求流量，

表示对于任意的od段；Path^ETA(od)表示od段之间用于平衡交通流的出行路径向量，a_n表示第n条道路，n表示平衡交通流经过的道路数量。

可选的，根据所述充电站的功率、所述储能系统电力参数和所述燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件，具体包括：

根据如下公式确定发电模型约束条件：

ES₀＝ES_T

式中，P^Grid(t)表示在时间段t内从电力市场中采购的电能，

表示在电力市场中购买的功率下限，

表示在电力市场中购买的功率上限，

表示对于任意的时间段；P^Grid(m,t)表示在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站 m的功率，M表示充电站总个数；P^Unit(m,t)表示在时间段t内充电站m中的燃气发电机的输出功率；

表示充电站m中燃气发电机的最小功率输出，

表示充电站m中燃气发电机的最大功率输出，

表示对于任意时间段内的充电站；P^Unit(m,t-1)表示在时间段t-1内充电站m中的燃气发电机的输出功率，RD(m)表示充电站m中燃气发电机的下爬坡功率，RU(m)表示充电站m中燃气发电机的上爬坡功率；ES_t表示时间段t内储能系统的容量，ES_t+1表示时间段t+1内储能系统的容量，η_c表示储能系统的充电效率，η_d表示储能系统的放电效率，P_t ^char表示时间段t内储能系统的充电功率，P_t ^dischar表示时间段t内储能系统的放电功率；ES_min表示储能系统最小容量限制，ES_max表示储能系统最大容量限制；ES₀表示储能系统在0时刻的容量，ES_T表示储能系统在T时刻的容量；

表示时间段t内储能系统是否充电的二进制变量，

表示时间段t内储能系统充电，

表示时间段t内储能系统未充电，

表示时间段t内储能系统是否放电的二进制变量，

表示时间段t内储能系统放电，

表示时间段t内储能系统未放电；

表示储能系统的最大充电功率，

表示储能系统的最大放电功率。

可选的，所述根据所述有充电需求的电动汽车数量、所述充电站的充电率和所述交通流量确定电动汽车充电负荷模型约束条件，具体包括：

根据如下公式确定电动汽车充电负荷模型约束条件：

式中，P^EV(m)表示充电电动汽车的充电功率，ω(m)表示充电站m的充电率， q^EV(m)表示充电电动汽车的总数量，

表示对于任意的充电站，λ(a,m)表示道路a与充电站m连接时的指示参数，λ(a,m)＝1表示道路a与充电站m连接，λ(a,m)＝0表示道路a与充电站m未连接，N^ETA(od)表示在od段包含充电站的比例。

可选的，所述根据所述充电站的功率、所述燃气发电机的输出功率、所述风力发电机的输出功率、所述太阳能发电机的输出功率和所述充电电动汽车的充电功率确定功率平衡约束条件，具体包括：

根据如下公式确定功率平衡约束条件：

式中，P^Grid(m,t)表示在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m 的功率，P^Unit(m,t)表示在时间段t内充电站m中的燃气发电机的输出功率， P^Wind(m,t)表示在时间段t内充电站m中风力发电机的输出功率，P^Solar(m,t)表示在时间段t内充电站m中太阳能发电机的输出功率，P^EV(m,t)表示在时间段t内充电站m中充电电动汽车的充电功率。

可选的，所述建立电动汽车充电管理目标函数，具体包括：

根据如下公式建立电动汽车充电管理目标函数y：

式中，π^Grid表示时间段t的电力市场出清电价，a(m)表示充电站m的空载煤耗，b(m)表示充电站m的边际煤耗，π^EV(m,t)表示在时间段t充电站m的充电价格。

可选的，所述储能系统运行参数包括：在时间段t内从电力市场中采购的电能P^Grid(t)、在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m的功率 P^Grid(m,t)、在时间段t内充电站m中的燃气发电机的输出功率P^Unit(m,t)、在时间段 t内充电站m中风力发电机的输出功率P^Wind(m,t)、在时间段t内充电站m中太阳能发电机的输出功率P^Solar(m,t)、时间段t内储能系统的容量ES_t、储能系统的充电效率η_c、储能系统的放电效率η_d、储能系统最大容量限制ES_max、储能系统最小容量限制ES_min、储能系统的最大充电功率

