计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法及系统技术方案

一种计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法，包括以下步骤：步骤1，含风、光、储和电动汽车的家庭用户负荷建模；步骤2，构建家庭用户

【技术实现步骤摘要】
计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法及系统


[0001]本专利技术属于电动汽车
，更具体地，涉及计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着越来越多微型风机、家庭屋顶光伏发电等分布式能源的接入，家庭用户从传统被动的能源消费者逐渐转变为“产消者”，有利于用户自主管理发用电从而实现效用最优。然而，由于风、光出力以及用户用电行为具有不确定性，如何有效实现家庭用户电能供需平衡成为目前亟需解决的问题，这对于电力系统安全可靠运行也至关重要。由此，点对点(peer
‑
to
‑
peer,P2P)交易方式作为交互式能源的重要元素被提出，该方式在多个用户之间开展电能交易，鼓励产消用户在本地社区中分享可再生能源发电的剩余电量，能够最大限度维持用户群内的电能供需平衡。
[0003]现有关于P2P交易的文献大致可分为两类：一是研究制定用户间的电能交易策略，以实现P2P交易；二是研究制定用户收益分配策略，以激励用户形成本地电能交易联盟。但大多数文献未考虑利用电动汽车(Electric Vehicle，EV)和储能(Energy Storage,ES)来缓解由可再生能源发电和用户负荷不确定性导致的供需失衡，这使得用户参与度较低。此外，关于已有交易电价定价方法的研究存在不足，如：中间价格法(Mid
‑
Market Rate,MMR)不能充分激励用户参与P2P交易等。对于合作博弈收益分配策略的研究，核仁法的计算复杂度很高，而且随着参与电能交易用户数量的增加呈指数增长，因此在用户间电能交易的应用中存在局限性。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种计及电动汽车的家庭用户电能交易策略，针对产消用户能源配置考虑不全面、交易定价方法不能充分激励家庭用户参与电能交易的问题以及收益分配策略存在的不足，本专利技术在家庭用户
‑
家庭用户交易电价联盟合作博弈模型建立基础上，提出了子联盟对收益分配集满意度最优策略。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案。本专利技术的第一方面提供了计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，含风、光、储和电动汽车的家庭用户负荷建模；
[0007]步骤2，以步骤1获得的含风、光、储和电动汽车的家庭用户负荷模型，构建家庭用户
‑
家庭用户交互电价联盟合作博弈模型；
[0008]步骤3，以步骤2获得的家庭用户
‑
家庭用户交易电价联盟合作博弈模型，构建计及稳定性和高效性的联盟收益分配模型，其中，使用博弈核描述当前联盟结构下所有稳定分配的集合，使得总联盟内的家庭用户能够获得不少于他自身所能获得的收益分配，并构建剩余模型，用于表征分配结果优劣程度；
[0009]步骤4，基于博弈核及剩余模型，构建家庭用户电能供需平衡优化目标函数，并求
解获得在各时段联盟内用户的购电电价、售电电价、收益分配和剩余的最优解。
[0010]优选地，步骤1具体包括：
[0011]步骤1.1，构建储能运行特性模型，
[0012]步骤1.2，构建电动汽车充放电行为模型，
[0013]步骤1.3，构建家庭用户负荷模型，含家庭分布式风力发电、光伏发电、储能单元和EV的第n个家庭用户在t时刻的净负荷功率为，用户基本负荷、风力和光伏发电功率、ES以及EV充放电功率之和，如下公式表示，
[0014][0015]式中：
[0016]l
n,t
表示第n个家庭用户在t时刻的净负荷功率，
[0017]PV
n,t
表示第n个家庭用户在t时刻的光伏发电功率，
[0018]Wind
n,t
表示第n个家庭用户在t时刻的风力发电功率，
[0019]load
n,t
表示第n个家庭用户在t时刻的用户基本负荷，
[0020]表示第n个家庭用户的ES在t时刻的充电功率，表示第n个家庭用户的ES在t时刻的放电功率，
[0021]表示第n个家庭用户的EV在t时刻的充电功率，表示第n个家庭用户的EV在t时刻的放电功率。
[0022]所有家庭用户分别组成的购电型和售电型用户集合以如下公式表示，
[0023][0024]式中：
[0025]表示售电型用户集合，表示购电型用户集合，
[0026]表示所有家庭用户组成的总集合。
[0027]优选地，步骤2.1，基于电能交互计算联盟电能成本和联盟收益，构建联盟与电力公司交互的特征函数；
[0028]步骤2.2，基于供需比改进联盟内部用户之间的交互电价模型。
[0029]优选地，步骤2.1具体包括：
[0030]步骤2.1.1，以步骤1获得的家庭用户净功率，构建家庭用户与电力公司的交互模型，对于任意子联盟定义子联盟S内的家庭用户电能供需不平衡时，与电力公司交互产生的电能总成本为TC(S)，以如下公式表示，
[0031][0032]式中：
[0033]T表示交易日之内包含的时段数量，
[0034]表示联盟与电力公司交易的购电价格，表示联盟与电力公司交易的售电价
格，且满足条件，
[0035][
·
]‑
表示max{
·
,0}，[
·
]+
表示min{
·
,0}；
[0036]步骤2.1.2，以步骤2.1.1中构建的交互模型取值最小化作为优化目标，构建优化模型，以如下公式表示，
[0037][0038]式中：
[0039]C(S)表示联盟电能成本，
[0040]s
c
表示ES的充电功率，s
d
