一種快速電動汽車充電方案優(yōu)化方法
【專利說明】_種快速電動汽車充電方案優(yōu)化方法
[0001] 本申請是【申請?zhí)枴?01310365531. 6、申請日：2013-08-20、名稱"一種基于系統(tǒng)邊 際發(fā)電成本的電動汽車充電方案優(yōu)化方法"的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及電動汽車技術(shù)，具體涉及一種機組系統(tǒng)邊際發(fā)電成本的電動汽車充電 方案優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 燃油汽車在消耗大多數(shù)石油資源的同時排放出大量溫室氣體與污染氣體，對環(huán)境 保護及可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車在緩解能源危機、促進人 類與環(huán)境和諧發(fā)展方面具有無可比擬的優(yōu)勢，目前已成為各國政府、能源廠商與汽車制造 廠商關(guān)注的焦點。隨著電池生產(chǎn)、制造技術(shù)的不斷進步，環(huán)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(tǒng)中所占的比例將日益提高。
[0004] 在目前技術(shù)條件下，電動汽車主要通過與電網(wǎng)相聯(lián)的充電粧完成充電過程。因而， 從電網(wǎng)角度來看，入網(wǎng)電動汽車是電力系統(tǒng)的新增負荷，其將顯著增加整個電力系統(tǒng)的運 行成本。隨著電動汽車在電網(wǎng)中滲透率的逐漸提高，其充電行為對發(fā)電成本的影響將日益 顯著，因而有必要優(yōu)化入網(wǎng)電動汽車的充電方案，實現(xiàn)有序充電，盡量降低電動汽車總充電 成本。
[0005] 為實現(xiàn)電動汽車的最優(yōu)充電，現(xiàn)有技術(shù)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(yōu)化的擴展機組組合模型，并利用優(yōu)化算 法對該模型進行求解以獲得電動汽車的最優(yōu)充電方案，從而盡量節(jié)約充電成本。關(guān)于該技 術(shù)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(wǎng)電動汽車的電力系統(tǒng)機組最優(yōu)組合》（電力系統(tǒng)自動 化，2011年第35卷第20期第16頁至第20頁）。該技術(shù)可優(yōu)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(tǒng)機組組合問題屬于含混合變量、多 時段、非線性的動態(tài)最優(yōu)化問題，很難獲得全局最優(yōu)解，這一結(jié)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(xué)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(yōu)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(shù)線性規(guī)劃法對模型進行了求解， 求解過程比較復(fù)雜，算法應(yīng)用于實際規(guī)模電力系統(tǒng)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(xù)過程，假定其在單個調(diào)度時段內(nèi)（Ih或0.5h)完成充電過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)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(tǒng)邊際發(fā)電成本的 電動汽車充電方案優(yōu)化方法。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0010] -種基于系統(tǒng)邊際發(fā)電成本的電動汽車充電方案優(yōu)化方法，其特征是：包括以下 步驟：
[0011] 步驟1 :根據(jù)電動汽車的充電模式將長度為T小時的整個優(yōu)化時段劃分為T-Ul 個充電區(qū)間，各區(qū)間安排充電的電動汽車數(shù)目為\，1 < j < T-Trai-I ;電動汽車等效充電功 率與充電持續(xù)時間分別為Pe(1kW與IVh時，參數(shù)Trai共同決定電動汽車電池的容量，其 不同取值對應(yīng)于電動汽車的不同充電模式；
[0012] 步驟2 :根據(jù)系統(tǒng)運行的安全性要求判斷是否存在可用充電區(qū)間，若存在則執(zhí)行 步驟4,若因現(xiàn)有機組組合方案對應(yīng)的發(fā)電容量不足導(dǎo)致各充電區(qū)間均不可用則執(zhí)行步驟 3 ；
[0013] 步驟3 :在現(xiàn)有機組組合方案的基礎(chǔ)上，按額外開機成本最低的原則開啟新機組， 直至出現(xiàn)可用充電區(qū)間；
[0014] 步驟4:計算各可用充電區(qū)間的平均系統(tǒng)邊際發(fā)電成本Elm，并尋找平均系統(tǒng)邊際 發(fā)電成本最小的充電區(qū)間J niin;
[0015] 步驟5 :按照優(yōu)化步長ΛΡ，單位：麗，增加充電區(qū)間jmin內(nèi)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(fā)電出力用于電動汽車充電，顯然，該區(qū)間新增充電的電動汽車數(shù)目為 ΙΟΟΟΛΡ/Ρ^此時，該區(qū)間內(nèi)安排充電的電動汽車數(shù)目x>in可按下式修正：
【主權(quán)項】