和储能系统的最大放电功率

所述交通分配参数包括：道路a上的出行时间TT(a)、道路a上的出行流量 TF^Link(a)、路径k上od段的交通流量TF^Path(od,k)、od段之间用于平衡交通流的出行路径向量Path^ETA(od)。

本发明还提供一种虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理系统，包括：

参数获取模块，用于获取电动汽车的出行路径、各个道路的道路容量和各个道路的交通流量；用于获取电动汽车充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率；用于获取有充电需求的电动汽车数量和充电站的充电率；以及用于获取风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率；

交通系统模型约束条件确定模块，用于根据所述出行路径、所述道路容量和所述交通流量确定交通系统模型约束条件；

发电模型约束条件确定模块，用于根据所述充电站的功率、所述储能系统电力参数和所述燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件；

电动汽车充电负荷模型约束条件确定模块，用于根据所述有充电需求的电动汽车数量、所述充电站的充电率和所述交通流量确定电动汽车充电负荷模型约束条件；

功率平衡约束条件确定模块，用于根据所述充电站的功率、所述燃气发电机的输出功率、所述风力发电机的输出功率、所述太阳能发电机的输出功率和所述充电电动汽车的充电功率确定功率平衡约束条件；

电动汽车充电管理目标函数生成模块，用于建立电动汽车充电管理目标函数；所述目标函数考虑了电网买电成本、发电机组出力和电动汽车充电收益；

计算模块，用于根据所述交通系统模型约束条件、所述发电模型约束条件和所述电动汽车充电负荷模型约束条件和所述功率平衡约束条件求解所述电动汽车充电管理目标函数，得到在电网买电成本最小化、发电机组出力最小化和电动汽车充电收益最大化条件下的储能系统运行参数和交通分配参数；

电动汽车充电管理模块，用于根据所述储能系统运行参数和所述交通分配参数进行电动汽车充电管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法及系统，通过获取电动汽车的出行路径、各个道路的道路容量和各个道路的交通流量确定交通系统模型约束条件；通过获取电动汽车充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件；通过获取有充电需求的电动汽车数量和充电站的充电率确定电动汽车充电负荷模型约束条件；通过获取风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率确定功率平衡约束条件；建立考虑了电网买电成本、发电机组出力和电动汽车充电收益的电动汽车充电管理目标函数；根据各个约束条件求解电动汽车充电管理目标函数，得到在电网买电成本最小化、发电机组出力最小化和电动汽车充电收益最大化条件下的储能系统运行参数和交通分配参数，并根据储能系统运行参数和交通分配参数进行电动汽车充电管理，能够有效减小因电动汽车集中充电行为对电力系统的影响并能够有效避免交通拥堵现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法流程图；

图2为本发明实施例中考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理系统结构图；

图3为本发明实施例中研究区域的交通信息图；

图4为本发明实施例中充电站的节点边际价格曲线图；

图5为本发明实施例中4个充电站的能量管理最优组合图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法及系统，能够有效减小因电动汽车集中充电行为对电力系统的影响并能够有效避免交通拥堵现象。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

图1为本发明实施例考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法流程图，如图1所示，本实施例提供了一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法，包括：

