CN111431198A - 峰谷电价下考虑电动汽车v2g能力的配电网储能调峰方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，根据电动汽车基本参数与运行约束条件，对电动汽车形成V2G能力边界并建立固定时长V2G能力预测模型；考虑配电网电动汽车总量，建立规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略；根据配电网日负荷曲线，获得配电网日前调度功率曲线；最后日内根据日前调度策略，以削峰填谷效果最优为目标函数，以更小时间尺度对电动汽车配合储能V2G进行双时间尺度优化，获得配电网日内调度功率曲线。本发明的调度方法充分考虑电动汽车车主V2G意愿，使其利益最大化，同时充分考虑电动汽车双时间尺度下的V2G能力，辅助储能实现对配电网负荷削峰填谷的功能，也减小了日前计划的误差。

Description

峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，特别是一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法。

背景技术

电动汽车(Electric Vehicle，EV)作为动态负荷，其充电行为具有很强的随机性，对电网的影响不容忽视。大规模电动汽车无序充电会降低电网运行的经济性、稳定性和可靠性，危害电网的安全运行，所以有必要采取适当的控制策略来引导电动汽车用户进行有序充电，以改善目标区域电网的负荷特性。

为充分发挥电动汽车车载储能电池能量双向流动的特性，电动汽车与电网互动(Vehicle toGrid，V2G)技术已成为当下的研究热点。V2G技术通过设定电动汽车充放电约束条件，使其满足有序充放电策略的要求，从而实现对电网负荷曲线削峰填谷的效果

现有技术存在的问题是：配电网中大量分布式电源以及电动汽车无序接入引起配电网峰上加峰问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，包括以下步骤：

步骤1、获取单辆电动汽车基本参数与运行约束条件；

步骤2、根据电动汽车基本参数与运行约束条件，对电动汽车形成V2G能力边界并建立固定时长V2G能力预测模型；

步骤3、根据配电网峰谷电价与固定时长电动汽车V2G能力预测模型，考虑配电网电动汽车总量，建立规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略；

步骤4、根据配电网日负荷曲线，以峰谷电价下储能日前充放电经济性最优确定储能优化配置方法，将储能充放电功率曲线与规模性电动汽车响应峰谷电价下V2G功率曲线叠加获得配电网日前调度功率曲线；

步骤5、日内根据日前调度策略，以削峰填谷效果最优为目标函数，以更小时间尺度对电动汽车配合储能V2G进行双时间尺度优化，获得配电网日内调度功率曲线。

进一步的，本发明所提出的峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，所述步骤1的电动汽车基本参数包括：电动汽车接入配电网时间t_j1，电动汽车离开配电网时间t_j2，包括到达办公区时间t_b1，离开办公区时间t_b2，到达居民区时间t_m1，离开居民区时间t_m2。电池容量参数C_ev，电池功率P_ev，其中电池功率P_ev包括：电池充电功率p_evc，电池放电功率p_evd，电池充电效率η_evc，电池放电效率η_evd。

进一步的，本发明所提出的峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，所述步骤1的运行约束条件包括：

电动汽车运行时间t_y约束：

t_j1＜t_y＜t_j2

电池充放电约束：

其中，SOC_max、SOC_min分别表示车载电池的荷电状态SOC最大值、最小值；C_max、C_min分别表示车载容量上下限；

离开时当前时刻t容量C(t)约束：C(t)≤C_need，C_need为离开电网时期望电量。

进一步的，本发明所提出的峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，所述步骤2的形成V2G能力边界并建立固定时长V2G能力预测模型构造方法为：

电动汽车开始V2G时间t且设电动汽车刚接入电网时首先进行充电：

C(t)＝C(t_j1)+P_evcη_evc(t-t_j1)

C(t)为t时刻开始V2G电量，C(t_j1)为接入配电网时电动汽车电量；

对V2G开始时间进行约束：

t_j1≤t≤t_j2

设总时间被划分成若干个均匀时段T，确定电动汽车V2G固定时长T

T＝min{T,t-t_j1,t_j2-t}

以电动汽车接入配电网进行充电并保持最大电池容量为V2G能力上界，下一段固定时长T可充电电量C_up(t,T)为；

C_up(t,T)＝min{p_evcη_evcT,C_max-C(t)}

以电动汽车接入配电网进行放电并保持最小电池容量直到强制充电为V2G能力下界，下一段V2G固定时长T可放电电量C_down(t,T)为；

C_down(t,T)＝min{p_evdT/η_evd,C(t)+p_evcη_evc(t_j2-t-T)-C_need,C(t)-C_min}。

进一步的，本发明所提出的峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，所述步骤3的规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略构造方法为：

