CN117117861A - 电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，涉及电力调度领域。本发明以电动汽车集群同时参与调峰、调频多种辅助服务为场景，制定具体的集群电动汽车参与多种辅助服务的响应控制策略，考虑所参与辅助服务的需求特性来确定辅助服务指令执行的优先级，考虑待调度EV的剩余可充放电荷电状态、停车时长来确定响应辅助服务指令的车辆集群。在制定日前调度计划中，以电网辅助服务参与度最优以及聚合商经济收益最优为目标函数，制定聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划，能够提高电动汽车聚合商参与电网辅助服务的参与度以及经济收益。
Description
技术领域
本发明涉及电力调度技术领域，特别是涉及一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统。
背景技术
虚拟储能是一种利用其他装置或者调度策略来平衡电力系统能量的思想，通过对各类电源发出的电能进行转移或者变换能量形式等方法调节系统能量，达到提高系统运行可靠性和供电质量以及改善经济效益的目的。
随着电动汽车（Electric Vehicle，EV）规模的扩大以及V2G技术的应用，可充分利用电动汽车集群虚拟储能的可调度潜力，为电网提供调峰、调频、调压、备用服务等辅助服务。当集群电动汽车参与单类型辅助服务时，用户参与度不高，可通过电动汽车集群参与多类型辅助服务的形式增加用户收益，充分调动多类型充电用户积极性。在电动汽车参与辅助服务优化研究中，大多研究主要集中于电动汽车集群参与调峰、调频等某单一类型辅助服务的日前优化策略或者经济性分析，在对电动汽车参与多类型辅助服务优化调度策略的研究中，目前往往通过分析对比电动汽车参与电网单类型辅助服务的经济收益，基于经济收益高的辅助服务为主，另一类辅助服务为辅的原则划分电动汽车参与多类型辅助服务的不同时段，制定电动汽车辅助服务优化策略。
然而电动汽车集群参与电网单类型辅助服务与参与多类型辅助服务研究主要有三点不同：1）EV集群参与单类型辅助服务过程中，不存在由于多类型辅助服务冲突产生的EV集群对多类型辅助服务的响应偏差问题；2）优化策略中辅助服务指令分配策略只需考虑充放电指令类型；3）优化调度建模中目标函数和约束条件需要考虑的情况也相对简单。现有研究在电动汽车集群参与辅助服务过程中大多只考虑了单类型辅助服务，导致电动汽车集群虚拟储能参与电网多种辅助服务时，无统一管理调度计划，因而多种辅助服务需求对有限的虚拟储能资源展开争夺，导致电动汽车集群虚拟储能无法合理参与多种辅助服务的调节过程。
发明内容
针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，以提高电动汽车聚合商参与电网辅助服务的参与度以及经济收益。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案。
一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，包括：调度层、聚合层以及本地层；所述调度层为电网调度中心，聚合层为电动汽车虚拟储能聚合商，本地层为电动汽车集群。
电网调度中心用于接收聚合商整合分配后的调峰可调度容量范围和调频可调度容量范围，并根据电网整体运行情况，依据聚合商上报的可调度容量范围，向聚合商下达调峰需求指令与调频需求指令。
聚合商根据本地层的电动汽车状态数据，经优化分析向电网调度中心上报不同辅助服务的可调度容量范围，并根据接收到的调度中心下发的调峰需求指令与调频需求指令，依据集群电动汽车响应控制策略，进行调峰、调频待响应功率分配，传输功率分配结果给V2G调峰、调频控制器。
本地层通过智能充电设备采集电动汽车状态数据交由聚合商统一整合，并对接收到V2G调峰、调频控制器的功率分配结果进行响应，控制集群内对应电动汽车进行充放电出力，将调峰、调频服务的最终结果实际输出到电网。
可选地，所述调度层依据的电网整体运行情况包括：调峰服务需求、调频服务需求、调峰服务收益单价、调频服务收益单价和购电分时电价。
可选地，所述本地层采集的电动汽车状态数据包括：停驻区域电动汽车数量、停驻区域电动汽车停车时长、停驻区域电动汽车出行需求、电动汽车电池状态、电动汽车充电电价以及电动汽车参与V2G辅助服务的电池补偿成本。