步骤101：获取电动汽车的出行路径、各个道路的道路容量和各个道路的交通流量。

步骤102：根据出行路径、道路容量和交通流量确定交通系统模型约束条件。

步骤102，具体包括：

根据如下公式确定交通系统模型约束条件：

1)出行时间约束

由于交通拥堵效应，道路a上的出行时间仅取决于道路a上的出行流量。美国联邦公路局出行时间函数表示如下：

2)交通分配模约束

每个出行需求对通过一组路径连接，道路a上的出行流量函数可以表示如下：

此外，路径流量应满足交通需求，从而给出交通流量守恒方程：

通过使用起讫点(Origin-Destination)分析，在每个道路a和路径k中出现时间最短的路径和平衡流量。

式(1)-(4)中，TT(a)表示道路a上的出行时间，

表示自由出行时间， TF^Link(a)表示道路a上的出行流量，c(a)表示道路a的容量，

表示对于任意的道路a；k表示出行路径，K表示出行路径的总条数，TF^Path(k)表示出行路径k 上的交通流量，δ^Travel(a,k)表示出行路径k通过道路a的取值，δ^Travel(a,k)＝1表示出行路径k通过道路a，δ^Travel(a,k)＝0表示出行路径k不通过道路a，TF^Path(od,k)表示出行路径k上od段的交通流量，od段表示两个充电站站点之间的道路， q^Travel(od)表示od段之间的出行需求流量，

表示对于任意的od段；Path^ETA(od)表示od段之间用于平衡交通流的出行路径向量，a_n表示第n条道路，n表示平衡交通流经过的道路数量。

步骤103：获取电动汽车充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率。

步骤104：根据充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件。

从电动汽车充电集群的角度来看，发电模型通过调度内部燃气机组发电和单个电动汽车充电站的储能系统产生的能量，以获得经济性能，此外，充电集群可作为市场成员参与批发市场购买电力，本发明使用离散时间模型，时间间隔是一个小时。

步骤104，具体包括：

根据如下公式确定发电模型约束条件：

1)参与电力市场

充电站集群参与电力市场并购买电能。充电站集群还在时间间隔t内将电力市场购买的能量分配给充电站，保证电力满足实时平衡。

2)传统燃气机组模型

考虑到传统发电机的爬坡能力，两个连续时间间隔的输出功率受到公式(8)的限制：

3)分布式储能约束

电动汽车充电站通常配备分布式储能系统以保持供电的稳定性并防止能源短缺，弥补传统燃气机组启停时间过长或者功率爬坡慢的限制。然而，由于频繁的充电和放电过程，电动汽车能量存储系统(Energy Storage System，ESS)的安装相当昂贵并且其生命周期非常短。一般来说，ESS预计会在电力市场价格低的时候购买能量和充电，并在电力市场价格高的时候卖出能量和放电。

考虑到充电和放电过程中的转换损耗，分布式储能系统的模型描述如下：

ES₀＝ES_T (11)

公式(9)是储能系统随时间变化的容量约束。公式(10)表示储能系统容量的最大最小约束。公式(11)表示储能系统在T时刻的容量状态应等于初始状态。公式(12)定义了两个二进制变量。公式(13)表明两个状态变量有且只有一个可以为1。公式(14)定义了储能系统充电量的最大值。公式(15)定义了储能系统放电量的最大值。

式(5)-(15)中，P^Grid(t)表示在时间段t内从电力市场中采购的电能，

表示在电力市场中购买的功率下限，

表示在电力市场中购买的功率上限，

表示对于任意的时间段；P^Grid(m,t)表示在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m的功率，M表示充电站总个数；P^Unit(m,t)表示在时间段t内充电站 m中的燃气发电机的输出功率；

表示充电站m中燃气发电机的最小功率输出，

表示充电站m中燃气发电机的最大功率输出，

表示对于任意时间段内的充电站；P^Unit(m,t-1)表示在时间段t-1内充电站m中的燃气发电机的输出功率，RD(m)表示充电站m中燃气发电机的下爬坡功率，RU(m)表示充电站m中燃气发电机的上爬坡功率；ES_t表示时间段t内储能系统的容量，ES_t+1表示时间段t+1内储能系统的容量，η_c表示储能系统的充电效率，η_d表示储能系统的放电效率，P_t ^char表示时间段t内储能系统的充电功率，P_t ^dischar表示时间段t 内储能系统的放电功率；ES_min表示储能系统最小容量限制，ES_max表示储能系统最大容量限制；ES₀表示储能系统在0时刻的容量，ES_T表示储能系统在T 时刻的容量；

