本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)領(lǐng)域，涉及一種電動(dòng)汽車入網(wǎng)放電電價(jià)上限與入網(wǎng)功率關(guān)系的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的進(jìn)一步加劇，世界能源需求正在從以化石能源為主導(dǎo)的局面向大力發(fā)展可持續(xù)能源的多元化、清潔化和高效化的趨勢轉(zhuǎn)變。近年來，使用清潔電力作為動(dòng)力的電動(dòng)汽車被認(rèn)為是減少碳排放和降低化石能源依賴的有效解決方法之一，正受到各國政府和人們的廣泛關(guān)注。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的時(shí)序特性對電力系統(tǒng)的運(yùn)行與投資有著重要影響，如果電動(dòng)汽車安排在低谷時(shí)段充電，將可能在滿足快速增長充電負(fù)荷的前提下，減緩配電網(wǎng)的建設(shè)投資，節(jié)約投資成本，避免形成充電負(fù)荷高峰，減少電動(dòng)汽車充電對配電網(wǎng)運(yùn)行的沖擊。因此，對電動(dòng)汽車進(jìn)行合理調(diào)度不但能減少電動(dòng)汽車充電負(fù)荷對電網(wǎng)的沖擊，還能減少日常負(fù)荷對電網(wǎng)的壓力。然而，電動(dòng)汽車作為交通工具首先要滿足人們的日常行駛，在此基礎(chǔ)上還需征得車主的意愿才能參加電力系統(tǒng)的調(diào)度。因此，制定合理的電價(jià)機(jī)制以刺激電動(dòng)汽車用戶的參與尤為重要。

目前，國內(nèi)外幾乎都是針對電動(dòng)汽車的充電電價(jià)進(jìn)行研究，而對放電電價(jià)研究相對較少。部分學(xué)者采用彈性系數(shù)矩陣研究放電電價(jià)，但是就目前而言，電動(dòng)汽車還未能大量普及，電動(dòng)汽車入網(wǎng)更是鮮有，僅靠少量數(shù)據(jù)得出的結(jié)果是否可靠還有待研究。此外，有學(xué)者提出優(yōu)化算法計(jì)算充放電電價(jià)，通過建立以最小峰谷差和ev用戶群效益最大為目標(biāo)函數(shù)得出充放電電價(jià)。由于在目標(biāo)函數(shù)中未考慮電力公司成本問題，假設(shè)得出的放電價(jià)格高于電力公司承受限度，顯然，電力公司是不會(huì)參與的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種電動(dòng)汽車入網(wǎng)放電電價(jià)上限與入網(wǎng)功率關(guān)系的計(jì)算方法，從電力公司的角度，根據(jù)電網(wǎng)峰荷時(shí)需要調(diào)用的電動(dòng)汽車功率，研究電力公司調(diào)用電動(dòng)汽車所能接受的最高價(jià)格。該方法建立并求解計(jì)及最小發(fā)電成本的最優(yōu)備用機(jī)組組合模型，分析其在峰荷時(shí)調(diào)用備用機(jī)組的成本，并將該成本作為電力公司可接受調(diào)用相同容量電動(dòng)汽車費(fèi)用的最大值，結(jié)合電力公司調(diào)度電動(dòng)汽車功率計(jì)算電力公司可接受調(diào)用電動(dòng)汽車放電電價(jià)的最大值與電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率的關(guān)系。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

電動(dòng)汽車入網(wǎng)放電電價(jià)上限與入網(wǎng)功率關(guān)系計(jì)算方法，該方法包括以下步驟：

s1：建立電網(wǎng)峰時(shí)備用機(jī)組調(diào)用成本模型；

s2：確定目標(biāo)函數(shù)；

s3：求解算法。

進(jìn)一步，所述步驟s1包括以下步驟：

s101：根據(jù)實(shí)際情況確定峰時(shí)需要調(diào)用的額外功率pc；

s102：假設(shè)所需額外功率全部由備用機(jī)組出力，即pg＝pc，以最小化發(fā)電成本為目標(biāo)函數(shù)建立模型并求解得出最小發(fā)電成本c0；

