CN112001544A - 充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法 - Google Patents

充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法 Download PDF

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杨梦楠
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张勇
张哲�
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Abstract

本发明公开了充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，包括以下步骤：步骤一，运营商梳理充电站资源，得到引导型和可控型两类充电站资源，并上报给调度中心；步骤二，调度中心给运营商下发调度指令，所述调度指令包含对运营商充电站资源整体负荷的调度和充电桩单体的调度；步骤三，运营商接收并解析调度中心充电的调度指令，得到单体调度指令和聚合调度指令，依单体调度指令调节目标充电桩的输出功率，依聚合调度指令进行聚合调度，并进行聚合调度优化；步骤四，通过价格机制引导用户充电。通过本发明，可调度的充电站接受电网直接调度或聚合调度，不可调度的充电站通过价格引导的方式间接调控，实现电动汽车的有序充电。

Description

充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法
技术领域
本发明涉及一种充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，属于电动汽车充电调度技术领域。
背景技术
近年来电动汽车不断增多，电动汽车充电负荷对电网运行造成诸多影响，如何实现电动汽车有序充电，释放电动汽车在负荷侧的调节能力，成为研究热点，其中车网互动模式(V2G)所阐述的在电动汽车充电时接入电网，上送充电信息并接受电网的控制，被认为是最先进的电动汽车充电技术，一方面能够减小无序充电对电网的冲击，另一方面电动汽车的移动储能又会为电网调峰、可再生能源协调发展提供可能。V2G模式在国外已有一些实践的例子，但就现阶段来说，要推广开来还是存在很多障碍，1：实现V2G功能会进一步增大电动汽车的生产成本；2：大量车辆与电网直接通讯后，电网调度中心难以支撑巨大的计算能力和存储能力；3：用户心理上难以直接接受电网的调度；4：调度中心直接调度电动汽车或者电动汽车充电设施时的权责问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，该方法可解决电力交易市场开展时的上述问题，电网与充电运营商建立交互，由电网下发充电指令给运营商，再由运营商对所属充电站资源进行协调调度，另外，本发明的调度包含多种路径，实现整体资源的有序充电与部分资源的精准控制，对无法接受调度的充电资源也通过引导的方式参与调峰市场，充分激发充电站的调峰潜力。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，包括以下步骤：
步骤一，运营商梳理充电站资源，得到引导型和可控型两类充电站资源，并上报给调度中心；
步骤二，调度中心对可控型充电站资源的调度控制方法为：调度中心给运营商下发调度指令，所述调度指令包含对运营商充电站资源整体负荷的调度和充电桩单体的调度；
步骤三，运营商接收并解析调度中心充电的调度指令，得到单体调度指令和聚合调度指令，依单体调度指令调节目标充电桩的输出功率，依聚合调度指令进行聚合调度，并进行聚合调度优化；
步骤四，运营商对引导型充电站资源的调度控制方法为：通过价格机制引导用户充电。
所述聚合调度指令是对运营商所有充电站资源的统一调度，单体调度指令是对可控型充电站资源中某一个或几个充电桩的直接调度，聚合调度指令和单体调度指令均由调度中心下发至运营商平台，再由运营商实施调度。
步骤三中，运营商首先依单体调度指令调节充电桩的输出功率，并记录调节后各充电桩的负荷增量Pincrease；在实施聚合调度指令时，求解调节后全部充电桩的总的负荷增量