表示时间段t内储能系统是否充电的二进制变量，

表示时间段t内储能系统充电，

表示时间段t内储能系统未充电，

表示时间段t内储能系统是否放电的二进制变量，

表示时间段t内储能系统放电，

表示时间段t内储能系统未放电；

表示储能系统的最大充电功率，

表示储能系统的最大放电功率。

步骤105：获取有充电需求的电动汽车数量和充电站的充电率。

步骤106：根据有充电需求的电动汽车数量、充电站的充电率和交通流量确定电动汽车充电负荷模型约束条件。

步骤106，具体包括：

根据如下公式确定电动汽车充电负荷模型约束条件：

充电站节点连接的道路处的交通流量决定充电站m的充电EV的总数 q^EV(m)。可以通过充电站m中的充电率ω(m)将充电EV的数量转换为充电功率 P^EV(m)。

充电站m中的充电EV的数量可以根据与充电站m连接的路径的数量与平衡的交通路径的数量的比率

分配给充电交通需求的总数N^ETA(od)。

式(16)-(17)中，P^EV(m)表示充电电动汽车的充电功率，ω(m)表示充电站m的充电率，q^EV(m)表示充电电动汽车的总数量，

表示对于任意的充电站，λ(a,m)表示道路a与充电站m连接时的指示参数，λ(a,m)＝1表示道路a与充电站m连接，λ(a,m)＝0表示道路a与充电站m未连接，N^ETA(od)表示在od段包含充电站的比例。

步骤107：获取风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率。

步骤108：根据充电站的功率、燃气发电机的输出功率、风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率确定功率平衡约束条件。

步骤108，具体包括：

根据如下公式确定功率平衡约束条件：

式(18)中，P^Grid(m,t)表示在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m的功率，P^Unit(m,t)表示在时间段t内充电站m中的燃气发电机的输出功率， P^Wind(m,t)表示在时间段t内充电站m中风力发电机的输出功率，P^Solar(m,t)表示在时间段t内充电站m中太阳能发电机的输出功率，P^EV(m,t)表示在时间段t内充电站m中充电电动汽车的充电功率。

步骤109：建立电动汽车充电管理目标函数；目标函数考虑了电网买电成本、发电机组出力和电动汽车充电收益。

电动汽车充电站的优化目标是三个部分，最小化从电网买电的成本、机组出力成本，同时最大化充电收入。从电网买电的成本包括电网电价乘从电网买的电量，机组出力成本包括空载成本和边际成本，充电收入包括充电电价乘充电功率。

步骤109，具体包括：

根据如下公式建立电动汽车充电管理目标函数y：

式(19)中，π^Grid表示时间段t的电力市场出清电价，a(m)表示充电站m 的空载煤耗，b(m)表示充电站m的边际煤耗，π^EV(m,t)表示在时间段t充电站m 的充电价格。

步骤110：根据交通系统模型约束条件、发电模型约束条件和电动汽车充电负荷模型约束条件和功率平衡约束条件求解电动汽车充电管理目标函数，得到在电网买电成本最小化、发电机组出力最小化和电动汽车充电收益最大化条件下的储能系统运行参数和交通分配参数。

储能系统运行参数包括：在时间段t内从电力市场中采购的电能P^Grid(t)、在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m的功率P^Grid(m,t)、在时间段 t内充电站m中的燃气发电机的输出功率P^Unit(m,t)、在时间段t内充电站m中风力发电机的输出功率P^Wind(m,t)、在时间段t内充电站m中太阳能发电机的输出功率P^Solar(m,t)、时间段t内储能系统的容量ES_t、储能系统的充电效率η_c、储能系统的放电效率η_d、储能系统最大容量限制ES_max、储能系统最小容量限制 ES_min、储能系统的最大充电功率

和储能系统的最大放电功率

交通分配参数包括：道路a上的出行时间TT(a)、道路a上的出行流量 TF^Link(a)、出行路径k上od段的交通流量TF^Path(od,k)、od段之间用于平衡交通流的出行路径向量Path^ETA(od)。

步骤111：根据储能系统运行参数和交通分配参数进行电动汽车充电管理。

图2为本发明实施例考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理系统结构图，如图2所示，本实施例提供了一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理系统，其特征在于，包括：