s103：保持總調(diào)用功率pc不變，逐漸減少備用機(jī)組出力，減少的部分視作由電動(dòng)汽車提供，得到更新后的備用機(jī)組出力pg1＝pc-pev；

s104：根據(jù)更新后的備用機(jī)組出力pg1，以最小化發(fā)電成本為目標(biāo)函數(shù)建立模型并求解得出最小發(fā)電成本c1；

s105：根據(jù)前后兩次計(jì)算的發(fā)電成本差值δc＝c0-c1和電動(dòng)汽車功率比值算出電動(dòng)汽車電價(jià)λ；

s106：逐漸增加電動(dòng)汽車功率比例重復(fù)步驟s103-s104直至pev＝pc。

進(jìn)一步，所述確定目標(biāo)函數(shù)具體為：

以傳統(tǒng)機(jī)組組合模型為基礎(chǔ)，其基本費(fèi)用函數(shù)主要為燃料費(fèi)用，對每臺(tái)出力機(jī)組的燃料費(fèi)用采用多項(xiàng)式的形式來進(jìn)行描述：其中fcipi(t)為燃料費(fèi)用函數(shù)，fci(pi(t))＝ai+bipi(t)+cipi²(t)，其中pi(t)為發(fā)電機(jī)組i在t時(shí)刻的出力，單位為mw，ai、bi、ci為第i個(gè)機(jī)組對應(yīng)的燃料成本系數(shù)。

進(jìn)一步，該方法還包括以下約束條件：

1)電動(dòng)汽車約束

每個(gè)時(shí)段內(nèi)參與放電的電動(dòng)汽車數(shù)量小于當(dāng)前能夠參與到電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車的數(shù)量，電動(dòng)汽車的約束表示如下：socmin≤soc(t)≤socmax；

其中，nc(t)指t時(shí)刻參與供電的電動(dòng)汽車數(shù)量；指t時(shí)刻能夠參與供電的電動(dòng)汽車數(shù)量的最大值；socmin指電動(dòng)汽車荷電狀態(tài)的下限，socmax指電動(dòng)汽車荷電狀態(tài)的上限，soc(t)指電動(dòng)汽車的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)。

2)系統(tǒng)功率平衡約束

在任一時(shí)刻，電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率加上電動(dòng)汽車提供的功率滿足負(fù)荷需求加上系統(tǒng)功率損失，表述為：其中，pi(t)指第i臺(tái)發(fā)電機(jī)t時(shí)刻的出力，pv是電動(dòng)汽車的放電功率，nv2g(t)指t時(shí)刻能夠參與放電的電動(dòng)汽車數(shù)量，ploss指網(wǎng)損，d(t)為t時(shí)刻的負(fù)荷需求，單位為mw，n表示發(fā)電機(jī)組數(shù)量；

3)旋轉(zhuǎn)備用約束

為了保持電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，必須有充足的旋轉(zhuǎn)備用，公式表述為：其中，指t時(shí)刻第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的最大出力，指t時(shí)刻能夠參與放電的電動(dòng)汽車的最大數(shù)量，r(t)指t時(shí)刻的系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用需求；

4)機(jī)組出力上下限約束

pgimin≤pgi≤pgimax，i＝1,…,n，其中，pgimin和pgimax分別為發(fā)電機(jī)i的最小發(fā)電功率和最大發(fā)電功率，pgi為發(fā)電機(jī)的實(shí)際發(fā)電功率。

5)其它約束

a)每輛電動(dòng)汽車期望的供電效率；b)停車場最大容納電動(dòng)汽車的數(shù)量；c)每臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的初始狀態(tài)；d)某些發(fā)電機(jī)組處于啟動(dòng)狀態(tài)，而被強(qiáng)迫停機(jī)和處于維護(hù)狀態(tài)的發(fā)電機(jī)組則不能啟動(dòng)。

