一种电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法技术

本发明专利技术提供一种电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，上层模型的决策者为电动汽车用户，以充放电费用最小为目标，同时考虑了用户的行驶需求、缓解电池损耗的充放电次数约束等，对各时段的充放电策略进行优化；下层模型的决策者为电网，以社会福利最大化为目标，对峰、谷、平三种时段的分时电价进行优化。该方法通过在商业优化GAMS中建立双层模型并进行求解，同时得出了充放电策略与分时电价的最优决策，不仅能够有效地减少系统的负荷峰谷差，也可以兼顾电动汽车用户效益与发电侧成本，同时反映了分时电价与电动汽车充放电行为之间的相互作用。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法
本专利技术涉及电动汽车
，特别是，涉及一种电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法。
技术介绍
电动汽车作为零污染、低能耗的代表，较传统燃油车相比，具有突出的环保优势。然而，由于电动汽车充电行为存在很大的随机性，大量电动汽车接入电网后的无序充电行为会对电力系统的安全稳定运行造成巨大影响，如电动汽车充电负荷与系统原始负荷的峰时段相重叠时，将使电网负荷峰谷差进一步加大，造成调峰困难。而随着电动汽车V2G(Vehicle-to-grid)技术的发展，电动汽车与电网可以实现能量、信息的双向互动，电网可以通过分时电价信号对电动汽车的充放电行为进行引导，使电动汽车车主自愿改变充放电时段，并利用电动汽车电池作为储能源，达到移峰填谷的效果。目前大部分研究都集中在基于固定分时电价下的电动汽车充放电调度方法以及基于需求价格弹性的分时电价优化方法两个方面，然而这些方法并未考虑用户侧电动汽车充放电行为与电网侧分时电价两个因素的动态交互关系，在实际运行中无法使用户侧和电网侧两个主体的决策达到最优。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的下电动汽车充放电的分时电价无法优化调度的缺陷，从而提供一种电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，包括，收集用户侧的基础数据和电网侧的机组数据；基于模糊隶属函数进行分时电价时段划分；对电动汽车用户出行概率密度抽样；建立用户侧电动汽车充放电功率与电网侧分时电价的双层优化模型，并将将上述数据导入双层优化模型中；求解出以充放电费最小且社会福利最大为目标的用户侧电动汽车充放电策略与电网侧分时电价。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：所述用户侧基础参数包括电动汽车用户出行数据，电动汽车电池容量、最大充放电功率，居民的日负荷曲线以及固定电价；所述电网侧机组数据包括发电机组的装机容量、出力上下限、爬坡/滑坡限制。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：基于模糊隶属函数对全天的24时段进行分时电价时段划分，包括对居民日负荷曲线进行峰谷平三种时段的划分，分别取负荷曲线最高点和最低点；基于偏大型半梯形隶属度函数和偏小型半梯形隶属度函数对某时段的负荷值计算峰隶属度和谷隶属度；根据峰隶属度和谷隶属度的结果对峰谷时段进行划分，其余时段作为平时段。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：对电动汽车用户在典型工作日的出行特性概率密度抽样，包括对电动汽车用户出行特性中的出行时间、结束时间以及单日出行里程进行概率密度函数拟合，计算出电动汽车用户的出行时段。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：建立用户侧电动汽车充放电功率与电网侧分时电价的双层优化模型中，上层为电动汽车用户，其优化目标为在分时电价机制下的充放电费用最小：其中，N为本区域内电动汽车的台数；Tf、Tg和Tp分别表示峰、谷、平三种负荷时段；λf、λg、λp分别表示峰、谷、平时段的电价；表示电动汽车i在t时段的充电功率，为正值；表示电动汽车i在t时段的放电功率，为负值。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：所述上层约束条件包括可用容量约束、充放电电量平衡约束、充放电状态约束、充放电功率约束、不可调度时段约束、行驶需求约束、充放电次数限制。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：下层模型为电网侧，其目标为社会福利最大化：maxCinc-Cgen其中，Cinc表示总体用户效用，Cgen表示发电成本：其中，Lt为t时段的原始负荷；K为发电机组总数；为发电机组k在t时段的输出功率，表示发电机组k在t时段的发电成本函数，ak、bk和ck为发电成本函数的常数项、一次项和二次项系数；λc为原始固定电价。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：下层约束条件包括发电机组上下限约束、发电机组爬坡/滑坡约束、峰谷平电价特性约束、峰谷电价比例约束、用户总用电费用约束。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：基于GAMS框架实现双层优化模型的建模和优化求解，在GAMS框架下，建立的用户侧电动汽车充放电功率与电网侧分时电价双层模型用紧凑模型表示，其中，上层的电动汽车用户侧充放电策略优化模型表示为：式中，f1(x,y)为分时电价机制下的充放电费用最小模型的目标函数，x为上层模型的决策变量，g(x,y)为各个上层约束条件；上层的电动汽车用户侧充放电策略优化模型表示为：式中，f2(x,y)下层电网侧模型以社会福利最大化为目标的目标函数，y为下层模型的决策变量，h(x,y)为各个下层约束条件。作为本专利技术所述电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法的一种优选方案，其中：求解双层优化模型过程中，采用KKT最优化条件将双层模型转换成单层模型，引入拉格朗日乘子γ，将下层模型的约束条件和目标函数联系到一起，将双层模型转化为：其中，l为下层模型中约束条件的个数；γj为第j个约束条件所对应的拉格朗日乘子；最后一行表示下层模型目标函数的拉格朗日函数L(x,y,γ)对决策变量y求偏导，其中拉格朗日函数L(x,y,γ)可写为：然后通过调用GAMS/CPLEX求解器求得双层模型的最优解。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，上层模型的决策者为电动汽车用户，以充放电费用最小为目标，同时考虑了用户的行驶需求、缓解电池损耗的充放电次数约束等，对各时段的充放电策略进行优化；下层模型的决策者为电网，以社会福利最大化为目标，对峰、谷、平三种时段的分时电价进行优化。该方法通过在商业优化GAMS中建立双层模型并进行求解，同时得出了充放电策略与分时电价的最优决策，不仅能够有效地减少系统的负荷峰谷差，也可以兼顾电动汽车用户效益与发电侧成本，同时反映了分时电价与电动汽车充放电行为之间的相互作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述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专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，其特征在于：包括，/n收集用户侧的基础数据和电网侧的机组数据；/n基于模糊隶属函数进行分时电价时段划分；/n对电动汽车用户出行概率密度抽样；/n建立用户侧电动汽车充放电功率与电网侧分时电价的双层优化模型，并将将上述数据导入双层优化模型中；/n求解出以充放电费最小且社会福利最大为目标的用户侧电动汽车充放电策略与电网侧分时电价。/n