参数获取模块201，用于获取电动汽车的出行路径、各个道路的道路容量和各个道路的交通流量；用于获取电动汽车充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率；用于获取有充电需求的电动汽车数量和充电站的充电率；以及用于获取风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率。

交通系统模型约束条件确定模块202，用于根据出行路径、道路容量和交通流量确定交通系统模型约束条件。

发电模型约束条件确定模块203，用于根据充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件。

电动汽车充电负荷模型约束条件确定模块204，用于根据有充电需求的电动汽车数量、充电站的充电率和交通流量确定电动汽车充电负荷模型约束条件。

功率平衡约束条件确定模块205，用于根据充电站的功率、燃气发电机的输出功率、风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率确定功率平衡约束条件。

电动汽车充电管理目标函数生成模块206，用于建立电动汽车充电管理目标函数；目标函数考虑了电网买电成本、发电机组出力和电动汽车充电收益。

计算模块207，用于根据交通系统模型约束条件、发电模型约束条件和电动汽车充电负荷模型约束条件和功率平衡约束条件求解电动汽车充电管理目标函数，得到在电网买电成本最小化、发电机组出力最小化和电动汽车充电收益最大化条件下的储能系统运行参数和交通分配参数。

电动汽车充电管理模块208，用于根据储能系统运行参数和交通分配参数进行电动汽车充电管理。

对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本发明研究区域的交通信息如图3所示。图3中有9个站点，4个充电站，假设在行进路径的每个道路a中的充电概率是相同的，并且在道路a旁边选择一个站的概率的一半，则确定充电行为。各个站点之间的数字代表实际优化出来的最优车流量，没有数字的线路代表没有车从这些道路通过。通过充电站充电率参数为0.2MW，可以确定每个充电站的总充电功率。然后，充电站在规划时间段24小时内调度充电功率。依据的系统参数为：

1)交通数据

交通系统具有“九宫格”的标志性结构。表1和表2显示了每条道路的容量和自由行程时间以及充电站的分布，表1为交通系统道路信息，容量表示该道路的最大容量，时间表示自由出行时间。表2为交通出行对以及充电需求，出行需求表示需要通过的车辆数。交通主流量从西南向北和东北。

表1交通系统道路信息

表2交通出行对以及充电需求

2)充电站数据

充电站集群参与电力市场购买能量并在规划时间段内发送到充电站。每个充电站的能量供应框架包含一个内部燃气发电机。关于发电机运行和燃料成本数据的参数分别列于表3和表4中，表3为发电机运行数据，表4为发电机燃料数据。此外，假设有关电力价格的数据是已知的。从充电需求方面，充电交易以充电站之间的边际成本支付。图4为本发明实施例中充电站的节点边际价格曲线图。充电站的充电率为0.2MW。

表3发电机运行数据

表4发电机燃料数据

图5为4个充电站的能量管理最优组合图，其包含在每个时间间隔t由内部燃气机组产生的从充电集群发出的功率。当电价低时(从凌晨2:00到上午 9:00)，充电集群愿意从电网购买能量。在其他时间，内部传统燃料机组产生的能量占很大比例，特别是在电价最高时的17:00和18:00PM。通常，燃气机组发出的功率与电力价格正相关。

表5各方案的对比结果

表5为各方案的对比结果。方案1为本发明提出的方法；方案2为不进行负荷管理，即负荷充电功率数据当作参量输入到模型中；方案3为不增加储能；方案4为既不增加储能模型，又不进行负荷管理。从表5可以看出，相较于其他的优化方法，可以看出本发明所提出优化方法的优势。对比方案1和方案2 的充电收入，可知进行负荷管理(交通领域)的充电收入会有增加。对比方案 1和方案3，储能系统的增加使得电网购电成本减小。对比4个方案的总成本，可以看出方案1中使用的本发明所提出的方法可以使得电力-交通联合系统的总成本最小化。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理方法，其特征在于，包括：

