一种电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多目标粒子群算法的电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，利用多目标粒子群算法对电动汽车充电调度进行优化，包括从时间角度出发的电动汽车充电上层调度方法和从空间角度出发的电动汽车充电下层调度方法。本发明专利技术提高了风电利用率，降低碳排放，降低用户充电成本同时提高用户充电满意度。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法
本专利技术属于电动汽车
，尤其涉及一种电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法。
技术介绍
随着经济的发展以及人们对环境问题的日益关注，清洁能源的地位不断提升。近些年来，中国的清洁能源发展非常迅速，而风电作为重要的清洁能源之一，其在经济和环境、上的有着巨大优势，有关风电的各方研究也日益增多。但风电出力具有明显的波动性和反调峰特点，风力发电大规模并网后功率的时域波动会造成电网调峰能力不足，影响电力系统的稳定运行，在负荷的低谷期，在负荷低谷期，系统调峰容量不足也将产生弃风问题。此外，由于其良好的环境效益，电动汽车在近几年得到国家的大力支持和发展。随着电动汽车技术的发展，特别是性能卓越的电池和充电性能卓越的电机及其控制系统的飞速发展，电动汽车的发展明显加快。在电动汽车的行驶过程中，碳的排放量取决于一次能源结构，而中国的能源结构还是主要以火电为主，因此电动汽车的单位里程碳排放水平在某些情况下甚至有可能高于传统汽车，大大限制了电动汽车的减排能力。此外，受车主出行习惯的影响，电动汽车大量入网后负荷高峰时段充电，也将会增大峰谷差和系统压力。大量电动汽车的无序充电行为会影响系统的安全性与可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，解决现有技术中风电不稳定、大量电动汽车无序充电影响电力系统稳定，降低了风电利用率及电网的安全性和可靠性的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，包括：从时间角度出发的电动汽车充电上层调度和从空间角度出发的电动汽车充电下层调度；所述电动汽车充电上层调度具体包括如下步骤：(1)当电动汽车需要充电时，对电动汽车的初始SOC以及目标SOC进行读取，根据读取信息对电动汽车负荷进行预测；(2)根据负荷预测的信息，以碳排放量最低、发电成本最低和系统等效负荷方差最小为目标，使用粒子群算法对上层调度模型进行优化，生成电动汽车充电调度上层策略；所述电动汽车充电下层调度具体包括如下步骤：(1)根据不同充电站的拥挤程度，计算出分时分区的充电电价；(2)根据上层调度模型结果，计算出每个时段待充电的电动汽车数量；(3)以电动汽车用户充电费用最少以及充电排队时间最短为目标，使用多目标粒子群算法对下层调度模型进行优化求解，得到最优的充电策略。进一步的，所述碳排放量主要考虑火电本身的碳排放量以及电动汽车全生命周期核算过后对应到充电上的碳排放量，计算方法如下：式中，Eh表示火电的碳排放因子，T表优化总时段数；Iev表示电动汽车单位电量碳排放；Ph,t表示第t时段的火电出力，Pev,t为第t时段电动汽车充电功率。进一步的，电动汽车全生命周期核算过后对应到充电上的碳排放量主要包括：电动汽车锂电池制造部分和使用过程中的碳排放量；其中，锂电池制造部分碳排放量归算到电动汽车充每度电排放的二氧化碳量计算公式如下：式中，Isum代表生产锂电池总的碳排放量，Ssum为总行驶里程，W为百公里耗电量，ηc代表充电效率。进一步的，所述发电成本包括火电机组发电成本和碳交易成本，计算方法如下：式中，表示t时刻的火电机组运行成本；表示t时刻的碳交易成本；其中：火电机组运行成本计算方法如下：式中，ai、bi、ci为第i台发电机的发电成本系数；，i表示发电机组序号；N为发电机总数，Pi,t为第i台发电机t时刻出力；碳交易成本的计算方法如下：式中，K为碳交易价格，Pc,t为t时刻系统的实际碳排放量，Mt为t时刻碳排放配额，ε为配额系数。进一步的，所述等效负荷方差的计算方法如下：式中，T为优化总时段数；M为考察时间窗口；k表示时间窗口序号；Pl,t为t时刻常规负荷，Pw,t为t时刻风电出力，Pev,t为第t时段电动汽车充电功率；Pav,i为第i个时间窗口等效负荷的平均值，进一步的，计算分时分区的充电电价的方法如下：通过充电电价引导电动汽车在空间维度上有序充电，其计算公式为：CRTOU,t,j＝Cgrid,t+(Cser+Cj)式中：CRTOU,i,j表示t时段第j号充电站的分时分区充电电价；Cser表示充电站基础充电服务价格；Cj表示由第j号充电站拥挤度决定的服务价格改变量，其中：Ni-1,j表示(t-1)时段第j号充电站的电动汽车数量；表示(t-1)时段各充电站平均电动汽车数量；△C表示由单位拥挤度引起的服务价格变化量。进一步的，电动汽车用户充电费用的计算方法如下：式中：f1代表充电费用；T表示优化总时段数；Nt表示t时段待充电的电动汽车数量；xtn表示t时段第n辆电动汽车在第j号充电站充电，xtn＝j，j＝1,2,……Jm，Jm表示充电站总数。进一步的，充电排队时间的计算公式如下：tnj＝twj+tcnj+tdnj式中：tnj表示第n辆电动汽车到j号充电站充电所用的总时间；twj为站内排队时间，由本时段到j号充电站充电的电动汽车数量与j号充电站规模决定，近似认为twj只与充电车辆数成正比kj为比例系数，twj＝kjNi,j；Ni,j为该时段正在j号充电站充电的电动汽车数；tcnj为电动汽车充电时间；tdnj为第n辆电动汽车到达充电站j的行驶时间，与电动汽车到充电站的路程以及第n辆电动汽车平均行驶速度vn有关，lnj表示第n辆电动汽车到达j号充电站的路程。