设峰谷电价的时段模型为

式中，P_v、P_p、P_n分别表示谷电价、峰电价和平电价，且P_v＜P_n＜P_p，且t_c1为谷电价开始时刻，t_c2为谷电价结束时刻，t_d1为峰电价开始时刻，t_d2为峰电价结束时刻，其余时间均为平电价时段；

形成规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略具体如下：

电动汽车t时刻可充电与可放电能力由固定时长T电动汽车V2G能力预测模型决定，而电动汽车当前时刻的电池电量用充电标识符c_t与放电标识符d_t表示，即

C(t+1)＝C(t)+c_t×p_evcη_evcT-d_t×p_evdT/η_evd

式中：C(t+1)为下一时刻t+1电池电量，C(t)为当前时刻t电池电量；c_t为t时刻充电标识符，c_t＝1代表充电，c_t＝0代表不充电；d_t为t时刻放电标识符，d_t＝1代表放电，d_t＝0代表不放电；

具体策略步骤为：

步骤301：获得当前t时刻电池电量C(t)，下一段固定时长T可充电电量C_up(t,T)，下一段V2G固定时长T可放电电量C_down(t,T)；

步骤302：判断C(t)-C_down(t,T)+p_evcη_evc(t_j2-t-T)＜C_need，若是，则c_t＝1，d_t＝0，进入步骤305；若否，则进入步骤303；

步骤303：判断C_up(t,T)是否为0，若是，则c_t＝0；若否，c_t随机为c_t＝0或c_t＝1；若c_t＝0进入步骤304，若c_t＝1，则d_t＝0，进入步骤305；

步骤304：判断C_down(t,T)是否为0，若是，c_t＝0，d_t＝0；若否，c_t＝0，d_t随机为d_t＝1或d_t＝0；

步骤305：判断t是否到达循环次数，若是，输出c_t，d_t序列；若否，t＝t+T，返回步骤301；

根据c_t，d_t序列，可以计算出电动汽车车主_nT时间内的成本F₁：

对电动汽车车主nT时间内的成本F₁结果进行排序，获得使F₁最低的c_t，d_t序列，即电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略，对配电网内N辆电动汽车进行蒙特卡洛模拟，获得规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略与充放电功率

进一步的，本发明所提出的峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，所述步骤4的配电网日前调度功率曲线由以下步骤组成：

步骤401、获得配电网日负荷曲线P_Load；

步骤402、以峰谷电价下储能日前充放电收益最高确定储能充放电功率P_BESS；

步骤403、将储能充放电功率P_BESS与规模性电动汽车响应峰谷电价下V2G功率

叠加得到配电网日前调度功率曲线。

进一步的，本发明所提出的峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，所述步骤5中日内以更小时间尺度对电动汽车配合储能V2G实时策略进行双时间尺度优化，设总时间被划分成若干个均匀时段T/n_t，n_t为时间尺度缩小倍数；步骤如下：

步骤501、获得配电网日负荷曲线P_Load的平均值P_base；

步骤502、计算配电网日负荷曲线与设定值P_base的差值ΔP₁，ΔP₁＝P_Load-P_base；

步骤503、将ΔP₁超出储能充放电功率P_BESS范围的部分表示为ΔP₂，ΔP₂＝ΔP₁-P_BESS；

步骤504、电动汽车以

最小为目标，通过固定时长T/n_t电动汽车V2G能力预测模型，实时调整每一辆电动汽车P_ev功率，对规模性电动汽车响应峰谷电价下V2G功率

进行双时间尺度优化，形成新的

获得配电网日内调度功率曲线。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明的调度方法充分考虑电动汽车车主V2G意愿，使其利益最大化，同时充分考虑电动汽车双时间尺度下的V2G能力，辅助储能实现对配电网负荷削峰填谷的功能，也减小了日前计划的误差。

附图说明

图1是电动汽车V2G能力边界。

图2是电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略。

图3是日内电动汽车配合储能V2G实时策略。

图4是规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G功率曲线。

图5是配电网日前调度功率曲线。

图6是配电网日内调度功率曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

单体电动汽车V2G能力预测模型的构建过程如下：

电动汽车参数如表1所示，

表1

电动汽车车型参考表2：

类型	参数
		额定电池容量/kW·h	64
电池SOC上限/100％	95％
		电池SOC下限/100％	20％
额定充电功率/kW	7
		额定放电功率/kW	7
额定充放电效率/100％	90％