获取电动汽车的出行路径、各个道路的道路容量和各个道路的交通流量；

根据所述出行路径、所述道路容量和所述交通流量确定交通系统模型约束条件；

获取电动汽车充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率；

根据所述充电站的功率、所述储能系统电力参数和所述燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件；

获取有充电需求的电动汽车数量和充电站的充电率；

根据所述有充电需求的电动汽车数量、所述充电站的充电率和所述交通流量确定电动汽车充电负荷模型约束条件；

获取风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率；

根据所述充电站的功率、所述燃气发电机的输出功率、所述风力发电机的输出功率、所述太阳能发电机的输出功率和所述充电电动汽车的充电功率确定功率平衡约束条件；

建立电动汽车充电管理目标函数；所述目标函数考虑了电网买电成本、发电机组出力和电动汽车充电收益；

根据所述交通系统模型约束条件、所述发电模型约束条件和所述电动汽车充电负荷模型约束条件和所述功率平衡约束条件求解所述电动汽车充电管理目标函数，得到在电网买电成本最小化、发电机组出力最小化和电动汽车充电收益最大化条件下的储能系统运行参数和交通分配参数；

根据所述储能系统运行参数和所述交通分配参数进行电动汽车充电管理；

根据如下公式确定交通系统模型约束条件：

式中，TT(a)表示道路a上的出行时间，

表示自由出行时间，TF^Link(a)表示道路a上的出行流量，c(a)表示道路a的容量，

表示对于任意的道路a；k表示出行路径，K表示出行路径的总条数，TF^Path(k)表示出行路径k上的交通流量，δ^Travel(a，k)表示出行路径k通过道路a的取值，δ^Travel(a，k)＝1表示出行路径k通过道路a，δ^Travel(a，k)＝0表示出行路径k不通过道路a，TF^Path(od，k)表示出行路径k上od段的交通流量，od段表示两个充电站站点之间的道路，q^Travel(od)表示od段之间的出行需求流量，

表示对于任意的od段；Path^ETA(od)表示od段之间用于平衡交通流量的出行路径向量，a_n表示第n条道路，n表示平衡交通流量经过的道路数量；

根据如下公式确定发电模型约束条件：

ES₀＝ES_T

式中，P^Grid(t)表示在时间段t内从电力市场中采购的电能，

表示在电力市场中购买的功率下限，

表示在电力市场中购买的功率上限，

表示对于任意的时间段；P^Grid(m，t)表示在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m的功率，M表示充电站总个数；P^Unit(m，t)表示在时间段t内充电站m中的燃气发电机的输出功率；

表示充电站m中燃气发电机的最小功率输出，

表示充电站m中燃气发电机的最大功率输出，

表示对于任意时间段内的充电站；P^Unit(m，t-1)表示在时间段t-1内充电站m中的燃气发电机的输出功率，RD(m)表示充电站m中燃气发电机的下爬坡功率，RU(m)表示充电站m中燃气发电机的上爬坡功率；ES_t表示时间段t内储能系统的容量，ES_t+1表示时间段t+1内储能系统的容量，η_c表示储能系统的充电效率，η_d表示储能系统的放电效率，P_t ^char表示时间段t内储能系统的充电功率，P_t ^dischar表示时间段t内储能系统的放电功率；ES_min表示储能系统最小容量限制，ES_max表示储能系统最大容量限制；ES₀表示储能系统在0时刻的容量，ES_T表示储能系统在T时刻的容量；

表示时间段t内储能系统是否充电的二进制变量，

表示时间段t内储能系统充电，

表示时间段t内储能系统未充电，

表示时间段t内储能系统是否放电的二进制变量，

表示时间段t内储能系统放电，

表示时间段t内储能系统未放电；

表示储能系统的最大充电功率，

表示储能系统的最大放电功率；

根据如下公式确定电动汽车充电负荷模型约束条件：

式中，P^EV(m)表示充电电动汽车的充电功率，ω(m)表示充电站m的充电率，q^EV(m)表示充电电动汽车的总数量，

表示对于任意的充电站，λ(a，m)表示道路a与充电站m连接时的指示参数，λ(a，m)＝1表示道路a与充电站m连接，λ(a，m)＝0表示道路a与充电站m未连接，N^ETA(od)表示在od段包含充电站的比例；