Figure BDA0002646483890000021
聚合调度指令要排除总负荷增量
Figure BDA0002646483890000022
再将所述调节量分配到可控型充电站资源中未参与单体调度的各个充电站和充电桩，调节充电桩输出功率；待单体调度生效后，再实施一次聚合调度优化。
调度中心对可控型充电站资源的调度控制方法为：调度中心下发充电调度指令到运营商平台，实施调度；一次下发的调度指令包含以下内容：
一、单体调度指令
调度中心直接给某一个或几个充电桩发送单体调度指令，所述单体调度指令是一个调度集合体
Figure BDA0002646483890000023
运营商依指令调节各充电桩的输出功率；
其中，
Figure BDA0002646483890000024
代表第1个充电桩，
Figure BDA0002646483890000025
代表第2个充电桩，cmd_units代表单体调度指令；
二、聚合调度指令
调度中心同时发送聚合调度指令，所述聚合调度指令是对运营商所有充电站资源的总负荷期望，由于调度中心可能需要频繁的调度充电桩单体，因此聚合调度指令还包含“是否有效IsValid的标识；
三、聚合调度指令下发时间戳信息，用以标识指令的时效性；
调度指令下发内容为：
Figure BDA0002646483890000031
其中，Timestamp代表时间戳信息；cmd_union代表聚合调度指令；unioncmd代表聚合调度指令的调节量。
步骤三中，运营商接收并解析调度中心充电的调度指令的方法具体为：
一、运营商解析并响应调度指令
首先运营商校验调度指令的时间戳信息Timestamp，过期的调度指令不能代表当前控制意图，不予响应；时间戳信息校验通过则从调度指令中解析出单体调度指令
Figure BDA0002646483890000032
和聚合调度指令cmd_union(unioncmd，IsValid)；
二、实施单体调度
响应单体调度指令
Figure BDA0002646483890000033
代表任意一个充电桩，首先从运营商云端获取待响应充电桩的当前充电状态，得到已经接入车辆并正在输出的充电桩，获取所述充电桩接入车辆的BMS电源需求功率Pdemand、充电桩额定功率Prate、当前输出功率Pnow，则实际下发给充电桩的功率指令为
Figure BDA0002646483890000034
以此调节充电桩输出，并记录调节后充电桩的负荷增量Pincrease＝Pnext-Pnow；
三、实施聚合调度
首先检验聚合调度指令cmd_union(unioncmd，IsValid)中的IsValid标识，标示为无效的指令，则不响应，校验通过则进行如下步骤：
1)计算实施单体调度后总的负荷增量
Figure BDA0002646483890000041
2)从运营商云端获取所有充电站资源的当前负荷
Figure BDA0002646483890000042
3)依所述单体调度后的负荷增量矫正当前负荷，得到进行单体调度后的总负荷预期值
Figure BDA0002646483890000043
4)计算聚合调度指令调节量
Figure BDA0002646483890000044
5)将所述调节量分配到可控型充电站资源中未参与单体调度的各个充电站和充电桩，调节充电桩输出功率，完成聚合调度；
四、聚合调度优化
具体步骤如下：
1)从运营商云端获取所有资源的当前负荷
Figure BDA0002646483890000045
2)计算聚合调度指令调节量
Figure BDA0002646483890000046
3)将所述调节量分配到可控型充电站资源中未参与单体调度的各个充电站和充电桩，调节充电桩输出功率，完成聚合调度的优化。
实施聚合调度优化，即在实施单体调度的一小段时间后再次依聚合调度指令实施一次聚合调度。
所述一小段时间为1分钟内。
步骤四中，运营商通过历史充电数据拟合出市场调峰时段T(t1-t2，t3-t4...)内日充电量e随充电服务费x的变化的规律f(x)，结合已知的市场出清价格x1，当前充电服务费用x0，x0下T内日充电量e0，模拟计算充电服务费用变化后的总收益值y＝x*f(x)+(f(x)-x0*e0)*x1，依此求解使总收益最大化的服务费用，并开展营销活动，通过调整充电服务费用引导用户充电。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，通过本发明，可调度的充电站接受电网直接调度或聚合调度，不可调度的充电站通过价格引导的方式间接调控，实现电动汽车的有序充电。