可选地，所述集群电动汽车响应控制策略具体包括：根据停驻区域的电动汽车电池状态以及出行目标将电动汽车分为四种控制模式，包括快充充电控制模式、常规充电控制模式、不可调度控制模式和待调度控制模式；针对待调度控制模式的电动汽车，采用辅助服务充放电指令分配策略进行待响应的辅助服务充放电指令分配。
可选地，所述辅助服务充放电指令分配策略具体包括：根据待调度控制模式下的电动汽车不同荷电状态以及调峰、调频辅助服务的不同需求组合形式，将辅助服务充放电指令分配策略具体分为三种辅助服务充放电指令组合类型；第一种为调峰、调频需求均为放电需求或其中某一辅助服务需求为放电需求，且另一辅助服务无需求指令；第二种为调峰、调频需求均为充电需求或其中某一辅助服务需求为充电需求，且另一辅助服务无需求指令；第三种为调峰与调频充放电需求不一致；在每种辅助服务充放电指令组合类型中，确定两种辅助服务指令优先级和处于待调度控制模式中用来接收功率分配指令的特定集群电动汽车。
可选地，所述聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划的目标函数包括电网辅助服务参与度最优函数和电动汽车聚合商经济收益最优函数/>；其中/>表示在t时段聚合商预留可调度调峰功率；/>表示在t时段聚合商预留可调度调频功率；/>表示在t时段电网调峰指令需求功率；/>表示在t时段电网调频指令需求功率；T表示总调度时段数；M表示电动汽车固有充电所需成本；B表示对电动汽车用户参与V2G辅助服务的补贴；Y表示电动汽车固有充电收益；P表示参与调峰辅助服务收益；F表示参与调频辅助服务收益；min表示取最小值；F1表示电网辅助服务参与度；F2表示电动汽车聚合商经济收益。
可选地，所述聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划需满足辅助服务需求约束和电动汽车虚拟储能充放电功率约束；所述辅助服务需求约束包括辅助服务需求限值约束和辅助服务需求模式约束/>。
可选地，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束根据不同辅助服务充放电指令组合类型进行设置；当调峰、调频需求均为放电需求或其中某一辅助服务需求为放电需求，且另一辅助服务无需求指令时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束为；其中/>表示常规充电功率；/>表示t时段可调度放电电动汽车车辆总数；/>表示取整数；当调峰、调频需求均为充电需求或其中某一辅助服务需求为充电需求，且另一辅助服务无需求指令时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束为/>；其中/>表示t时段可调度充电电动汽车车辆总数；当调峰与调频充放电需求不一致时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束为/>；其中/>为t时段可调度电动汽车车辆总数。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果。
本发明提供了一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，以EV集群同时参与调峰、调频多种辅助服务为场景，从多类型辅助服务冲突机理方面揭示辅助服务响应偏差的原因，并以此为基础制定具体的集群电动汽车参与多种辅助服务的响应控制策略，在集群电动汽车响应控制策略中考虑所参与两种辅助服务的需求特性来确定辅助服务指令执行的优先级，考虑待调度EV的剩余可充放电荷电状态、停车时长来确定响应辅助服务指令（接收功率分配指令）的特定车辆集群。在制定日前调度计划中，以电网辅助服务参与度最优以及电动汽车聚合商经济收益最优为目标函数，制定电动汽车虚拟储能聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划，相比于电动汽车集群参与单一辅助服务，使用本发明中提出的日前调度计划能够使电动汽车集群在起到辅助服务调节作用的同时，有利地保证了收益的经济性。
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为本发明一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统的整体架构示意图。
图2为本发明电动汽车聚合商信息管理流程示意图。
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。