表2

电动汽车基本参数包括：到达办公区时间t_b1，服从正态分布N(8.5,0.5²)，离开办公区时间t_b2，服从正态分布N(17.5,0.5²)，到达居民区时间t_m1，服从正态分布N(19,0.5²)，离开居民区时间t_m2，服从正态分布N(7,0.5²)，电池容量参数C_ev，这里选取64kW·h，电池功率P_ev包括电池充电功率p_evc，电池放电功率p_evd，均为7kW，电池充电效率η_evc，电池放电效率η_evd，均为90％；

电动汽车运行时间t_y约束：

t_j1＜t_y＜t_j2

电池充放电约束：

其中，SOC_max表示车载电池的荷电状态SOC最大值，这里为95％；SOC_min表示车载电池的荷电状态SOC最大值，这里为20％；C_max、C_min分别表示车载容量上下限；

离开时当前时刻t容量C(t)约束：C(t)≤C_need，C_need为离开电网时期望电量，服从平均分布U(0.8,0.9)。

形成V2G能力边界并建立固定时长V2G能力预测模型构造方法为：

1)电动汽车开始V2G时间t，电动汽车接入配电网时间t_j1，电动汽车离开配电网时间t_j2，且设电动汽车刚接入电网时首先进行充电：

C(t)＝C(t_j1)+P_evcη_evc(t-t_j1)

C(t)为t时刻开始V2G电量，C(t_j1)为接入配电网时电动汽车电量，

对V2G开始时间进行约束：

t_j1≤t≤t_j2，

总时间被划分成若干个均匀时段T，确定电动汽车V2G固定时长T；

T＝min{T,t-t_j1,t_j2-t}。

2)以电动汽车接入配电网进行充电并保持最大电池容量为V2G能力上界，如图1所示，下一段固定时长T可充电电量C_up(t,T)为；

C_up(t,T)＝min{p_evcη_evcT,C_max-C(t)}。

3)以电动汽车接入配电网进行放电并保持最小电池容量直到强制充电为V2G能力下界，如图1所示，下一段V2G固定时长T可放电电量C_down(t,T)为；

C_down(t,T)＝min{p_evdT/η_evd,C(t)+p_evcη_evc(t_j2-t-T)-C_need,C(t)-C_min}

规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略构造方法为：

峰谷电价的时段模型为

式中，P_v、P_p、P_n分别表示谷电价、峰电价和平电价，且P_v＜P_n＜P_p，且t_c1为谷电价开始时刻，t_c2为谷电价结束时刻，t_d1为峰电价开始时刻，t_d2为峰电价结束时刻，其余时间均为平电价时段。

形成规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略具体如下：

电动汽车t时刻可充电与可放电能力由固定时长T电动汽车V2G能力预测模型决定，而电动汽车当前时刻的电池电量用充电标识符c_t与放电标识符d_t表示，即

C(t+1)＝C(t)+c_t×p_evcη_evcT-d_t×p_evdT/η_evd

式中：C(t+1)为下一时刻t+1电池电量，C(t)为当前时刻t电池电量；c_t为t时刻充电标识符，c_t＝1代表充电，c_t＝0代表不充电；d_t为t时刻放电标识符，d_t＝1代表放电，d_t＝0代表不放电；

具体策略如图2所示，步骤为：

步骤1：获得当前t时刻电池电量C(t)，下一段固定时长T可充电电量C_up(t,T)，下一段V2G固定时长T可放电电量C_down(t,T)；

步骤2：判断C(t)-C_down(t,T)+p_evcη_evc(t_j2-t-T)＜C_need，若是，则c_t＝1，d_t＝0，进入步骤5；若否，则进入步骤3；

步骤3：判断C_up(t,T)是否为0，若是，则c_t＝0；若否，c_t随机为c_t＝0或c_t＝1；若c_t＝0进入步骤4，若c_t＝1，则d_t＝0，进入步骤5；

步骤4：判断C_down(t,T)是否为0，若是，c_t＝0，d_t＝0；若否，c_t＝0，d_t随机为d_t＝1或d_t＝0；

步骤5：判断t是否到达循环次数，若是，输出c_t，d_t序列；若否，t＝t+T，返回步骤1；

根据c_t，d_t序列，可以计算出电动汽车车主nT时间内的成本F₁：

对电动汽车车主nT时间内的成本F₁结果进行排序，获得使F₁最低的c_t，d_t序列，即电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略，对配电网内N辆电动汽车进行蒙特卡洛模拟，获得规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略与充放电功率