采用本发明方案后，运营商通过多种形式激发充电站的调峰潜力，兑现调峰服务。使用本发明有以下好处：
1.电网对运营商下发充电调度指令，不直接与电动汽车交互，由运营商进行内部资源调度，解决调度时的权责问题并提高了调度的效率，大大减轻了电网压力。
2.调度中心可以实施单体调度，精准控制部分充电桩的负荷，且调度指令通过运营商平台直接下发给终端用户，调度速度快，可满足秒级调度需求。
3.进行聚合调度优化保障资源负荷与调度指令匹配，提升调度效果和质量。
4.公快站等用户难以接受充电功率限制的充电资源也通过引导的方式参与调峰，充分激发充电站的调峰潜力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，包括以下步骤：
步骤一，运营商梳理充电站资源，得到引导型和可控型两类充电站资源，并上报给调度中心；
步骤二，调度中心对可控型充电站资源的调度控制方法为：调度中心给运营商下发调度指令，所述调度指令包含对运营商充电站资源整体负荷的调度和充电桩单体的调度；
步骤三，运营商接收并解析调度中心充电的调度指令，得到单体调度指令和聚合调度指令，依单体调度指令调节目标充电桩的输出功率，依聚合调度指令进行聚合调度，并进行聚合调度优化；
步骤四，运营商对引导型充电站资源的调度控制方法为：通过价格机制引导用户充电。
具体步骤如下：
运营商梳理充电资源并上报调度中心：
一般运营商所属充电站资源表现出两种类型，用户可接受功率调节的可控型资源和用户难以接受功率调节的不可控资源，不可控资源用户群体对价格敏感，可通过营销策略间接引导用户有序充电，作为引导型资源。两类资源均可参与调峰服务，可控型资源通过响应调度指令进行功率调节，兑现调峰服务，引导型资源通过价格引导的方式兑现调峰服务。
运营商对其所属充电站资源进行梳理，公交站、换电站等充电情况稳定、充电时间可调整的充电资源，有相对固定的充电习惯、充电要求，作为可控站响应电网调度指令；公共站和部分公交站等用户心理上无法接受调度的场站，作为引导型场站。运营商实时向调度中心上送各充电站、充电桩充电信息，将所述充电站资源接入调度中心。
调度中心下发调度指令：
调度中心下发充电调度指令到运营商平台，实施调度。一次下发的调度指令包含以下内容：
一、单体调度指令
调度中心直接给某一个或几个充电桩发送调度指令，所述指令是一个调度集合体
Figure BDA0002646483890000061
运营商需依指令调节各充电桩的输出功率。
二、聚合调度指令
调度中心同时发送聚合调度指令，所述指令是对运营商所有充电资源的总负荷期望Pcmd-union，由于调度中心可能需要频繁的调度充电桩单体，因此聚合调度指令还应包含“是否有效(IsValid)”的标识；
三、其它信息
指令下发时间戳信息，用以标识指令的时效性。
综上，调度指令下发内容为：
Figure BDA0002646483890000071
四、运营商解析并响应调度指令
首先校验指令消息的时间戳Timestamp，过期的指令不能代表当前控制意图，不予响应。校验通过则从指令消息中解析出单体调度指令
Figure BDA0002646483890000072
和聚合调度指令cmd_union(unioncmd，IsValid)。
五、实施单体调度
响应单体调度指令
Figure BDA0002646483890000073
首先从云端获取待响应充电桩的当前充电状态，得到已经接入车辆并正在输出的充电桩，获取所述充电桩接入车辆的BMS电源需求功率Pdemand、充电桩额定功率Prate、当前输出功率Pnow，则实际下发给充电桩的功率指令为
Figure BDA0002646483890000074
以此调节充电桩输出，并记录调节后充电桩的负荷增量Pincrease＝Pnext-Pnow。
六、实施聚合调度
首先检验聚合调度指令cmd_unio(unioncmd，IsValid)中的IsValid标识，标示为无效的指令，则不响应，校验通过则进行如下步骤：
1)计算实施单体调度后总的负荷增量
Figure BDA0002646483890000075