5.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車入網(wǎng)放電電價(jià)上限與入網(wǎng)功率關(guān)系計(jì)算方法，其特征在于：所述求解算法包括以下步驟：

s301：模擬退火粒子群優(yōu)化sapso算法參數(shù)初始化，并隨機(jī)給出n個(gè)初始解；

s302：進(jìn)行迭代并判斷迭代是否結(jié)束；若未結(jié)束，進(jìn)行下一步；若結(jié)束，輸出最優(yōu)解；

s303：執(zhí)行sapso搜索，對n個(gè)初始解分別執(zhí)行sa抽樣過程，令全局最優(yōu)值gbest為局部最優(yōu)值pbest(t)中最優(yōu)解，更新sapso的參數(shù)，并跳至步驟s302。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明從電力公司的角度，對電動(dòng)汽車在并網(wǎng)參與放電行為時(shí)所需費(fèi)用與電力公司常規(guī)調(diào)用備用機(jī)組的費(fèi)用進(jìn)行對比，若調(diào)用電動(dòng)汽車的費(fèi)用不低于調(diào)用備用機(jī)組的費(fèi)用，電力公司將不會(huì)選擇電動(dòng)汽車。在不同備用調(diào)用量的情況下，研究單位電動(dòng)汽車調(diào)用成本與功率的關(guān)系。同時(shí)，考慮到實(shí)際情況中電動(dòng)汽車短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)在尖峰時(shí)段完全替代備用機(jī)組，本發(fā)明在討論了電動(dòng)汽車完全替代備用機(jī)組的情況后，重點(diǎn)討論了電動(dòng)汽車部分替代備用機(jī)組的情況。其中，在部分替代備用機(jī)組的情況下對電動(dòng)汽車替代備用調(diào)用量由少至多的各種情況進(jìn)行分析，得出了電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率與電力公司可接受的最大放電電價(jià)的關(guān)系，再結(jié)合實(shí)際算例中電動(dòng)汽車的具體調(diào)用量得出電力公司可接受的電動(dòng)汽車最大實(shí)時(shí)放電電價(jià)。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為電動(dòng)汽車參與系統(tǒng)調(diào)度價(jià)格與功率關(guān)系計(jì)算流程圖；

圖2為粒子群算法流程圖；

圖3為備用機(jī)組功率價(jià)格關(guān)系曲線；

圖4為不同備用調(diào)用量下時(shí)ev功率價(jià)格曲線；

圖5為各時(shí)段電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率與電網(wǎng)可接受的最大電價(jià)關(guān)系；

圖6為三種電動(dòng)汽車負(fù)荷下電網(wǎng)可接受的實(shí)時(shí)最大電價(jià)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明采用a市修改的ieee30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)下的一組備用機(jī)組，該機(jī)組一共包含6臺(tái)機(jī)組，假設(shè)該市某日預(yù)測負(fù)荷如表1所示，傳統(tǒng)機(jī)組最大出力為1300mw，則最大備用功率調(diào)用量為200mw，因此可得出需要調(diào)用備用機(jī)組的時(shí)刻和功率如表2所示，按照前面所述方法分別對電動(dòng)汽車能夠完全替代和不能完全替代的情況進(jìn)行分析。

表1某市日負(fù)荷情況(mw)

表2需調(diào)用備用機(jī)組時(shí)段與功率(mw)

①電動(dòng)汽車完全替代

根據(jù)本發(fā)明算法算出需要調(diào)用備用機(jī)組為10-200mw時(shí)的備用機(jī)組的成本曲線，再根據(jù)本發(fā)明方法計(jì)算出電網(wǎng)可接受調(diào)用電動(dòng)汽車的單位功率費(fèi)用的最大值與電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率的關(guān)系，如圖3所示，同時(shí)由圖3曲線得出需要電動(dòng)汽車提供放電的各時(shí)刻電價(jià)，換算成以元/kwh為單位表示后如表3所示。

表3需調(diào)用備用機(jī)組時(shí)刻的備用機(jī)組調(diào)用價(jià)格(元/kwh)