表示ES的放电功率，
[0041]P
ch
表示EV的充电功率，P
dis
表示EV的放电功率；
[0042]步骤2.1.3，以步骤2.1.2构建的优化模型，构建联盟与电力公司交互的特征函数，以如下公式表示，
[0043][0044][0045]式中：
[0046]v(S)表示联盟分配给参与电能交易的各家庭用户收益之和，称其为“联盟收益”，
[0047]∑
n∈S
C({n})表示联盟S内各家庭用户独立优化运行其ES和EV并与电力公司交易产生的电能成本之和。
[0048]优选地，步骤2.2具体包括：
[0049]步骤2.2.1，以步骤1构建的净负荷功率模型，构建联盟总购电功率、售电功率以及总净功率模型，以如下公式表示，
[0050][0051]式中：
[0052]表示联盟在t时段的总购电功率，
[0053]表示联盟在t时段的总售电功率，
[0054]表示联盟在t时段的总净功率；
[0055]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，含风、光、储和电动汽车的家庭用户负荷建模；步骤2，以步骤1获得的含风、光、储和电动汽车的家庭用户负荷模型，构建家庭用户
‑
家庭用户交互电价联盟合作博弈模型；步骤3，以步骤2获得的家庭用户
‑
家庭用户交易电价联盟合作博弈模型，构建计及稳定性和高效性的联盟收益分配模型，其中，使用博弈核描述当前联盟结构下所有稳定分配的集合，使得总联盟内的家庭用户能够获得不少于他自身所能获得的收益分配，并构建剩余模型，用于表征分配结果优劣程度；步骤4，基于博弈核及剩余模型，构建家庭用户电能供需平衡优化目标函数，并求解获得在各时段联盟内用户的购电电价、售电电价、收益分配和剩余的最优解。2.如权利要求1所述的计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法，其特征在于：步骤1具体包括：步骤1.1，构建储能运行特性模型，步骤1.2，构建电动汽车充放电行为模型，步骤1.3，构建家庭用户负荷模型，含家庭分布式风力发电、光伏发电、储能单元和EV的第n个家庭用户在t时刻的净负荷功率为，用户基本负荷、风力和光伏发电功率、ES以及EV充放电功率之和，如下公式表示，式中：l
n,t
表示第n个家庭用户在t时刻的净负荷功率，PV
n,t
表示第n个家庭用户在t时刻的光伏发电功率，Wind
n,t
表示第n个家庭用户在t时刻的风力发电功率，load
n,t
表示第n个家庭用户在t时刻的用户基本负荷，表示第n个家庭用户的ES在t时刻的充电功率，表示第n个家庭用户的ES在t时刻的放电功率，表示第n个家庭用户的EV在t时刻的充电功率，表示第n个家庭用户的EV在t时刻的放电功率。所有家庭用户分别组成的购电型和售电型用户集合以如下公式表示，式中：表示售电型用户集合，表示购电型用户集合，表示所有家庭用户组成的总集合。3.如权利要求1或2所述的计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法，其特征在于：步骤2.1，基于电能交互计算联盟电能成本和联盟收益，构建联盟与电力公司交互的特
征函数；步骤2.2，基于供需比改进联盟内部用户之间的交互电价模型。4.如权利要求3所述的计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法，其特征在于：步骤2.1具体包括：步骤2.1.1，以步骤1获得的家庭用户净功率，构建家庭用户与电力公司的交互模型，对于任意子联盟定义子联盟S内的家庭用户电能供需不平衡时，与电力公司交互产生的电能总成本为TC(S)，以如下公式表示，式中：T表示交易日之内包含的时段数量，表示联盟与电力公司交易的购电价格，表示联盟与电力公司交易的售电价格，且满足条件，[
·
]
‑
表示max{
·
,0}，[
·
]
+
表示min{
·
,0}；步骤2.1.2，以步骤2.1.1中构建的交互模型取值最小化作为优化目标，构建优化模型，以如下公式表示，式中：C(S)表示联盟电能成本，s
c
表示ES的充电功率，s
d
表示ES的放电功率，P
ch
表示EV的充电功率，P
dis
表示EV的放电功率；步骤2.1.3，以步骤2.1.2构建的优化模型，构建联盟与电力公司交互的特征函数，以如下公式表示，下公式表示，式中：v(S)表示联盟分配给参与电能交易的各家庭用户收益之和，称其为“联盟收益”，∑
n∈S
C({n})表示联盟S内各家庭用户独立优化运行其ES和EV并与电力公司交易产生的电能成本之和。5.如权利要求4所述的计及电动汽车的家庭用户电能供需平衡优化方法，其特征在于：步骤2.2具体包括：步骤2.2.1，以步骤1构建的净负荷功率模型，构建联盟总购电功率、售电功率以及总净功率模型，以如下公式表示，
式中：表示联盟在t时段的总购电功率，表示联盟在t时段的总售电功率，表示联盟在t时段的总净功率；步骤2.2.2，以步骤2.2.1构建的联盟总购电功率、售电功率以及总净功率模型，采用MMR法构建联盟内部用户之间的交互电价模型，其中供需比以如下公式表示，式中：表示t时刻供需比，将供需比等于1时的交易电价定义为与电力公司交易的购、售电价格均值，以如下公式表示，表示，表示，式中：λ
mid
表示联盟与电力公司交易的购电价格与售电价格的均值，表示联盟与电力公司交易的购电价格，表示联盟与电力公司交易的售电价格，且满足条件，满足条件，表示在t时段联盟内部家庭用户的购电电价，表示在t时段联盟内部家庭用户的售电电价，步骤2.2.3，在步骤2.2.2构建的交互电价模型基础上，基于供需比改进联盟内部家庭用户之间的交互电价模型，以如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谦，胡悦，黄耀宇，李春燕，张淮清，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：