一种考虑电动汽车参与平衡市场的出清模型及结算方法技术

本发明专利技术公开了一种适应电动汽车参与的平衡市场出清模型及结算方法，属于电力市场交易及结算的技术领域；本发明专利技术通过精心设计平衡市场规则，引入存在巨大潜力的新型平衡资源——电动汽车，从而缓解高比例可再生能源接入引发的系统不平衡问题。本方法首先基于EV充放电特性及用户出行需求，通过建立引入聚合商的双层结构，提出考虑EV参与的平衡市场的控制框架；然后以平衡成本最小为目标函数建立考虑EV参与的平衡市场出清模型；最后同时兼顾用户出行需求及调度响应偏差最小化，基于二价法提出了考虑EV参与的平衡市场结算方法。本发明专利技术为现货市场的平衡市场建设提出建议，为高比例可再生能源的接入奠定了基础。

A clearing model and settlement method considering the participation of electric vehicles in the balanced market

【技术实现步骤摘要】
一种考虑电动汽车参与平衡市场的出清模型及结算方法
本专利技术属于电力市场领域，特别是针对平衡市场规则设计，是一种考虑电动汽车参与平衡市场的出清模型及结算方法。
技术介绍
风光为代表的可再生能源替代传统化石能源已成为我国应对能源危机和环境污染的重要手段。风光发电固有的随机性和波动性要求电力系统提供更多的调节能力，但随着风、光占比增加与具备调节能力的常规电源占比相对减少，电力系统运行灵活性不断下降，为此世界各国均致力于开发更广泛的灵活性资源并探索与之适应的电力市场模式。近年来，电动汽车(electricvehicle，EV)作为改变能源消费结构的新兴力量得到快速发展。截止2019年我国EV保有量超过200万辆。与此同时国家电网公司快速推进的泛在电力物联网建设有望实现上万座集中式充电站和数量更加巨大的分散充电桩的互联互通。EV以数量大、分布广且可快速响应市场信号等特点，成为具有可观发展潜力的新型灵活性资源。随着信息通信技术的快速发展和商业化运营，驾驶员可通过携带4G/5G芯片的充电装置，遥控管理买电(充电)和售电(放电)的交易行为，从而作为新型灵活性资源参与电力市场交易。已有结算方法的研究对象都不含EV，而EV出于用户出行需求等自身特性，作为平衡资源有可能不完全响应调度指令，目前研究匮乏针对提供平衡服务同时承担不平衡责任主体的结算方法。我国正处于电力现货市场建设期，实时平衡市场作为现货市场主要组成部分，构建适应高比例可再生能源参与、形成真实价格信号及确保市场运行可靠性的实时平衡机制至关重要。目前我国电力平衡市场正处于探索阶段，平衡产品相对单一，单纯依靠发电侧资源已难以有效维持含高比例可再生能源电力系统的实时平衡，亟需开发新型灵活性资源并设计有效的平衡交易机制。现有研究大多聚焦于EV参与日前市场的交易机制，少有考虑EV参与平衡市场的机制设计，特别是基于泛在电力物联网的EV与市场之间的信息交互及交易机制尚无涉及。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种考虑EV参与的平衡市场出清模型及结算方法，为EV作为新型灵活性资源参与电力平衡市场提供理论指导。本专利技术包括以下步骤。1)聚合商可通过与用户签订充放电合同有效预测及控制相关EV的充放电行为，双方可以通过谈判来得到相关指标的期望值。1-1)EV充电价格λch。λch可以是固定价格，也可以采用分时电价。在将来电力市场发展成熟，形成完全竞争时，每个聚合商都会提供一个具有竞争力的收费价格来吸引更多的EV客户。1-2)EV用户预期的接入电网时间Tst、离开电网时间Ten和用户最小出行需求Sen。如果EV接网时间不迟于Tst，则聚合商必须保证相关EV离网荷电状态满足用户最小出行需求。否则，聚合商将受到一定的惩罚。1-3)EV蓄电池允许的荷电状态取值范围最大充电功率及最大放电功率为了减少电池的寿命损耗，电池的荷电状态水平应保持在和之间，最大充放电功率不应超过和当客户不愿意放电，可将设置为零，也可直接将EV用户视为普通负载。1-4)EV预期电池放电补偿cdis和预期放电收益rdis。聚合商需要提出一个有吸引力的激励机制，否则EV用户会拒绝提供必要的信息。本专利技术提出的激励机制由两部分组成：如果EV在接网期间进行放电，那么聚合商必须额外补偿EV用户，同时聚合商将部分收益分配给EV用户，作为其提供V2G服务的经济奖励。2)根据步骤1)得到的EV与聚合商间的合同机制，基于滚动时域更新方法，以平衡成本最小为前提，构建考虑EV参与的平衡市场出清模型。目标函数是平衡成本最小：式中：Neva、Ngen分别指参与平衡市场的聚合商数目和常规发电机数目；分别指第a个聚合商在调度时刻t＝td的上调功率和下调功率；分别指第a个聚合商提交的上调功率价格和下调功率价格；分别指第b个常规发电机在调度时刻t＝td的上调功率和下调功率；分别指第b个常规发电机提交的上调功率价格和下调功率价格。约束条件包括：2-1)EV充电状态变量取值约束。2-2)EV充放电功率限制约束。式中：分别是第i辆EV允许的最大充电功率及最大放电功率。2-3)EV荷电状态约束。为了减少过度充放电对电池寿命的影响，需对EV的荷电状态进行约束。式中：分别是第i辆EV允许的最小、最大荷电状态。2-4)用户出行需求约束。EV作为一种交通工具，在离开电网时荷电状态应满足用户最小出行需求。S(Ten)≥Sen(i)2-5)系统功率平衡约束。2-6)聚合商上/下调功率限值约束。2-7)常规发电机上/下调功率限值约束。式中：分别指第b个常规发电机在t＝td时刻提交的最大上调功率及最大下调功率。2-8)线路功率限值约束。-Pl,max≤Pl,d≤Pl,max,l＝1,2,...,L式中：Pl,d指市场运营机构调用平衡资源后通过线路l的有功功率；Pl,max指线路l允许通过最大有功功率；L指网络的线路条数。3)兼顾满足用户最小出行需求以及功率响应偏差最小化，提出适应EV参与的改进二价法。典型不平衡定价机制下，聚合商倾向于以最优充放电功率为参考全部投入平衡市场，并在实时运行阶段为满足用户最小出行需求不遵循市场机构的调度指令，可能造成系统不平衡加剧的后果。面对上述缺陷，本专利技术在典型二价法的基础上进行改进，在系统处于短(长)位、不平衡责任方处于长(短)位情况取日前市场出清价格乘以相应惩罚系数，使聚合商参与平衡市场响应超量时的净利润低于正常参与日前市场的利润，从而对聚合商的市场行为起到约束作用。本专利技术的有益效果在于：(1)对于EV聚合商来说，由于一般情况下平衡市场结算价格高于日前市场出清价格，因此EV聚合商同时参与日前市场和平衡市场的效益高于完全参与日前市场效益，这说明存在套利空间激励EV参与平衡市场，侧面说明建立考虑EV参与的平衡市场出清模型及出清方法的必要性。(2)对系统运营商来说，引入EV参与平衡市场这一举措，不仅增加了电力系统的运行灵活性，有效缓解功率平衡压力，还可以降低了系统总平衡成本。(3)EV快速响应的特性使平衡市场结算价格更接近日前市场出清价格，有助于形成真实价格信号并为中长期市场及日前市场的报价提供参考，有利于市场主体在前期合理决策参与电力市场，逐步形成良性循环。附图说明图1为本专利技术的流程示意图。具体实施方式下面结合一个实例，对具体实施方式作详细说明。1)聚合商根据合同签订条款，决定提交平衡市场上下调功率。满足：S(Ten)≥Sen(i)2)当t＝td时刻，系统出现不平衡功率ΔPt，聚合商响应PX上/下调功率指令抵消系统偏差，从而获得利润。如果需求响应过剩，聚合商会为了获得高额利润而控制EV放电，这样做有助于平衡电力系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种EV参与平衡市场的控制框架，其特征在于聚合商可通过与用户签订充放电合同有效预测及控制相关EV的充放电行为，双方可以通过谈判来得到相关指标的期望值。包括：EV充电价格λ