电动汽车集群虚拟储能参与电网多种辅助服务时，在无统一管理调度计划下，多种辅助服务需求对有限的虚拟储能资源展开争夺，导致电动汽车集群虚拟储能无法合理参与多种辅助服务的调节过程。针对这一现象，本发明提供一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，基于电动汽车聚合商参与多种辅助服务的优化策略，使得电动汽车聚合商应充分发挥其中间平台的作用，从而优化电动汽车聚合商参与辅助服务运营过程中的电网辅助服务参与度和电动汽车聚合商经济收益。
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。
本发明在电动汽车集群参与多类型辅助服务问题研究中，针对其多类型辅助服务冲突导致的相应偏差问题，首先分析冲突产生的原因和响应偏差产生的机理并梳理EV集群参与多种辅助服务的整体框架及信息管理，为其后续优化策略的提出开辟思路；然后在EV集群响应控制策略中考虑调峰、调频辅助服务的不同需求组合形式提出不同的充放电指令分配策略；并且在优化调度建模中考虑辅助服务需求约束、电动汽车虚拟储能充放电功率约束；进一步针对调峰、调频辅助服务的不同需求组合形式，设置不同的约束条件形式。具体介绍如下。
多种辅助服务冲突的产生，将导致电动汽车对承担的多种辅助服务的响应出现误差，对电网运行带来不利影响，同时无法充分发挥电动汽车集群虚拟储能的可调度潜力，造成电网侧与用户侧的双向损失。以本发明电动汽车集群同时参与电网调峰与调频服务为例，从电网层面与电动汽车集群两方面分析造成冲突与误差出现的原因主要如下。
原因一，从电网层面而言，调峰与调频的辅助服务机理不同。调峰服务的目的是在用户侧用电高峰期时，即用户负荷用电需求增多大于发电侧该时期的计划发电量时，调度电动汽车虚拟储能进行供电出力，避免拉闸限电；在用户侧用电低谷期时，即用户负荷用电需求减少小于发电侧该时期的计划发电量时，调度电动汽车虚拟储能增加用电，避免机组频繁启停。调频服务的目的是在系统电力失稳导致频率出现较大波动时，及时调度电动汽车虚拟储能出力，使系统频率不至失稳。针对调峰与调频服务调度目的的不同，可看出调峰服务在对电动汽车虚拟储能的调度上，在较长时段内调度充放电需求较稳定，即在谷时段调峰调度电动汽车虚拟储能一直为充电状态，在峰时段调度电动汽车虚拟储能一直为放电状态；而调频服务在对其调度时，充放电状态切换较为频繁，结合电动汽车参与电网实时二次调频特征分析可得，电动汽车虚拟储能快速响应二次调频指令后，保持十分钟量级以上的充放电状态出力，但在下一时段可出现充放电状态切换。调频充放电需求的不断切换，以及两种辅助服务对虚拟储能资源不断争夺，加剧了电动汽车集群执行调度的管理难度，导致服务冲突出现。
原因二，从电动汽车集群而言，针对不同辅助服务需求，电动汽车集群虚拟储能容量阈值无统一管理及分配策略，仅以每时段空余储能容量同时作为双方可调度资源，加剧了两种辅助服务对可调度资源的争夺。针对具体辅助服务而言，电动汽车执行调峰服务时，在已占据大量可调度容量情况下，对调频服务需求无足够容量进行响应，出现对调频需求的响应误差，反之亦然。同时，电动汽车集群执行不同辅助服务时，电动汽车集群虚拟储能可调度容量在执行期间会因参与辅助服务而发生变化，带来响应误差。另外，电动汽车集群缺乏对集群下电动汽车执行辅助服务的分配策略，在调峰、调频辅助服务需求充放电模式不同时，部分电动汽车面临充放电待响应指令不同，充放电决策冲突问题，这种分配不明情况将引起辅助服务的响应误差。
针对电动汽车集群参与多种辅助服务的协调配合特性，需建立聚合商模式下电动汽车集群参与多种辅助服务的控制架构与调控流程。在该控制架构下，可充分发挥电动汽车集群虚拟储能的可调度潜力，合理发挥聚合商作用，避免辅助服务的冲突发生使集群电动汽车调控混乱。
图1为本发明一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统的整体架构示意图。参见图1，本发明一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统的整体架构中，最上层为调度层，即电网调度中心，调度中心接收到电动汽车聚合商整合分配后的调峰可调度容量范围、调频可调度容量范围，根据电网整体运行情况，依据电动汽车聚合商上报的可调度容量范围，向电动汽车聚合商下达调峰需求指令与调频需求指令。中间层为聚合层，即电动汽车虚拟储能聚合商，聚合商根据本地层的电动汽车状态数据，经优化分析向调度中心上报不同辅助服务的可调度容量范围，根据接收到的调度中心下发的调峰需求指令与调频需求指令，依据集群电动汽车响应控制策略，进行调峰、调频待响应功率分配，传输功率分配结果给V2G调峰、调频控制器。本地层为电动汽车集群，本地层通过智能充电设备采集电动汽车状态数据交由电动汽车聚合商统一整合，对接收到V2G调峰、调频控制器的功率分配结果进行响应，控制集群内对应电动汽车进行充放电出力，将调峰、调频服务的最终结果实际输出到电网。