1. 一種快速電動汽車充電方案優(yōu)化方法，其特征是：包括以下步驟： 步驟1 :根據(jù)電動汽車的充電模式將長度為T小時的整個優(yōu)化時段劃分為T-Ul個充 電區(qū)間，各區(qū)間安排充電的電動汽車數(shù)目為\，1 < j < T-Trai-I ;電動汽車等效充電功率與 充電持續(xù)時間分別為PwkW與IV』、時，參數(shù)T^1共同決定電動汽車電池的容量，其不同 取值對應(yīng)于電動汽車的不同充電模式； 步驟2 :根據(jù)系統(tǒng)運行的安全性要求判斷是否存在可用充電區(qū)間，若存在則執(zhí)行步驟 4,若因現(xiàn)有機組組合方案對應(yīng)的發(fā)電容量不足導(dǎo)致各充電區(qū)間均不可用則執(zhí)行步驟3 ; 步驟3 :在現(xiàn)有機組組合方案的基礎(chǔ)上，按額外開機成本最低的原則開啟新機組，直至 出現(xiàn)可用充電區(qū)間； 步驟4 :計算各可用充電區(qū)間的平均系統(tǒng)邊際發(fā)電成本，并尋找平均系統(tǒng)邊際發(fā)電 成本最小的充電區(qū)間Jniin; 步驟5 :按照優(yōu)化步長Λ P，單位：MW，增加充電區(qū)間jmin內(nèi)各時段t邊際機組I (t)的出 力，即：
增加發(fā)電出力用于電動汽車充電，顯然，該區(qū)間新增充電的電動汽車數(shù)目為1000 △ P/ Prai;此時，該區(qū)間內(nèi)安排充電的電動汽車數(shù)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(jié)束計算流程并輸出優(yōu)化結(jié) 果；否則，轉(zhuǎn)向步驟2,繼續(xù)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(jù)系統(tǒng)運行的安全性要求判斷是否存在可用充電區(qū)間，具體按照 以下方法： 若充電區(qū)間j內(nèi)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(fā)電容量容納電動汽車充電；上式 中，P1;t為時段t的系統(tǒng)負荷；Rt為時段t的旋轉(zhuǎn)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(tài)，" 1"表示開機，"0"表示關(guān)機；yt為在時段t充電的電動汽車數(shù) 目，其可根據(jù)充電區(qū)間j內(nèi)已安排充電的電動汽車數(shù)目\計算；
9 步驟3的具體方法是： 步驟301 :某些時段因發(fā)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(diào)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(shù)； 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(dǎo)致的新增發(fā)電成本Ce，t，t e Φ ;該新增發(fā)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(shù)確定；其次， 新機組開機必然導(dǎo)致負荷在各機組間的重新分配，從而有可能導(dǎo)致燃料成本的增加，這部 分成本的增加額需根據(jù)經(jīng)濟調(diào)度結(jié)果獲?。? 步驟304:尋找新增發(fā)電成本最低的調(diào)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(jié)束 開機操作；若沒有，則重新開始執(zhí)行步驟301，直至出現(xiàn)可用充電時段； 步驟4中所述的計算各可用充電區(qū)間的平均系統(tǒng)邊際發(fā)電成本Elm，具體按照以下方 法： 步驟401 :根據(jù)經(jīng)濟調(diào)度結(jié)果計算充電區(qū)間中各時段所有開機機組的邊際發(fā)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(fā)電成本系數(shù)，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(fā)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(fā)電成本即為該時段的系統(tǒng)邊際發(fā)電成本Mt;
步驟403 :可用充電區(qū)間j內(nèi)各調(diào)度時段系統(tǒng)邊際發(fā)電成本Mt的平均值Elm便為該區(qū)間 的平均系統(tǒng)邊際發(fā)電成本，即按照下式計算可用充電區(qū)間j的平均系統(tǒng)邊際發(fā)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(qū)間充電的電動汽車數(shù)&之和等于待安排的電動汽車 T-T +1 總數(shù)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(fā)明公開了一種快速電動汽車充電方案優(yōu)化方法，是在機組組合及經(jīng)濟調(diào)度的基礎(chǔ)上，以邊際發(fā)電成本為決策依據(jù)，優(yōu)化電動汽車在整個調(diào)度時段內(nèi)的充電方案，確保電動汽車總充電成本最低。方法首先根據(jù)電動汽車的技術(shù)特性與充電模式將整個調(diào)度時段分為若干充電區(qū)間，接著計算各可用充電區(qū)間的平均發(fā)電邊際成本。優(yōu)先安排電動汽車在平均發(fā)電邊際成本最低的充電區(qū)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(xiàn)有機組組合方案中開機容量的限制導(dǎo)致所有充電區(qū)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(xù)整個充電方案優(yōu)化過程。
【IPC分類】G06Q10-04
【公開號】CN104680255
【申請?zhí)枴緾N201510097153
【發(fā)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(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年8月20日