從圖中看出電力公司在調(diào)用備用負(fù)荷時(shí)，曲線變化主要分為三個(gè)階段：

1)當(dāng)調(diào)用量小于50mw時(shí)，調(diào)用成本從3.4元/kwh急劇減小到2.1元/kwh。

2)當(dāng)調(diào)用量從50mw增加到90mw時(shí)，調(diào)用成本從2.3元/kwh逐漸減小到2.1元/kwh

3)當(dāng)調(diào)用量從90mw增加到200mw時(shí)，調(diào)用成本基本穩(wěn)定在2.2元/kwh附近

根據(jù)電網(wǎng)公布數(shù)據(jù)顯示，各行業(yè)正常時(shí)段電價(jià)在0.4-0.8元/kwh之間，而調(diào)用備用機(jī)組的成本為正常時(shí)段電價(jià)的三到四倍，由此可見單位傳統(tǒng)機(jī)組調(diào)用成本和單位備用機(jī)組調(diào)用成本之間存在巨大差異。同時(shí)圖3顯示，電動(dòng)汽車能夠提供的容量越大，電網(wǎng)可接受的最大單價(jià)相對越低。并且由于備用機(jī)組的成本系數(shù)較高，啟停費(fèi)用較大，導(dǎo)致電力公司啟動(dòng)每臺(tái)機(jī)組將耗費(fèi)大量費(fèi)用，因此，調(diào)用備用機(jī)組伊始，電力公司首先開啟某臺(tái)機(jī)組，在機(jī)組正常運(yùn)作前，大量費(fèi)用已經(jīng)產(chǎn)生，因此單位功率發(fā)電成本隨功率增大而減小。當(dāng)功率增加到超過該機(jī)組出力上限時(shí)，新的機(jī)組將被啟動(dòng)，此時(shí)，由于新機(jī)組的啟動(dòng)花費(fèi)，單位功率發(fā)電成本將驟增。最終曲線將出現(xiàn)如圖3所示折點(diǎn)。

同時(shí)，曲線各階段下降速度不同，隨著電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率變大，曲線下降速度減小。另外根據(jù)本算例負(fù)荷曲線可知，在一天當(dāng)中只有幾個(gè)時(shí)刻需要調(diào)度備用機(jī)組，所以根據(jù)本發(fā)明算法只得出表3所示時(shí)刻的放電電價(jià)，而對于其他時(shí)刻，本發(fā)明分為以下兩種情況：

a負(fù)荷低谷時(shí)段負(fù)荷較少，電力公司傳統(tǒng)機(jī)組出力過量，故不支持電動(dòng)汽車進(jìn)行放電。

b負(fù)荷高峰時(shí)段，該時(shí)段負(fù)荷即將大于傳統(tǒng)機(jī)組出力。電力公司能接受電動(dòng)汽車放電最高電價(jià)為當(dāng)日平均充電電價(jià)，本發(fā)明取0.42元/kwh。

最終得出在電動(dòng)汽車能夠完全代替?zhèn)溆脵C(jī)組出力時(shí)，電力公司當(dāng)日各時(shí)刻可接受最大放電電價(jià)如表4所示。

表4電力公司當(dāng)日可接受最大實(shí)時(shí)放電電價(jià)(元)

②電動(dòng)汽車不完全替代

眾所周知，由于電動(dòng)汽車發(fā)展情況以及車主行駛習(xí)慣等限制，電動(dòng)汽車作為新興交通工具，在負(fù)荷尖峰時(shí)段未必能提供足夠的容量以完全替代備用機(jī)組出力。根據(jù)本發(fā)明算例中預(yù)測負(fù)荷曲線可知，電網(wǎng)尖峰時(shí)刻需調(diào)用備用機(jī)組功率分別為100mw、150mw、200mw。假設(shè)在這三種情況下假設(shè)電動(dòng)汽車只能部分替代備用機(jī)組出力，根據(jù)本發(fā)明方法，分別算出調(diào)用備用機(jī)組功率分別為100mw、150mw、200mw三種情況下電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率與價(jià)格的關(guān)系如圖4所示。

假設(shè)在算例中，該市電動(dòng)汽車當(dāng)日可提供30mw、50mw和80mw功率時(shí)，需調(diào)用備用機(jī)組時(shí)刻與電價(jià)如表5所示。最后得出各時(shí)刻電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率與電網(wǎng)可接受最大價(jià)格的關(guān)系和三種不同電動(dòng)汽車負(fù)荷下電網(wǎng)可接受最大電價(jià)如5所示，并且當(dāng)電動(dòng)汽車可提供50mw時(shí)，當(dāng)日電力公司可接受最大實(shí)時(shí)電動(dòng)汽車放電電價(jià)如表6所示。(未調(diào)用備用機(jī)組時(shí)刻電價(jià)同完全替代部分)