由图1所示的整体架构可以看出，电动汽车聚合商作为中间层级，对上层层级与下层层级都承担着重要的责任和任务。电动汽车聚合商需根据输入的信息数据，根据控制策略计算处理后，向不同层级输出有效信息，提供有效简便的双向信息互动渠道。电动汽车聚合商信息管理流程如图2所示。
电动汽车聚合商对集群电动汽车进行统一的调度管理，依靠有效的信息管理系统。电动汽车聚合商接收到的输入信息为电动汽车状态数据，包括本地层输入的停驻区域电动汽车数量、停驻区域电动汽车停车时长、停驻区域电动汽车出行需求、电动汽车电池状态、电动汽车充电电价以及电动汽车参与V2G辅助服务的电池补偿激励成本。调度层输入的电网整体运行情况包括调峰服务需求、调频服务需求、调峰服务收益单价、调频服务收益单价和购电分时电价。电动汽车聚合商对输入的信息进行优化分析计算，分析其各项成本与收入利益以及对调度服务的完成度，具体经济指标包括：用户参与V2G辅助服务的补偿成本、为满足电动汽车出行所需购电成本以及售电收益、调峰调度收益、调频调度收益以及辅助服务完成度。最后，根据分析计算结果，对调度层输出针对不同辅助服务的各时段可调度容量范围，包括调峰可调度容量范围和调频可调度容量范围。同时，对集群电动汽车状态进行分析，根据指定的响应控制策略对本地层输出辅助服务的充放电指令分配结果，根据充放电指令分配结果生成集群电动汽车充放电计划。
基于电动汽车集群参与多种辅助服务的冲突与误差机理，深究其辅助服务指令响应偏差原因，从而提出电动汽车聚合商参与多种辅助服务的优化策略，该优化策略包括集群电动汽车响应控制策略、电动汽车虚拟储能聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划的目标函数和约束条件三部分。
（一）集群电动汽车响应控制策略，具体包括以下步骤（1.1）和（1.2）。
（1.1）根据停驻区域的电动汽车电池状态以及出行目标将电动汽车分为四种控制模式，包括快充充电控制模式、常规充电控制模式、不可调度控制模式和待调度控制模式。
为计算电动汽车集群虚拟储能每个调度周期（单个时段）的可调度容量以及制定电动汽车充放电响应计划，电动汽车控制模式可分为四类：快充充电控制模式、常规充电控制模式、不可调度控制模式和待调度控制模式。
设此时为t时段，根据电动汽车出行状态表，提取处在停驻状态的电动汽车数量N及停驻状态的电动汽车编号。依据停驻状态的电动汽车出行目标，计算在t时段编号为i的电动汽车的出行所需电池荷电状态，公式如下式（1）所示。
（1）。
式中，表示下次出行距离（km）；/>表示百公里耗电量（kW/h）；/>表示电池额定容量（kW/h）；/>表示电动汽车电池荷电状态最小阈值。
计算编号为i的电动汽车常规充电方式下，所需充电时长，公式如下式（2）所示。
（2）。
式中，表示常规充电功率（kW）；/>表示编号为i的电动汽车在t时段的初始荷电状态；/>表示编号为i的电动汽车在t时段常规充电方式下的充电时长（min）。
当编号为i的电动汽车所需充电时长且响应状态/>时，该车为待调度控制模式，等待响应辅助服务充放电指令；当编号为i的电动汽车所需充电时长/>且响应状态/>时，该车为不可调度控制模式；当编号为i的电动汽车所需充电时长/>时，进入充电模式选择，计算编号为i的电动汽车在t时段的剩余停车时长，公式如下式（3）所示。
（3）。
式中，表示下次出行时刻，换算为分钟；/>表示调度周期时间间隔（min）；表示编号为i的电动汽车的剩余停车时长（min）。
当时，编号为i的电动汽车为常规充电控制模式；当/>时，编号为i的电动汽车为快充充电控制模式。
（1.2）针对待调度控制模式的电动汽车，采用辅助服务充放电指令分配策略进行待响应的辅助服务充放电指令分配。
针对待调度控制模式的电动汽车，需进行待响应的辅助服务充放电指令分配，考虑待调度控制模式下的电动汽车不同荷电状态以及调峰、调频辅助服务的不同需求组合形式，辅助服务充放电指令分配策略具体分为以下三种情况。
（1.2.1）在t时段内，调峰需求指令为，调频需求指令为/>，以下均设充电需求为负值，放电需求为正值，当/>时，即调峰、调频需求均为放电需求或其中某一辅助服务需求为放电需求，另一辅助服务无需求指令时，分配策略如下。