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：(1)上层模型中，既考虑了电动汽车充电和风电并网后负荷的平滑性，火电的发电成本，也考虑系统的低碳性，使电动汽车的节能减排效益得到充分的发挥；能够提高风电利用率，降低系统碳排放和火电发电成本；(2)下层模型中，考虑了用户的效益，以此来提高用户的积极性，让用户能够参与到调度中来，使模型更合理且有效，有助于提高用户充电满意度。附图说明图1是本专利技术的流程图。具体实施方式本专利技术提出了一种基于多目标粒子群算法的电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，利用多目标粒子群算法对电动汽车充电调度进行优化，提高风电利用率，降低碳排放，降低用户充电成本同时提高用户充电满意度。下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，是本专利技术的流程图，包括：从时间角度出发的电动汽车充电上层调度和从空间角度出发的电动汽车充电下层调度。电动汽车充电上层调度具体包括如下步骤：(1)当电动汽车需要充电时，对电动汽车的初始SOC以及目标SOC进行读取，根据读取信息对电动汽车负荷进行预测；(2)根据负荷预测的信息，以碳排放量最低、发电成本最低和系统等效负荷方差最小为目标，使用粒子群算法对上层调度模型进行优化，生成电动汽车充电调度上层策略。本专利技术充分考虑了电动汽车生命周期中的碳排放量，在与传统燃油汽车对比后，主要核算电动汽车锂电池制造部分和使用过程中的碳排放量，由于电动汽车使用过程中的碳排放量取决于一次能源，需要结合实际充电情景具体分析，因此主要计算锂电池制造中的碳排放量，并将其与电动汽车充电电量相结合。碳排放量的具体计算方法如下：式中，Eh表示火电的碳排放因子，T表优化总时段数；Iev表示电动汽车单位电量碳排放；Ph,t表示第t时段的火电出力，Pev,t为第t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，其特征在于，包括：从时间角度出发的电动汽车充电上层调度和从空间角度出发的电动汽车充电下层调度；所述电动汽车充电上层调度具体包括如下步骤：(1)当电动汽车需要充电时，对电动汽车的初始SOC以及目标SOC进行读取，根据读取信息对电动汽车负荷进行预测；(2)根据负荷预测的信息，以碳排放量最低、发电成本最低和系统等效负荷方差最小为目标，使用粒子群算法对上层调度模型进行优化，生成电动汽车充电调度上层策略；所述电动汽车充电下层调度具体包括如下步骤：(1)根据不同充电站的拥挤程度，计算出分时分区的充电电价；(2)根据上层调度模型结果，计算出每个时段待充电的电动汽车数量；(3)以电动汽车用户充电费用最少以及充电排队时间最短为目标，使用多目标粒子群算法对下层调度模型进行优化求解，得到最优的充电策略。

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，其特征在于，包括：从时间角度出发的电动汽车充电上层调度和从空间角度出发的电动汽车充电下层调度；所述电动汽车充电上层调度具体包括如下步骤：(1)当电动汽车需要充电时，对电动汽车的初始SOC以及目标SOC进行读取，根据读取信息对电动汽车负荷进行预测；(2)根据负荷预测的信息，以碳排放量最低、发电成本最低和系统等效负荷方差最小为目标，使用粒子群算法对上层调度模型进行优化，生成电动汽车充电调度上层策略；所述电动汽车充电下层调度具体包括如下步骤：(1)根据不同充电站的拥挤程度，计算出分时分区的充电电价；(2)根据上层调度模型结果，计算出每个时段待充电的电动汽车数量；(3)以电动汽车用户充电费用最少以及充电排队时间最短为目标，使用多目标粒子群算法对下层调度模型进行优化求解，得到最优的充电策略。2.根据权利要求1所述的电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，其特征在于，所述碳排放量主要考虑火电本身的碳排放量以及电动汽车全生命周期核算过后对应到充电上的碳排放量，计算方法如下：式中，Eh表示火电的碳排放因子，T表优化总时段数；Iev表示电动汽车单位电量碳排放；Ph,t表示第t时段的火电出力，Pev,t为第t时段电动汽车充电功率。3.根据权利要求2所述的电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，其特征在于，电动汽车全生命周期核算过后对应到充电上的碳排放量主要包括：电动汽车锂电池制造部分和使用过程中的碳排放量；其中，锂电池制造部分碳排放量归算到电动汽车充每度电排放的二氧化碳量计算公式如下：式中，Isum代表生产锂电池总的碳排放量，Ssum为总行驶里程，W为百公里耗电量，ηc代表充电效率。4.根据权利要求1所述的电动汽车与风电协同充电双层优化调度方法，其特征在于，所述发电成本包括火电机组发电成本和碳交易成本，计算方法如下：式中，表示t时刻的火电机组运行成本；表示t时刻的碳交易成本；T表优化总时段数；其中：火电机组运行成本计算方法如下：式中，ai、bi、ci为第i台发电机的发电成本系数；i表示发电机组序号；N为发电机总数，Pi,t为第i台发电机t时刻出力；碳交易成本的计算方法如下：式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌，杨凤坤，陈良亮，徐石明，李雪明，张卫国，唐雾婺，周静，汤延祺，郑红娟，朱庆，宋云翔，
申请(专利权)人：国电南瑞南京控制系统有限公司，国电南瑞科技股份有限公司，南瑞集团有限公司，国家电网公司，国网山东省电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32