【技术特征摘要】
1.一种EV参与平衡市场的控制框架，其特征在于聚合商可通过与用户签订充放电合同有效预测及控制相关EV的充放电行为，双方可以通过谈判来得到相关指标的期望值。包括：EV充电价格λch。λch可以是固定价格，也可以采用分时电价；EV用户预期的接入电网时间Tst、离开电网时间Ten和用户最小出行需求Sen。如果EV接网时间不迟于Tst，则聚合商必须保证相关EV离网荷电状态满足用户最小出行需求。否则，聚合商将受到一定的惩罚；EV蓄电池允许的荷电状态取值范围最大充电功率及最大放电功率为了减少电池的寿命损耗，电池的荷电状态水平应保持在和之间，最大充放电功率不应超过和当客户不愿意放电，可将设置为零，也可直接将EV用户视为普通负载；EV预期电池放电补偿cdis和预期放电收益rdis。聚合商需要提出一个有吸引力的激励机制，否则EV用户会拒绝提供必要的信息等。


2.根据步骤1)得到的EV与聚合商间的合同机制，基于滚动时域更新方法，以平衡成本最小为前提，构建考虑EV参与的平衡市场出清模型。具体说明如下：
目标函数是平衡成本最小：



其中：Neva、Ngen分别指参与平衡市场的聚合商数目和常规发电机数目；分别指第...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志铭，周明，武昭原，胡智雄，赵德洁，雷若愚，刘中建，张岩，刘晓娟，
申请(专利权)人：华北电力大学，国家电网公司，国网北京市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11