分别采用公式（4）计算调峰、调频放电需求所需电动汽车数。
（4）。
式中，表示调峰放电需求所需电动汽车数；/>表示调频放电需求所需电动汽车数。/>表示所需电动汽车总数。
设电动汽车编号为i，采用公式（5）计算待调度控制模式下电动汽车剩余可放电荷电状态。
（5）。
式中，表示电动汽车剩余可放电荷电状态。
判断单车可放电容量在该调度时间段是否充足，采用公式（6）计算调度所需单车放电荷电状态阈值。
（6）。
式中，表示单车放电荷电状态阈值。
提取满足的待调度控制模式下的电动汽车及其编号，归为待放电控制电动汽车。根据待放电控制的电动汽车剩余可放电荷电状态由大到小排序，提取前/>辆电动汽车执行调峰、调频放电需求指令，并记录对应车辆编号。
根据公式（3）计算对应辆电动汽车的剩余停车时长，考虑调峰充放电需求持续时间长，调频充放电需求存在变化性强的特点，依据剩余停车时长/>对提取的/>辆电动汽车进行由大到小的排序，前/>辆电动汽车执行调峰放电需求指令，/>到/>辆电动汽车执行调频放电需求指令。
对执行调峰放电需求指令的辆电动汽车进行功率分配，前/>辆电动汽车分配的功率/>如下式（7）所示。
（7）。
第辆电动汽车分配的功率/>如下式（8）所示。
（8）。
对执行调频放电需求指令的辆电动汽车进行功率分配，前/>辆电动汽车分配的功率/>如下式（9）所示。
（9）。
第辆电动汽车分配的功率/>如下式（10）所示。
（10）。
式中，表示电动汽车放电功率（kW）。
（1.2.2）当在t时段内，调峰需求指令为，调频需求指令为/>，当时，即调峰、调频需求均为充电需求或其中某一辅助服务需求为充电需求，另一辅助服务无需求指令时，分配策略如下。
采用公式（11）分别计算调峰、调频充电需求所需电动汽车数。
（11）。
式中，表示调峰充电需求所需电动汽车数；/>表示调频充电需求所需电动汽车数。/>表示所需电动汽车总数。
设电动汽车编号为i，采用公式（12）计算待调度控制模式下电动汽车剩余可充电荷电状态。
（12）。
式中，表示电动汽车剩余可充电荷电状态。/>表示电动汽车电池荷电状态最大阈值。
判断单车可充电容量在该调度时间段是否充足，采用公式（13）计算调度所需单车充电荷电状态阈值。
（13）。
式中，表示单车充电荷电状态阈值。
提取满足的待调度控制模式下的电动汽车及其编号，归为待充电控制电动汽车。根据待充电控制的电动汽车剩余可充电荷电状态由大到小排序，提取前/>辆电动汽车执行调峰、调频充电需求指令，并记录对应车辆编号。
根据公式（3）计算对应辆电动汽车的剩余停车时长，考虑调峰充放电需求持续时间长，调频充放电需求存在变化性强的特点，依据剩余停车时长/>对提取的/>辆电动汽车进行由大到小的排序，前/>辆电动汽车执行调峰充电需求指令，/>到/>辆电动汽车执行调频充电需求指令。
对执行调峰充电需求指令的辆电动汽车进行功率分配，前/>辆电动汽车分配的功率/>如下式（14）所示。
（14）。
第辆电动汽车分配的功率/>如下式（15）所示。
（15）。
对执行调频充电需求指令的辆电动汽车进行功率分配，前/>辆电动汽车分配的功率/>如下式（16）所示。
（16）。
第辆电动汽车分配的功率/>如下式（17）所示。
（17）。
式中，表示电动汽车充电功率（kW）。
（1.2.3）当在t时段内，调峰需求指令为，调频需求指令为/>，当/>，调峰与调频充放电需求不一致，即一个为充电需求/>，一个为放电需求/>。
采用公式（18）分别计算放电需求、充电需求所需电动汽车数。
（18）。
式中，表示放电需求所需电动汽车数；/>表示充电需求所需电动汽车数。/>表示所需电动汽车总数。
设电动汽车编号为i，采用公式（19）计算待调度控制模式下电动汽车剩余可充电荷电状态与剩余可放电荷电状态。
（19）。
式中，表示电动汽车剩余可充电荷电状态；/>表示电动汽车剩余可放电荷电状态。
根据公式（6）计算单车放电荷电状态阈值，根据公式（13）计算单车充电荷电状态阈值，提取满足的待调度控制模式下的电动汽车及其编号，归为待放电控制电动汽车，提取满足/>的待调度控制模式下的电动汽车及其编号，归为待充电控制电动汽车。
分别对待充电控制电动汽车的剩余可充电荷电状态和待放电控制电动汽车的剩余可放电荷电状态由大到小排序，针对可充电荷电状态序列提取前辆车，针对可放电荷电状态序列提取前/>辆车。判断/>辆待执行充电指令电动汽车序号与/>辆待执行放电指令电动汽车序号是否存在重叠，若存在编号为i的车辆存在重叠现象，判断编号为i的电动汽车/>与/>的大小，若/>，该辆电动汽车执行充电需求指令，再提取可放电荷电状态序列的车辆执行放电需求指令，反之，该辆电动汽车执行放电需求指令，再提取可充电荷电状态序列的车辆执行充电需求指令，直到无重叠现象。