如图3所示。

配电网日前调度功率曲线由以下步骤组成：

步骤1：获得配电网日负荷曲线P_Load；

步骤2：获得储能充放电功率额定功率为500kw，以储能削峰填谷收益最高为目标函数，

在峰谷电价的基础上，储能系统在低电价时充电，此时

在高电价时放电

不仅转移了峰谷负荷，而且从中能获取一定利润。以储能系统投资方通过转移峰谷负荷获取利润B₁为目标建立数学模型如下：

其中，

—该时段电池储能系统充电功率(kW)；e_t—该时段的分时电价(元/kWh)；

—该时段电池储能系统放电功率(kW)；Δt＝1h；

储能有功出力约束

其中，

—储能最小放电功率；

—储能最大放电功率；

—储能最小充电功率；

—储能最大充电功率。

电池储能系统剩余容量约束：

在储能系统工作的过程中，各个时刻的电池剩余容量值不能超出一定的范围。当超过这一约束时应停止充放电，否则会使电池的寿命缩短。

其中，

—储能系统最小的剩余容量；

—储能系统最大的剩余容量。

步骤3：将储能充放电功率P_BESS与规模性电动汽车响应峰谷电价下V2G功率

叠加得到配电网日前调度功率曲线，如图5。

日内以时间尺度T/n_t对电动汽车配合储能V2G实时策略进行双时间尺度优化如图4，步骤如下：

总时间被划分成若干个均匀时段T/n_t，n_t为时间尺度缩小倍数；

步骤1：获得配电网日负荷曲线P_Load的平均值P_base；

步骤2：计算配电网日负荷曲线与设定值P_base的差值ΔP₁，ΔP₁＝P_Load-P_base；

步骤3：将ΔP₁超出储能充放电功率P_BESS范围的部分表示为ΔP₂，ΔP₂＝ΔP₁-P_BESS；

步骤4：电动汽车以

最小为目标，通过固定时长T/n_t电动汽车V2G能力预测模型，实时调整每一辆电动汽车P_ev功率，对规模性电动汽车响应峰谷电价下V2G功率

进行双时间尺度优化，形成新的

获得配电网日内调度功率曲线，如图6。

以上所述具体实施方式详细对本发明内容作了进一步详细的描述，部分参数和函数进行了实例化，实际应用中可有等同替换，也可视具体情况选取合适的参数。

Claims (7)

1.一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取单辆电动汽车基本参数与运行约束条件；

步骤2、根据电动汽车基本参数与运行约束条件，对电动汽车形成V2G能力边界并建立固定时长V2G能力预测模型；

步骤3、根据配电网峰谷电价与固定时长电动汽车V2G能力预测模型，考虑配电网电动汽车总量，建立规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略；

步骤4、根据配电网日负荷曲线，以峰谷电价下储能日前充放电经济性最优确定储能优化配置方法，将储能充放电功率曲线与规模性电动汽车响应峰谷电价下V2G功率曲线叠加获得配电网日前调度功率曲线；

步骤5、日内根据日前调度策略，以削峰填谷效果最优为目标函数，以更小时间尺度对电动汽车配合储能V2G进行双时间尺度优化，获得配电网日内调度功率曲线。

2.根据权利要求1所述的一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，其特征在于，所述步骤1的电动汽车基本参数包括：电动汽车接入配电网时间t_j1，电动汽车离开配电网时间t_j2，包括到达办公区时间t_b1，离开办公区时间t_b2，到达居民区时间t_m1，离开居民区时间t_m2。电池容量参数C_ev，电池功率P_ev，其中电池功率P_ev包括：电池充电功率p_evc，电池放电功率p_evd，电池充电效率η_evc，电池放电效率η_evd。

3.根据权利要求2所述的一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，其特征在于，所述步骤1的运行约束条件包括：

电动汽车运行时间t_y约束：

t_b1＜t_y＜t_b2

t_j1＜t_y＜t_j2

电池充放电约束：

其中，SOC_max、SOC_min分别表示车载电池的荷电状态SOC最大值、最小值；C_EV表示车载电池额定容量；C_max、C_min分别表示车载容量上下限；

离开时当前时刻t容量C(t)约束：C(t)≤C_need，C_need为离开电网时期望电量。

4.根据权利要求3所述的一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，其特征在于，所述步骤2的形成V2G能力边界并建立固定时长V2G能力预测模型构造方法为：

1)电动汽车开始V2G时间t，设电动汽车刚接入电网时首先进行充电：

C(t)＝C(t_j1)+P_evcη_evc(t-t_j1)