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，其特征在于：包括，
收集用户侧的基础数据和电网侧的机组数据；
基于模糊隶属函数进行分时电价时段划分；
对电动汽车用户出行概率密度抽样；
建立用户侧电动汽车充放电功率与电网侧分时电价的双层优化模型，并将将上述数据导入双层优化模型中；
求解出以充放电费最小且社会福利最大为目标的用户侧电动汽车充放电策略与电网侧分时电价。


2.根据权利要求1所述的电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，其特征在于：所述用户侧基础参数包括电动汽车用户出行数据，电动汽车电池容量、最大充放电功率，居民的日负荷曲线以及固定电价；所述电网侧机组数据包括发电机组的装机容量、出力上下限、爬坡/滑坡限制。


3.根据权利要求1所述的电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，其特征在于：基于模糊隶属函数对全天的24时段进行分时电价时段划分，包括对居民日负荷曲线进行峰谷平三种时段的划分，
分别取负荷曲线最高点和最低点；
基于偏大型半梯形隶属度函数和偏小型半梯形隶属度函数对某时段的负荷值计算峰隶属度和谷隶属度；
根据峰隶属度和谷隶属度的结果对峰谷时段进行划分，其余时段作为平时段。


4.根据权利要求1所述的电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，其特征在于：对电动汽车用户在典型工作日的出行特性概率密度抽样，包括对电动汽车用户出行特性中的出行时间、结束时间以及单日出行里程进行概率密度函数拟合，计算出电动汽车用户的出行时段。


5.根据权利要求1所述的电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，其特征在于：建立用户侧电动汽车充放电功率与电网侧分时电价的双层优化模型中，上层为电动汽车用户，其优化目标为在分时电价机制下的充放电费用最小：



其中，N为本区域内电动汽车的台数；Tf、Tg和Tp分别表示峰、谷、平三种负荷时段；λf、λg、λp分别表示峰、谷、平时段的电价；表示电动汽车i在t时段的充电功率，为正值；表示电动汽车i在t时段的放电功率，为负值。


6.根据权利要求5所述的电动汽车充放电策略和电网侧分时电价的双层优化方法，其特征在于：所述上层约束条件包括可用容量约束、充放电电量平衡约束、充放电状态约束、充放...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巨龙，刘振铭，孙斌，廖志军，郑方鹏，薛毅，姚刚，刘凡，张裕，代江，贺红艳，朱刚毅，杨文凯，徐立新，刘英琪，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52