对执行放电需求指令的辆电动汽车进行功率分配，前/>辆电动汽车分配的功率/>如下式（20）所示。
（20）。
第辆电动汽车分配的功率/>如下式（21）所示。
（21）。
式中，表示电动汽车放电功率（kW）。
对执行充电需求指令的辆电动汽车进行功率分配，前/>辆电动汽车分配的功率/>如下式（22）所示。
（22）。
第辆电动汽车分配的功率/>如下式（23）所示。
（23）。
式中，表示电动汽车充电功率（kW）。
电动汽车虚拟储能聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划，本质为日前市场虚拟储能参与调峰与调频辅助服务的预留容量分配。电动汽车聚合商参与辅助服务运营的目标主要有两个，一是电网辅助服务参与度最优，即对电网辅助服务的需求偏差最小；二是电动汽车聚合商经济收益最优。因此，所述聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划的目标函数包括电网辅助服务参与度最优函数和电动汽车聚合商经济收益最优函数。
电网辅助服务参与度最优函数如下式（24）所示。
（24）。/>
式中，表示在t时段聚合商预留可调度调峰功率；/>表示在t时段聚合商预留可调度调频功率；/>表示在t时段电网调峰指令需求功率；/>表示在t时段电网调频指令需求功率；T表示总调度时段数；F1表示电网辅助服务参与度。
电动汽车聚合商经济构成主要包括电动汽车固有充电所需成本、电动汽车固有充电收益、参与调峰辅助服务收益、参与调频辅助服务收益以及对电动汽车用户参与V2G辅助服务的补贴。因此电动汽车聚合商经济收益最优函数如下式（25）所示。
（25）。
式中，M表示电动汽车固有充电所需成本；B表示对电动汽车用户参与V2G辅助服务的补贴；Y表示电动汽车固有充电收益；P表示参与调峰辅助服务收益；F表示参与调频辅助服务收益；min表示取最小值；F2表示电动汽车聚合商经济收益。
具体地，电动汽车固有充电成本M，即为电动汽车充电向电网购电成本，计算公式如下式（26）所示。
（26）。
式中，表示在t时段电动汽车所需充电总功率（kW）；/>表示在t时段电动汽车聚合商为电动汽车充电的购电电价（元/kWh）。
电动汽车用户参与V2G辅助服务的补贴B，计算公式如下式（27）所示。
（27）。
式中，表示单位电能折合的电池损耗费用率（元/kWh）；/>表示电动汽车用户调峰补贴系数；/>表示电动汽车用户调频补贴系数。
电动汽车固有充电收益Y，计算公式如下式（28）所示。
（28）。
式中，表示在t时段电动汽车充电的用户购电电价（元/kWh）。
参与调峰辅助服务收益P，计算公式如下式（29）和（30）所示。
（29）。
（30）。
式中，表示在t时段参与调峰放电辅助服务收益单价（元/kWh）；/>表示在t时段参与调峰充电辅助服务收益单价（元/kWh）。
参与调峰辅助服务收益F，计算公式如下式（31）和（32）所示。
（31）。
（32）。
式中，表示在t时段参与调频放电辅助服务收益单价（元/kWh）；/>表示在t时段参与调频充电辅助服务收益单价（元/kWh）。
所述聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划需满足辅助服务需求约束和电动汽车虚拟储能充放电功率约束。其中辅助服务需求约束主要分两个方面，一是辅助服务需求限值约束，二是辅助服务需求模式约束。
具体地，辅助服务需求限值约束，即电动汽车虚拟储能聚合商在调度时段分配预留的调峰、调频可调度功率，不可超出调峰、调频辅助服务在调度时段的最大需求，如下式（33）所示。
（33）。
辅助服务需求模式约束，即电动汽车虚拟储能聚合商在调度时段分配预留的调峰、调频可调度功率，不可与对应电网调峰、调频的充放电需求模式相悖，如下式（34）所示。
（34）。
电动汽车虚拟储能充放电功率约束，即电动汽车虚拟储能聚合商在调度时段分配预留的调峰、调频可调度功率，不可超出电动汽车虚拟储能可提供的充放电能力范围。由于双重辅助服务的充放电需求存在不一致现象，不可仅将单一聚合充放电功率边界作为约束条件，还需结合本发明集群电动汽车响应控制策略分析，选取可调度电动汽车车辆数作为约束条件。针对调峰、调频辅助服务的不同需求组合形式，其约束分为以下三种形式。