C(t)为t时刻开始V2G电量，C(t_j1)为接入配电网时电动汽车电量；

对V2G开始时间进行约束：

t_j1≤t≤t_j2

设总时间被划分成若干个均匀时段T，确定电动汽车V2G固定时长T

T＝min{T,t-t_j1,t_j2-t}

2)以电动汽车接入配电网进行充电并保持最大电池容量为V2G能力上界，下一段固定时长T可充电电量C_up(t,T)为；

C_up(t,T)＝min{p_evcη_evcT,C_max-C(t)}

3)以电动汽车接入配电网进行放电并保持最小电池容量直到强制充电为V2G能力下界，下一段V2G固定时长T可放电电量C_down(t,T)为；

C_down(t,T)＝min{p_evdT/η_evd,C(t)+p_evcη_evc(t_j2-t-T)-C_need,C(t)-C_min}。

5.根据权利要求4所述的一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，其特征在于，所述步骤3的规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略构造方法为：

设峰谷电价的时段模型为

式中，P_v、P_p、P_n分别表示谷电价、峰电价和平电价，且P_v＜P_n＜P_p，且t_c1为谷电价开始时刻，t_c2为谷电价结束时刻，t_d1为峰电价开始时刻，t_d2为峰电价结束时刻，其余时间均为平电价时段；

形成规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略具体如下：

电动汽车t时刻可充电与可放电能力由固定时长T电动汽车V2G能力预测模型决定，而电动汽车当前时刻的电池电量用充电标识符c_t与放电标识符d_t表示，即

C(t+1)＝C(t)+c_t×p_evcη_evcT-d_t×p_evdT/η_evd

式中：C(t+1)为下一时刻t+1电池电量，C(t)为当前时刻t电池电量；c_t为t时刻充电标识符，c_t＝1代表充电，c_t＝0代表不充电；d_t为t时刻放电标识符，d_t＝1代表放电，d_t＝0代表不放电；

具体策略步骤为：

步骤301：获得当前t时刻电池电量C(t)，下一段固定时长T可充电电量C_up(t,T)，下一段V2G固定时长T可放电电量C_down(t,T)；

步骤302：判断C(t)-C_down(t,T)+p_evcη_evc(t_j2-t-T)＜C_need，若是，则c_t＝1，d_t＝0，进入步骤305；若否，则进入步骤303；

步骤303：判断C_up(t,T)是否为0，若是，则c_t＝0；若否，c_t随机为c_t＝0或c_t＝1；若c_t＝0进入步骤304，若c_t＝1，则d_t＝0，进入步骤305；

步骤304：判断C_down(t,T)是否为0，若是，c_t＝0，d_t＝0；若否，c_t＝0，d_t随机为d_t＝1或d_t＝0；

步骤305：判断t是否到达循环次数，若是，输出c_t，d_t序列；若否，t＝t+T，返回步骤301；

根据c_t，d_t序列，可以计算出电动汽车车主nT时间内的成本F₁：

对电动汽车车主nT时间内的成本F₁结果进行排序，获得使F₁最低的c_t，d_t序列，即电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略，对配电网内N辆电动汽车进行蒙特卡洛模拟，获得规模性电动汽车响应峰谷电价下固定时长V2G策略与充放电功率

6.根据权利要求5所述的一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，其特征在于，所述步骤4的配电网日前调度功率曲线由以下步骤组成：

步骤401、获得配电网日负荷曲线P_Load；

步骤402、以峰谷电价下储能日前充放电收益最高确定储能充放电功率P_BESS；

步骤403、将储能充放电功率P_BESS与规模性电动汽车响应峰谷电价下V2G功率

叠加得到配电网日前调度功率曲线。

7.根据权利要求6所述的一种峰谷电价下考虑电动汽车V2G能力的配电网储能调峰方法，其特征在于，所述步骤5中日内以更小时间尺度对电动汽车配合储能V2G实时策略进行双时间尺度优化，设总时间被划分成若干个均匀时段T/n_t，n_t为时间尺度缩小倍数；步骤如下：

步骤501、获得配电网日负荷曲线P_Load的平均值P_base；

步骤502、计算配电网日负荷曲线与设定值P_base的差值ΔP₁，ΔP₁＝P_Load-P_base；

步骤503、将ΔP₁超出储能充放电功率P_BESS范围的部分表示为ΔP₂，ΔP₂＝ΔP₁-P_BESS；

步骤504、电动汽车以

最小为目标，通过固定时长T/n_t电动汽车V2G能力预测模型，实时调整每一辆电动汽车P_ev功率，对规模性电动汽车响应峰谷电价下V2G功率

进行双时间尺度优化，形成新的

获得配电网日内调度功率曲线。

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