根据如下公式确定功率平衡约束条件：

式中，P^Wind(m，t)表示在时间段t内充电站m中风力发电机的输出功率，P^Solar(m，t)表示在时间段t内充电站m中太阳能发电机的输出功率，P^EV(m，t)表示在时间段t内充电站m中充电电动汽车的充电功率；

根据如下公式建立电动汽车充电管理目标函数y：

式中，π^Grid(t)表示时间段t的电力市场出清电价，a(m)表示充电站m的空载煤耗，b(m)表示充电站m的边际煤耗，π^EV(m，t)表示在时间段t充电站m的充电价格；

所述储能系统运行参数包括：在时间段t内从电力市场中采购的电能P^Grid(t)、在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m的功率P^Grid(m，t)、在时间段t内充电站m中的燃气发电机的输出功率P^Unit(m，t)、在时间段t内充电站m中风力发电机的输出功率P^Wind(m，t)、在时间段t内充电站m中太阳能发电机的输出功率P^Solar(m，t)、时间段t内储能系统的容量ES_t、储能系统的充电效率η_c、储能系统的放电效率η_d、储能系统最大容量限制ES_max、储能系统最小容量限制ES_min、储能系统的最大充电功率

和储能系统的最大放电功率

所述交通分配参数包括：道路a上的出行时间TT(a)、道路a上的出行流量TF^Link(a)、出行路径k上od段的交通流量TF^Path(od，k)、od段之间用于平衡交通流量的出行路径向量Path^ETA(od)。

2.一种考虑储能系统和交通分配的电动汽车充电管理系统，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取电动汽车的出行路径、各个道路的道路容量和各个道路的交通流量；用于获取电动汽车充电站的功率、储能系统电力参数和燃气发电机的输出功率；用于获取有充电需求的电动汽车数量和充电站的充电率；以及用于获取风力发电机的输出功率、太阳能发电机的输出功率和充电电动汽车的充电功率；

交通系统模型约束条件确定模块，用于根据所述出行路径、所述道路容量和所述交通流量确定交通系统模型约束条件；

发电模型约束条件确定模块，用于根据所述充电站的功率、所述储能系统电力参数和所述燃气发电机的输出功率确定发电模型约束条件；

电动汽车充电负荷模型约束条件确定模块，用于根据所述有充电需求的电动汽车数量、所述充电站的充电率和所述交通流量确定电动汽车充电负荷模型约束条件；

功率平衡约束条件确定模块，用于根据所述充电站的功率、所述燃气发电机的输出功率、所述风力发电机的输出功率、所述太阳能发电机的输出功率和所述充电电动汽车的充电功率确定功率平衡约束条件；

电动汽车充电管理目标函数生成模块，用于建立电动汽车充电管理目标函数；所述目标函数考虑了电网买电成本、发电机组出力和电动汽车充电收益；

计算模块，用于根据所述交通系统模型约束条件、所述发电模型约束条件和所述电动汽车充电负荷模型约束条件和所述功率平衡约束条件求解所述电动汽车充电管理目标函数，得到在电网买电成本最小化、发电机组出力最小化和电动汽车充电收益最大化条件下的储能系统运行参数和交通分配参数；

电动汽车充电管理模块，用于根据所述储能系统运行参数和所述交通分配参数进行电动汽车充电管理；

根据如下公式确定交通系统模型约束条件：

式中，TT(a)表示道路a上的出行时间，

表示自由出行时间，TF^Link(a)表示道路a上的出行流量，c(a)表示道路a的容量，

表示对于任意的道路a；k表示出行路径，K表示出行路径的总条数，TF^Path(k)表示出行路径k上的交通流量，δ^Travel(a，k)表示出行路径k通过道路a的取值，δ^Travel(a，k)＝1表示出行路径k通过道路a，δ^Travel(a，k)＝0表示出行路径k不通过道路a，TF^Path(od，k)表示出行路径k上od段的交通流量，od段表示两个充电站站点之间的道路，q^Travel(od)表示od段之间的出行需求流量，