当时，即调峰、调频需求均为放电需求或其中某一辅助服务需求为放电需求，另一辅助服务无需求指令时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束如下式（35）所示。
（35）。
其中表示常规充电功率；/>表示t时段可调度放电电动汽车车辆总数；表示取整数。
当时，即调峰、调频需求均为充电需求或其中某一辅助服务需求为充电需求，且另一辅助服务无需求指令时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束如下式（36）所示。
（36）。/>
其中表示t时段可调度充电电动汽车车辆总数。
当，即调峰与调频充放电需求不一致时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束如下式（37）所示。
（37）。
其中为t时段可调度电动汽车车辆总数。
本发明电动汽车聚合商参与多种辅助服务的优化策略的提出，充分发挥了EV虚拟储能的可调度潜力，使得电动汽车集群在起到辅助服务调节作用的同时，有利地提高了EV集群在电网辅助服务中的参与度，同时保证了聚合商的经济性。
在本发明提出的电动汽车集群参与多种辅助服务的冲突与误差机理分析中，从电网层面和电动汽车集群两方面分析造成冲突与误差的具体原因，从电网层面分析其原因为调峰与调频的辅助服务机理不同，从电动汽车集群层面分析其原因为：因时间次序两种辅助服务对可调度资源的争夺、电动汽车集群虚拟储能可调度容量在执行辅助服务指令时的变化、以及集群下电动汽车各辅助服务对可调度容量分配不明。
在本发明提出的集群电动汽车响应控制策略中，为充分利用电动汽车集群可调度资源以及制定电动汽车充放电响应计划，根据停驻区域电动汽车电池状态以及出行目标，电动汽车控制模式可分为四类：快充充电控制模式、常规充电控制模式、不可调度控制模式和待调度控制模式。根据电动汽车所需充电时长和响应状态/>分为待调度控制模式和可调度控制模式。根据/>相对大小情况分为常规充电控制模式和快充充电控制模式。
在本发明提出的辅助服务充放电指令分配策略中，考虑待调度控制模式下的电动汽车不同荷电状态以及调峰、调频辅助服务的不同需求组合形式，提出与之对应的辅助服务充放电指令分配策略，其分配策略思路为：首先根据待放/充电的电动汽车剩余可放/充电状态排序，选取完成两类辅助服务所需的电动汽车，然后对所选择电动汽车的剩余停车时长进行排序，并依据该次序和调峰、调频辅助服务机理，先为调峰放电需求分配可调度车辆来执行调峰放/充电需求指令，再为调峰放电需求分配可调度车辆来执行调频放/充电需求指令。
因此本发明以EV集群同时参与调峰、调频多种辅助服务为场景，从多类型辅助服务冲突机理方面揭示了辅助服务响应偏差的原因，并以此为基础制定了具体的集群电动汽车参与多种辅助服务的响应控制策略，在所提策略中考虑了所参与两种辅助服务的需求特性来确定辅助服务指令执行的优先级，考虑待调度EV的剩余可充放电荷电状态、停车时长来确定响应辅助服务指令（接收功率分配指令）的特定车辆集群。在制定日前调度计划中，以电网辅助服务参与度最优和电动汽车聚合商经济收益最优为目标函数，制定电动汽车虚拟储能聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划，相比于电动汽车集群参与单一辅助服务，调度本发明中提出的日前调度计划使电动汽车集群在起到辅助服务调节作用的同时，有利地保证了收益的经济性。
本发明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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，其特征在于，包括：调度层、聚合层以及本地层；所述调度层为电网调度中心，聚合层为电动汽车虚拟储能聚合商，本地层为电动汽车集群；
电网调度中心用于接收聚合商整合分配后的调峰可调度容量范围和调频可调度容量范围，并根据电网整体运行情况，依据聚合商上报的可调度容量范围，向聚合商下达调峰需求指令与调频需求指令；
聚合商根据本地层的电动汽车状态数据，经优化分析向电网调度中心上报不同辅助服务的可调度容量范围，并根据接收到的调度中心下发的调峰需求指令与调频需求指令，依据集群电动汽车响应控制策略，进行调峰、调频待响应功率分配，传输功率分配结果给V2G调峰、调频控制器；
本地层通过智能充电设备采集电动汽车状态数据交由聚合商统一整合，并对接收到V2G调峰、调频控制器的功率分配结果进行响应，控制集群内对应电动汽车进行充放电出力，将调峰、调频服务的最终结果实际输出到电网。