2)从运营商云端获取所有充电站资源的当前负荷
Figure BDA0002646483890000076
3)依所述单体调度后的负荷增量矫正当前负荷，得到进行单体调度后的总负荷预期值
Figure BDA0002646483890000077
4)计算聚合调度指令调节量
Figure BDA0002646483890000078
5)将所述调节量分配到可控型充电站资源中未参与单体调度的各个充电站和充电桩，调节充电桩输出功率，完成聚合调度；
七、聚合调度优化
实施聚合调度时已经考虑了单体调度后可能立即产生的负荷增量，但对负荷增量无法做到绝对准确的预估，因此在实施单体调度的一小段时间后再次依聚合调度指令实施一次聚合调度，具体步骤如下：
1)从运营商云端获取所有资源的当前负荷
Figure BDA0002646483890000081
2)计算聚合调度指令调节量
Figure BDA0002646483890000082
3)将所述调节量分配到可控型充电站资源中未参与单体调度的各个充电站和充电桩，调节充电桩输出功率，完成聚合调度的优化。
八、通过价格机制引导用户充电
运营商根据已知的市场规则，包括日内调峰时段T(t1-t2，t3-t4...)，调峰服务价格x1，以及场站当前在T时段内的充电服务价格x0、充电站历史充电电量数据，进行日调峰收益与支出评估，使预期总收益最大化，确定阶段价格策略，具体步骤如下：
1)计算T时段历史日平均充电电量e0，得到所述时段参与调峰前的日平均收益x0×e0；
2)通过历史充电数据拟合T时段内充电量e随充电服务费x的变化规律曲线，得到e＝f(x)，也可通过历史营销活动经验得出所述规律；
3)得到充电服务费x与总收益y的关系曲线：y＝x*f(x)+(f(x)-x0*e0)*x1；
其中f(x)已经通过步骤2)得到；
4)通过步骤3)的曲线寻找使总收益最大化的x值，将所述x值作为T时段的充电服务费；
5)策划营销活动，改变T时段充电服务费引导用户充电，兑现引导型场站的调峰服务。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，运营商梳理充电站资源，得到引导型和可控型两类充电站资源，并上报给调度中心；
步骤二，调度中心对可控型充电站资源的调度控制方法为：调度中心给运营商下发调度指令，所述调度指令包含对运营商充电站资源整体负荷的调度和充电桩单体的调度；
步骤三，运营商接收并解析调度中心充电的调度指令，得到单体调度指令和聚合调度指令，依单体调度指令调节目标充电桩的输出功率，依聚合调度指令进行聚合调度，并进行聚合调度优化；
步骤四，运营商对引导型充电站资源的调度控制方法为：通过价格机制引导用户充电。
2.根据权利要求1所述的充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，其特征在于：所述聚合调度指令是对运营商所有充电站资源的统一调度，单体调度指令是对可控型充电站资源中某一个或几个充电桩的直接调度，聚合调度指令和单体调度指令均由调度中心下发至运营商平台，再由运营商实施调度。
3.根据权利要求1所述的充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，其特征在于：步骤三中，运营商首先依单体调度指令调节充电桩的输出功率，并记录调节后各充电桩的负荷增量Pincrease；在实施聚合调度指令时，求解调节后全部充电桩的总的负荷增量
Figure FDA0002646483880000011
聚合调度指令要排除总负荷增量
Figure FDA0002646483880000012
再将所述调节量分配到可控型充电站资源中未参与单体调度的各个充电站和充电桩，调节充电桩输出功率；待单体调度生效后，再实施一次聚合调度优化。
4.根据权利要求1所述的充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，其特征在于：调度中心对可控型充电站资源的调度控制方法为：调度中心下发充电调度指令到运营商平台，实施调度；一次下发的调度指令包含以下内容：
一、单体调度指令
调度中心直接给某一个或几个充电桩发送单体调度指令，所述单体调度指令是一个调度集合体
Figure FDA0002646483880000021
运营商依指令调节各充电桩的输出功率；