表5不同電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率下各時(shí)刻備用機(jī)組調(diào)用價(jià)格(元/kwh)

表6電力公司當(dāng)日可接受最大實(shí)時(shí)放電電價(jià)(元/kwh)

從表5、表6和圖5、圖6可以看出，在電網(wǎng)需要調(diào)用的備用功率確定的情況下，電動(dòng)汽車可提供的功率越多，電網(wǎng)相對可接受的最大電價(jià)越低；在電動(dòng)汽車可提供的功率確定的情況下，電網(wǎng)需要調(diào)用的備用容量越多，可接受的最大電價(jià)越大。

綜上所述，單位功率備用機(jī)組調(diào)用成本和單位傳統(tǒng)機(jī)組調(diào)用成本之間存在巨大差異，因此電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)互動(dòng)對電力公司和電動(dòng)汽車車主雙方都有收益。在電動(dòng)汽車替代備用機(jī)組向電網(wǎng)供電時(shí)，完全替代備用機(jī)組和部分替代備用機(jī)組兩種情況下電網(wǎng)所能接受的最大放電電價(jià)也同樣存在差異：當(dāng)電動(dòng)汽車的發(fā)展足以完全替代備用機(jī)組出力時(shí)，其所能提供的功率能滿足尖峰時(shí)刻的功率需求。此時(shí)，電網(wǎng)能夠接受的最大放電電價(jià)僅與當(dāng)日負(fù)荷尖峰時(shí)所需功率有關(guān)，峰時(shí)需要調(diào)用備用功率即電動(dòng)汽車提供的功率越大，電網(wǎng)可接受電動(dòng)汽車最大電價(jià)越?。环粗?，電網(wǎng)可接受的電動(dòng)汽車最大放電電價(jià)越大；在電動(dòng)汽車只能部分替代備用機(jī)組情況下，當(dāng)電網(wǎng)額外需要調(diào)用備用功率確定時(shí)，電動(dòng)汽車可提供功率越多，電網(wǎng)相對可接受的最大電價(jià)越低；當(dāng)電動(dòng)汽車可提供的功率確定時(shí)，電網(wǎng)需要調(diào)用的備用功率越多，可接受的最大電價(jià)越高。并且最終得出的功率-電價(jià)曲線也隨具體備用機(jī)組參數(shù)的不同而存在差別。

本發(fā)明在討論了電動(dòng)汽車完全替代備用機(jī)組的情況后，重點(diǎn)討論了電動(dòng)汽車部分替代備用機(jī)組的情況。其中，在部分替代的情況下對電動(dòng)汽車替代備用調(diào)用量由少至多的各種情況進(jìn)行分析，得出了電動(dòng)汽車入網(wǎng)功率與電力公司可接受的最大放電電價(jià)的關(guān)系，再結(jié)合實(shí)際算例中電動(dòng)汽車的具體調(diào)用量得出電力公司可接受的電動(dòng)汽車最大實(shí)時(shí)放電電價(jià)。

最后綜合兩種情況得出的結(jié)論如下：

單位備用機(jī)組調(diào)用成本與單位傳統(tǒng)機(jī)組調(diào)用成本之間存在巨大差異，因此，電力公司在選擇調(diào)用電動(dòng)汽車替代備用機(jī)組時(shí)，雙方均有收益。

電動(dòng)汽車完全替代備用機(jī)組：電動(dòng)汽車能夠提供的功率越多，電力公司能夠接受的最大放電電價(jià)越低；電動(dòng)汽車能夠提供的功率越少，電網(wǎng)能夠接受的最大放電電價(jià)越高。

電動(dòng)汽車部分替代備用機(jī)組：a)當(dāng)電力公司需要調(diào)用備用功率確定時(shí)，電動(dòng)汽車可提供的功率越多，電力公司相對可接受的最大電價(jià)越低；b)當(dāng)電動(dòng)汽車可提供的功率確定時(shí)，電力公司需要調(diào)用的備用功率越多，其可接受的最大電價(jià)越高。

最后需要說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。