[发明专利]一种基于负荷分类的电动汽车群调度方法

权利要求书

1.一种基于负荷分类的电动汽车群调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取系统历史数据，通过远程通信系统从用户侧获取电动汽车电池设备状态和信息，进行负荷预测和电动汽车行为预测；

S2、分别以充电型电动汽车负荷聚合商在G2V模式下的运营效益和在V2G模式下的运营效益最大为目标进行优化，建立G2V和V2G模式下充电型电动汽车负荷群调度目标函数，G2V模式下的目标函数为：

其中，为用户支付的充电费用，为聚合商从电网购电的成本，下标i表示第i个电动汽车用户，下标t表示第t时段，_I^ch和_T^ch分别表示充电型电动汽车用户集合和调度时段集合，决策变量表示第i个电动汽车用户在第t时段的充电功率，和分别表示在第t个时段，用户支付给负荷聚合商的充电电价和聚合商的购电电价，ΔT是单位控制时段的时长；

V2G模式下的目标函数为：

其中，和分别表示在第t个时段，负荷聚合商利用车辆电池放电而向用户支付的放电电价和负荷聚合商向上级电网售电的电价，决策变量表示第i个电动汽车用户在第t时段的放电功率；为第t时段从用户处获取的单位时间充电收益，为第t时段支付给用户的单位时间放电成本；P_t^C,buy和P_t^C,sell表示电动汽车负荷群在第t个时段的从电网购电净功率和售电净功率；为负荷聚合商向电网支付的单位时间购电成本，为负荷聚合商售电从电网获得的单位时间售电收益；ΔP_t^C,shaving和分别为第t时段削峰量、单位削峰收益；

S3、建立充电型电动汽车负荷群调度约束条件，约束包括聚合商的总功率平衡约束、电动汽车电池荷电状态SOC约束、电动汽车负荷SOC约束、车辆接入状态约束、车辆充放电约束、充电桩数量约束、负荷削峰约束和满足出行需求约束；

聚合商的总功率平衡约束如下：

P_t^C,buy＝(P_t^C,sum+|P_t^C,sum|)/2

P_t^C,sell＝(|P_t^C,sum|-P_t^C,sum)/2

其中，t∈T^ch，P_t^C,sum为电动汽车群总等效负荷；

电动汽车电池荷电状态SOC约束如下：

单个电动汽车电池的SOC与前一时段的SOC以及当前时段的充、放电功率和效率相关，其表达式如下：

其中，i∈I^ch，表示充电模式下第i个车辆在第t个时段末时的荷电状态，η_cha和η_dis分别为充电和放电效率，E^cap表示电池容量，表示电动汽车刚接入时的初始SOC；

电动汽车负荷SOC约束如下：

其中，i∈I^ch，t∈T^ch，SOC^min和SOC^max是为了防止由于过度充、放电加速电池老化而设定的SOC下限和上限；

车辆接入状态约束如下：

根据电动汽车接入和离开的时间段，形成接入状态矩阵如下：

其中，i∈I^ch，H_i,t表示第i个车辆第t个时段的接入状态；T_iⁱⁿ和T_i^out分别表示接入后第一个和最后一个可控时段的编号；

车辆充放电约束如下：

a_i,t+b_i,t≤1

其中，a_i,t,b_i,t∈{0,1}，i∈I^ch，t∈T^ch，P^cha,max和P^dis,max分别为车辆允许的最大充电和放电功率，0-1变量a_i,t和b_i,t分别表示车辆的充电状态和放电状态，下标i表示车辆编号；

充电桩数量约束如下：

其中，t∈T^ch，N_charpos表示充电桩的总数；

负荷削峰约束如下：

模型下的第t时段的负荷削峰量定义为使用V2G时相比于使用G2V时的总负荷P_t^C,ref的变化量；

满足出行需求的约束如下：

其中，t＝T_i^out，i∈I^ch，表示第i个车辆的车主设定的预期SOC最低值；

若只允许G2V模式，需添加约束式如下：

其中，i∈I^ch，t∈T^ch；

S4、分别以换电型电动汽车负荷聚合商在G2B模式下的运营效益和在B2G模式下的运营效益最大为目标进行优化，建立G2B和B2G模式下换电型电动汽车负荷群调度目标函数，B2G模式下的目标函数表达式如下：

其中，是第i个电池被换上车时所含有的电能；是待换电车辆所换下第i个电池内的电能；和P_t^S,sell分别为在第t个时段，负荷聚合商向上级电网售电的电价和功率，ΔP_t^S,shaving和分别为第t时段负荷削减量、单位削峰收益；