其中，
Figure FDA0002646483880000022
代表第1个充电桩，
Figure FDA0002646483880000023
代表第2个充电桩，cmd_units代表单体调度指令；
二、聚合调度指令
调度中心同时发送聚合调度指令，所述聚合调度指令是对运营商所有充电站资源的总负荷期望，由于调度中心可能需要频繁的调度充电桩单体，因此聚合调度指令还包含“是否有效IsValid的标识；
三、聚合调度指令下发时间戳信息，用以标识指令的时效性；
调度指令下发内容为：
Figure FDA0002646483880000024
其中，Timestamp代表时间戳信息；cmd_union代表聚合调度指令；unioncmd代表聚合调度指令的调节量。
5.根据权利要求4所述的充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，其特征在于：步骤三中，运营商接收并解析调度中心充电的调度指令的方法具体为：
一、运营商解析并响应调度指令
首先运营商校验调度指令的时间戳信息Timestamp，过期的调度指令不能代表当前控制意图，不予响应；时间戳信息校验通过则从调度指令中解析出单体调度指令
Figure FDA0002646483880000025
和聚合调度指令cmd_union(unioncmd，IsValid)；
二、实施单体调度
响应单体调度指令
Figure FDA0002646483880000026
代表任意一个充电桩，首先从运营商云端获取待响应充电桩的当前充电状态，得到已经接入车辆并正在输出的充电桩，获取所述充电桩接入车辆的BMS电源需求功率Pdemand、充电桩额定功率Prate、当前输出功率Pnow，则实际下发给充电桩的功率指令为
Figure FDA0002646483880000031
以此调节充电桩输出，并记录调节后充电桩的负荷增量Pincrease＝Pnext-Pnow；
三、实施聚合调度
首先检验聚合调度指令cmd_union(unioncmd，IsValid)中的IsValid标识，标示为无效的指令，则不响应，校验通过则进行如下步骤：
1)计算实施单体调度后总的负荷增量
Figure FDA0002646483880000032
2)从运营商云端获取所有充电站资源的当前负荷
Figure FDA0002646483880000033
3)依所述单体调度后的负荷增量矫正当前负荷，得到进行单体调度后的总负荷预期值
Figure FDA0002646483880000034
4)计算聚合调度指令调节量
Figure FDA0002646483880000035
5)将所述调节量分配到可控型充电站资源中未参与单体调度的各个充电站和充电桩，调节充电桩输出功率，完成聚合调度；
四、聚合调度优化
具体步骤如下：
1)从运营商云端获取所有资源的当前负荷
Figure FDA0002646483880000036
2)计算聚合调度指令调节量
Figure FDA0002646483880000037
3)将所述调节量分配到可控型充电站资源中未参与单体调度的各个充电站和充电桩，调节充电桩输出功率，完成聚合调度的优化。
6.根据权利要求5所述的充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，其特征在于：实施聚合调度优化，即在实施单体调度的一小段时间后再次依聚合调度指令实施一次聚合调度。
7.根据权利要求6所述的充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，其特征在于：所述一小段时间为1分钟内。
8.根据权利要求1所述的充电站资源参与电力调峰市场的调度控制方法，其特征在于：步骤四中，运营商通过历史充电数据拟合出市场调峰时段T(t1-t2，t3-t4...)内日充电量e随充电服务费x的变化的规律f(x)，结合已知的市场出清价格x1，当前充电服务费用x0，x0下T内日充电量e0，模拟计算充电服务费用变化后的总收益值y＝x*f(x)+(f(x)-x0*e0)*x1，依此求解使总收益最大化的服务费用，并开展营销活动，通过调整充电服务费用引导用户充电。
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