一種快速電動汽車充電方案優化方法
【專利說明】_種快速電動汽車充電方案優化方法
[0001] 本申請是【申請號】201310365531. 6、申請日：2013-08-20、名稱"一種基于系統邊 際發電成本的電動汽車充電方案優化方法"的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及電動汽車技術，具體涉及一種機組系統邊際發電成本的電動汽車充電 方案優化方法。
【背景技術】
[0003] 燃油汽車在消耗大多數石油資源的同時排放出大量溫室氣體與污染氣體，對環境 保護及可持續發展帶來了巨大的挑戰。與傳統汽車相比，電動汽車在緩解能源危機、促進人 類與環境和諧發展方面具有無可比擬的優勢，目前已成為各國政府、能源廠商與汽車制造 廠商關注的焦點。隨著電池生產、制造技術的不斷進步，環境污染的日益加劇及石油資源的 逐漸枯竭，電動汽車在道路交通系統中所占的比例將日益提高。
[0004] 在目前技術條件下，電動汽車主要通過與電網相聯的充電粧完成充電過程。因而， 從電網角度來看，入網電動汽車是電力系統的新增負荷，其將顯著增加整個電力系統的運 行成本。隨著電動汽車在電網中滲透率的逐漸提高，其充電行為對發電成本的影響將日益 顯著，因而有必要優化入網電動汽車的充電方案，實現有序充電，盡量降低電動汽車總充電 成本。
[0005] 為實現電動汽車的最優充電，現有技術通過在機組組合模型中引入表征電動汽 車充電方案的決策變量，建立考慮電動汽車充電優化的擴展機組組合模型，并利用優化算 法對該模型進行求解以獲得電動汽車的最優充電方案，從而盡量節約充電成本。關于該技 術的具體描述可參見文獻一《Intelligent unit commitment with vehicle-to-grid-A cost-emission optimization)) (Journal of Power Sources，2010 年 195 卷第 5 期第 898 頁至911頁）與文獻二《計及可入網電動汽車的電力系統機組最優組合》（電力系統自動 化，2011年第35卷第20期第16頁至第20頁）。該技術可優化電動汽車的充電方案，但要 存在著以下兩點不足之處。
[0006] 首先，模型求解比較困難。從所周知，電力系統機組組合問題屬于含混合變量、多 時段、非線性的動態最優化問題，很難獲得全局最優解，這一結論可參見文獻三《求解機組 組合問題的改進模式搜索算法》（中國電機工程學報，2011年第31卷第28期第33頁至41 頁）。顯然，從機組模型拓展而來的考慮電動汽車充電優化的擴展機組組合模型將更加難以 求解，上段給出參考文獻分別采用粒子群算法與混合整數線性規劃法對模型進行了求解， 求解過程比較復雜，算法應用于實際規模電力系統求解時存在一定的困難。
[0007] 其次，建模過程完全忽略了電動汽車的充電特性，不考慮電動汽車充電過程是一 個連續過程，假定其在單個調度時段內（Ih或0.5h)完成充電過程。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供一種降低電動汽車充電成本的基于系統邊際發電成本的 電動汽車充電方案優化方法。
[0009] 本發明的技術解決方案是：
[0010] -種基于系統邊際發電成本的電動汽車充電方案優化方法，其特征是：包括以下 步驟：
[0011] 步驟1 :根據電動汽車的充電模式將長度為T小時的整個優化時段劃分為T-Ul 個充電區間，各區間安排充電的電動汽車數目為\，1 < j < T-Trai-I ;電動汽車等效充電功 率與充電持續時間分別為Pe(1kW與IVh時，參數Trai共同決定電動汽車電池的容量，其 不同取值對應于電動汽車的不同充電模式；
[0012] 步驟2 :根據系統運行的安全性要求判斷是否存在可用充電區間，若存在則執行 步驟4,若因現有機組組合方案對應的發電容量不足導致各充電區間均不可用則執行步驟 3 ；
[0013] 步驟3 :在現有機組組合方案的基礎上，按額外開機成本最低的原則開啟新機組， 直至出現可用充電區間；
[0014] 步驟4:計算各可用充電區間的平均系統邊際發電成本Elm，并尋找平均系統邊際 發電成本最小的充電區間J niin;
[0015] 步驟5 :按照優化步長ΛΡ，單位：麗，增加充電區間jmin內各時段t邊際機組I (t) 的出力，即：
[0016] Pl(t),t= P I(t),t+^P Jinin^= t J Diin+Teq-!