表示对于任意的od段；Path^ETA(od)表示od段之间用于平衡交通流量的出行路径向量，a_n表示第n条道路，n表示平衡交通流量经过的道路数量；

根据如下公式确定发电模型约束条件：

ES₀＝ES_T

式中，P^Grid(t)表示在时间段t内从电力市场中采购的电能，

表示在电力市场中购买的功率下限，

表示在电力市场中购买的功率上限，

表示对于任意的时间段；P^Grid(m，t)表示在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m的功率，M表示充电站总个数；P^Unit(m，t)表示在时间段t内充电站m中的燃气发电机的输出功率；

表示充电站m中燃气发电机的最小功率输出，

表示充电站m中燃气发电机的最大功率输出，

表示对于任意时间段内的充电站；P^Unit(m，t-1)表示在时间段t-1内充电站m中的燃气发电机的输出功率，RD(m)表示充电站m中燃气发电机的下爬坡功率，RU(m)表示充电站m中燃气发电机的上爬坡功率；ES_t表示时间段t内储能系统的容量，ES_t+1表示时间段t+1内储能系统的容量，η_c表示储能系统的充电效率，η_d表示储能系统的放电效率，P_t ^char表示时间段t内储能系统的充电功率，P_t ^dischar表示时间段t内储能系统的放电功率；ES_min表示储能系统最小容量限制，ES_max表示储能系统最大容量限制；ES₀表示储能系统在0时刻的容量，ES_T表示储能系统在T时刻的容量；

表示时间段t内储能系统是否充电的二进制变量，

表示时间段t内储能系统充电，

表示时间段t内储能系统未充电，

表示时间段t内储能系统是否放电的二进制变量，

表示时间段t内储能系统放电，

表示时间段t内储能系统未放电；

表示储能系统的最大充电功率，

表示储能系统的最大放电功率；

根据如下公式确定电动汽车充电负荷模型约束条件：

式中，P^EV(m)表示充电电动汽车的充电功率，ω(m)表示充电站m的充电率，q^EV(m)表示充电电动汽车的总数量，

表示对于任意的充电站，λ(a，m)表示道路a与充电站m连接时的指示参数，λ(a，m)＝1表示道路a与充电站m连接，λ(a，m)＝0表示道路a与充电站m未连接，N^ETA(od)表示在od段包含充电站的比例；

根据如下公式确定功率平衡约束条件：

式中，P^Wind(m，t)表示在时间段t内充电站m中风力发电机的输出功率，P^Solar(m，t)表示在时间段t内充电站m中太阳能发电机的输出功率，P^EV(m，t)表示在时间段t内充电站m中充电电动汽车的充电功率；

根据如下公式建立电动汽车充电管理目标函数y：

式中，π^Grid(t)表示时间段t的电力市场出清电价，a(m)表示充电站m的空载煤耗，b(m)表示充电站m的边际煤耗，π^EV(m，t)表示在时间段t充电站m的充电价格；

所述储能系统运行参数包括：在时间段t内从电力市场中采购的电能P^Grid(t)、在时间段t内从电力市场采购的能量分配到充电站m的功率P^Grid(m，t)、在时间段t内充电站m中的燃气发电机的输出功率P^Unit(m，t)、在时间段t内充电站m中风力发电机的输出功率P^Wind(m，t)、在时间段t内充电站m中太阳能发电机的输出功率P^Solar(m，t)、时间段t内储能系统的容量ES_t、储能系统的充电效率η_c、储能系统的放电效率η_d、储能系统最大容量限制ES_max、储能系统最小容量限制ES_min、储能系统的最大充电功率

和储能系统的最大放电功率

所述交通分配参数包括：道路a上的出行时间TT(a)、道路a上的出行流量TF^Link(a)、出行路径k上od段的交通流量TF^Path(od，k)、od段之间用于平衡交通流量的出行路径向量Path^ETA(od)。

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