在G2B模式下，聚合商从用户处收取换电费用同时向电网支付购电成本承担收购用户换下电池中剩余电量的费用由于储备电池数量不足而为用户换上不满电的电池的补偿费用还需要承担储备电池夜间谷时充电至满电的成本G2B模式下的目标函数为：

是第i个电池被换上车时所含有的电能；是待换电车辆所换下第i个电池内的电能；_I^sw和_T^sw分别表示聚合商管理的所有电池集合和调度时段集合，_I^newin表示在所有时段内进入的车辆所换下的电池的集合，_I^stock表示储备电池的集合，电池集合_I^sw是_I^newin和_I^stock的并集，有I^sw＝{1,2,…，N^EVB}，I^stock＝{1,2，…，N^stock}，I^newin＝{N^stock+1，N^stock+2，…，N^EVB}，N^EVB表示聚合商所管理电池的总数量，N^stock表示储备电池的数量，λ^swapping表示负荷聚合商向用户收取的单位电能换电电价，E^cap是电池容量，和P_t^buy分别是聚合商的购电电价和功率，λ^remain表示负荷聚合商收购的换下电池内剩余单位电量的价格，表示待换电车辆所换下的第i个电池的SOC，表示由于当前时段没有足够的满电电池而为用户换上了不满电的第i个电池，λ^valley为聚合商在夜间谷时为储备电池充满电的电价；

S5、建立换电型电动汽车负荷群调度约束条件，约束包括聚合商的总功率平衡约束、换电站内储备电池荷电状态SOC约束、新进入换电站内的电池荷电状态SOC约束、电动汽车负荷SOC约束、基本充放电互斥功率约束、充电桩约束、负荷削峰约束、满足换电需求约束、换电标志对可控性的影响约束、由于为用户换上了不满电的电池而提供给用户的补偿约束；

聚合商的总功率平衡约束如下：

P_t^S,buy＝(P_t^S,sum+|P_t^S,sum|)/2

P_t^S,sell＝(|P_t^S,sum|-P_t^S,sum)/2

其中，t∈T^sw，P_t^S,sum为换电模式下电动汽车电池群总等效负荷；

换电站内储备电池荷电状态SOC约束：

其中，i∈I^stock,t∈T^sw，I^stock表示站内储备电池集合；表示站内第i个储备电池的SOC；

新进入换电站内的电池荷电状态SOC约束：

用I^newin表示控制时段内进入的车辆所换下的电池集合，其对应的进入换电站时的SOC用表示，表示待换电车辆进入时段的下一个时段，有：

其中，i∈I^newin，对于进入后的车辆电池有SOC上下限约束为：

其中，

负荷削峰约束：

其中，t∈T^sw；

各个时段需要换上的电池个数统计：

其中，i∈I^newin，t∈T^sw，表示第i个电池第t个时段是否需要替换电池，为常数，1表示需要，0表示不需要，表示第t个时段需要换电的车辆总数；

满足换电需求约束：

其中，s_i,t∈{0,1}，t∈T^sw，0-1变量s_i,t是第i个电池第t个时段的换电标志，为1表示该时段被换上车辆，不再可控；

换电标志对可控性的影响约束：

γ_i,t≥s_i,t-1

γ_i,t+1≥γ_i,t

其中，t＞1，γ_i,t∈{0,1}，i∈I^sw，γ_i,t是车辆可控性表示的0-1变量，为1表示不可控，反之可控；

可控性对充放电约束：

其中，i∈I^sw，t∈T^sw；

由于为用户换上了不满电的电池而提供给用户的补偿约束λ^compensation为：

其中，i∈I^sw，为0-1变量，为1表示第i个电池在某个控制时段已经被换上车，反正表示没有；t_end表示最后一个控制时段的编号；取值集合为{0，[SOC^min,SOC^max]}；

车辆充放电约束

a_i,t+b_i,t≤1 i∈I^ch，t∈T^ch

其中，P^cha,max和P^dis,max分别为车辆允许的最大充电和放电功率，0-1变量a_i,t和b_i,t分别表示车辆的充电状态和放电状态，a_i,t或b_i,t为1表示车辆处于充电或放电状态，同时为0表示该车辆处于闲置状态；

充电桩数量约束

其中，N_charpos表示充电桩的总数；

若只允许G2B模式，添加约束式为：

其中，i∈I^sw，t∈T^sw；

S6、分别对步骤S2和S4建立的函数模型进行求解，确定电动汽车负荷分类调度方法，分别对充电型电动汽车电池充放电方案；换电型电动汽车电池充放电和换电方案；聚合商从电网购售电方案和聚合商的运营收益进行优化。