[0017] 增加發電出力用于電動汽車充電，顯然，該區間新增充電的電動汽車數目為 ΙΟΟΟΛΡ/Ρ^此時，該區間內安排充電的電動汽車數目x>in可按下式修正：
【主權項】
1. 一種快速電動汽車充電方案優化方法，其特征是：包括以下步驟： 步驟1 :根據電動汽車的充電模式將長度為T小時的整個優化時段劃分為T-Ul個充 電區間，各區間安排充電的電動汽車數目為\，1 < j < T-Trai-I ;電動汽車等效充電功率與 充電持續時間分別為PwkW與IV』、時，參數T^1共同決定電動汽車電池的容量，其不同 取值對應于電動汽車的不同充電模式； 步驟2 :根據系統運行的安全性要求判斷是否存在可用充電區間，若存在則執行步驟 4,若因現有機組組合方案對應的發電容量不足導致各充電區間均不可用則執行步驟3 ; 步驟3 :在現有機組組合方案的基礎上，按額外開機成本最低的原則開啟新機組，直至 出現可用充電區間； 步驟4 :計算各可用充電區間的平均系統邊際發電成本，并尋找平均系統邊際發電 成本最小的充電區間Jniin; 步驟5 :按照優化步長Λ P，單位：MW，增加充電區間jmin內各時段t邊際機組I (t)的出 力，即：
增加發電出力用于電動汽車充電，顯然，該區間新增充電的電動汽車數目為1000 △ P/ Prai;此時，該區間內安排充電的電動汽車數目Xillin可按下式修正：
步驟6:判斷所有電動汽車是否安排充電完畢，若是，則結束計算流程并輸出優化結 果；否則，轉向步驟2,繼續算法的迭代過程，直至所有電動汽車均安排充電完畢； 步驟2中所述的可根據系統運行的安全性要求判斷是否存在可用充電區間，具體按照 以下方法： 若充電區間j內各充電時段t(j < t < j+Te(1-l)均滿足下式給出的約束條件，則說明 該R間為可用充電R間：
實際上，該約束條判斷各充電時段t是否有多余的發電容量容納電動汽車充電；上式 中，P1;t為時段t的系統負荷；Rt為時段t的旋轉備用需求；P i;max為機組i的容量；U i;t為機 組i在時段t的工作狀態，" 1"表示開機，"0"表示關機；yt為在時段t充電的電動汽車數 目，其可根據充電區間j內已安排充電的電動汽車數目\計算；
9 步驟3的具體方法是： 步驟301 :某些時段因發電容量不足而無法容納更多的電動汽車充電負荷，即不滿足 約束條件
，；尋找這些調度時段，將其記作集合Φ ; 步驟302 :計算集合Φ中各未開機機組的滿負荷平均成本CAM;i。
上式中，Bi、匕與c i為機組i的燃料成本系數； 步驟303 :尋找集合Φ中各時段滿負荷平均成本CAFLQi最低的未開機機組，嘗試對其進 行開機操作，并計算開機操作可能導致的新增發電成本Ce，t，t e Φ ;該新增發電成本由兩 部分組成：首先，滿負荷平均成本Cmai最低機組本身的開機成本，由機組參數確定；其次， 新機組開機必然導致負荷在各機組間的重新分配，從而有可能導致燃料成本的增加，這部 分成本的增加額需根據經濟調度結果獲取； 步驟304:尋找新增發電成本最低的調度時段，并對該時段中滿負荷平均成本 CA%ai最低的機組進行開機操作；判斷新機組開機后是否存在可用充電時段，若有，則結束 開機操作；若沒有，則重新開始執行步驟301，直至出現可用充電時段； 步驟4中所述的計算各可用充電區間的平均系統邊際發電成本Elm，具體按照以下方 法： 步驟401 :根據經濟調度結果計算充電區間中各時段所有開機機組的邊際發電成本 Mi;t，其集合記為Dt， Mijt = b ^ciPijt 上式中，匕與c i為機組i的發電成本系數，P i;t為機組i在時段t的出力； 步驟402 :尋找時段t邊際發電成本最低的機組，該機組即為該時段的邊際機組，其索 引號記為I (t);該邊際機組的邊際發電成本即為該時段的系統邊際發電成本Mt;
步驟403 :可用充電區間j內各調度時段系統邊際發電成本Mt的平均值Elm便為該區間 的平均系統邊際發電成本，即按照下式計算可用充電區間j的平均系統邊際發電成本Elm;
， 步驟6中所述的判斷所有電動汽車是否安排充電完畢，具體按照以下方法： 若各充電區間充電的電動汽車數&之和等于待安排的電動汽車 T-T +1 總數IV即叫=f々，則說明所有電動汽車均安排充電完畢。
【專利摘要】本發明公開了一種快速電動汽車充電方案優化方法，是在機組組合及經濟調度的基礎上，以邊際發電成本為決策依據，優化電動汽車在整個調度時段內的充電方案，確保電動汽車總充電成本最低。方法首先根據電動汽車的技術特性與充電模式將整個調度時段分為若干充電區間，接著計算各可用充電區間的平均發電邊際成本。優先安排電動汽車在平均發電邊際成本最低的充電區間充電。以上步驟迭代進行，直至所有電動汽車均充電完畢。迭代過程中，若因現有機組組合方案中開機容量的限制導致所有充電區間均不可用，則按照額外開機成本最低的原則開啟新機組以繼續整個充電方案優化過程。
【IPC分類】G06Q10-04
【公開號】CN104680255
【申請號】CN201510097153
【發明人】張新松, 郭曉麗, 顧菊平, 華亮, 李智, 王亞芳, 王建平
【申請人】南通大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年8月20日