2.根据权利要求1所述的电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，其特征在于，所述调度层依据的电网整体运行情况包括：调峰服务需求、调频服务需求、调峰服务收益单价、调频服务收益单价和购电分时电价。
3.根据权利要求1所述的电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，其特征在于，所述本地层采集的电动汽车状态数据包括：停驻区域电动汽车数量、停驻区域电动汽车停车时长、停驻区域电动汽车出行需求、电动汽车电池状态、电动汽车充电电价以及电动汽车参与V2G辅助服务的电池补偿成本。
4.根据权利要求3所述的电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，其特征在于，所述集群电动汽车响应控制策略具体包括：
根据停驻区域的电动汽车电池状态以及出行目标将电动汽车分为四种控制模式，包括快充充电控制模式、常规充电控制模式、不可调度控制模式和待调度控制模式；
针对待调度控制模式的电动汽车，采用辅助服务充放电指令分配策略进行待响应的辅助服务充放电指令分配。
5.根据权利要求4所述的电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，其特征在于，所述辅助服务充放电指令分配策略具体包括：
根据待调度控制模式下的电动汽车不同荷电状态以及调峰、调频辅助服务的不同需求组合形式，将辅助服务充放电指令分配策略具体分为三种辅助服务充放电指令组合类型；第一种为调峰、调频需求均为放电需求或其中某一辅助服务需求为放电需求，且另一辅助服务无需求指令；第二种为调峰、调频需求均为充电需求或其中某一辅助服务需求为充电需求，且另一辅助服务无需求指令；第三种为调峰与调频充放电需求不一致；
在每种辅助服务充放电指令组合类型中，确定两种辅助服务指令优先级和处于待调度控制模式中用来接收功率分配指令的特定集群电动汽车。
6.根据权利要求5所述的电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，其特征在于，所述聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划的目标函数包括电网辅助服务参与度最优函数和电动汽车聚合商经济收益最优函数/>；其中/>表示在t时段聚合商预留可调度调峰功率；/>表示在t时段聚合商预留可调度调频功率；/>表示在t时段电网调峰指令需求功率；/>表示在t时段电网调频指令需求功率；T表示总调度时段数；M表示电动汽车固有充电所需成本；B表示对电动汽车用户参与V2G辅助服务的补贴；Y表示电动汽车固有充电收益；P表示参与调峰辅助服务收益；F表示参与调频辅助服务收益；min表示取最小值；F1表示电网辅助服务参与度；F2表示电动汽车聚合商经济收益。
7.根据权利要求6所述的电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，其特征在于，所述聚合商同时参与电网调峰与调频双类型辅助服务的日前调度计划需满足辅助服务需求约束和电动汽车虚拟储能充放电功率约束；所述辅助服务需求约束包括辅助服务需求限值约束和辅助服务需求模式约束/>。
8.根据权利要求7所述的电动汽车虚拟储能参与电网多种辅助服务的优化调度系统，其特征在于，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束根据不同辅助服务充放电指令组合类型进行设置；
当调峰、调频需求均为放电需求或其中某一辅助服务需求为放电需求，且另一辅助服务无需求指令时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束为；其中/>表示常规充电功率；/>表示t时段可调度放电电动汽车车辆总数；/>表示取整数；
当调峰、调频需求均为充电需求或其中某一辅助服务需求为充电需求，且另一辅助服务无需求指令时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束为；其中/>表示t时段可调度充电电动汽车车辆总数；
当调峰与调频充放电需求不一致时，所述电动汽车虚拟储能充放电功率约束为；其中/>为t时段可调度电动汽车车辆总数。
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