一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法，包括将电动汽车换电站的电池系统容量、PCS的额定功率以及电动汽车换电站各时段的计划充放电功率作为决策变量，各时段风电场的实际功率和实际换电需求作为随机变量，构建电动汽车换电站的容量优化配置模型；以未被满足电量指标、弃风电量指标和年化收益指标实现概率的最大化为容量优化模型的优化目标，确定最优的电池系统容量和PCS额定功率。本发明专利技术综合考虑电池和PCS价格以及谷峰电价等因素，确定电池系统和PCS的容量配置，从而指导电动汽车换电站的容量配置，有效提高了规划结果在实际运行中的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法
本专利技术涉及电厂参数优化
,具体地说是一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法。
技术介绍
电动汽车换电站需要配置一定的冗余电池，由于动力电池造价高，冗余度过大会显著增加投资和运维成本，造成资源的浪费，而冗余度不足又会降低电动汽车换电站“低充高放”的能力，造成虚拟电厂的发电计划难以与峰谷电价相匹配，降低虚拟电厂的售电收益，严重时甚至会出现无法满足换电需求的情况。因此电动汽车换电站的容量配置问题直接关系虚拟电厂的运营收益。目前对于换电站容量优化问题的研究多是从电力企业内部利益出发展开的，而对于电网以外投资主体的利益考虑较少。随着电力市场改革的不断推进，电网竞争性业务逐渐放开，换电站的投资主体多元化，不同主体追求着自身利益的最大化，而不同主体所追求利益的差异性将对其投资决策以及运行控制策略产生显著影响。在容量规划中考虑投资主体变化情况，有助于在当前电力市场改革背景下有效指导换电站的投资建设。在电动汽车换电站与风电场构成虚拟电厂的框架下，电动汽车换电站除了为配送站提供换电服务外，还要发挥多元效益，因此其容量优化问题不仅要考虑换电需求等内部因素，还应当考虑风电消纳等外部因素对其容量配置的影响，如电池容量能否满足风电的备用需求、能否实现虚拟电厂发电计划与峰谷电价的匹配等等。而这些问题再现有技术中均为涉及。
技术实现思路
本专利技术实施例中提供了一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法，以解决现有技术中缺少对虚拟电厂容量配置进行研究的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例公开了如下技术方案：本专利技术提供了一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法，所述方法包括：将电动汽车换电站的电池系统容量、PCS的额定功率以及电动汽车换电站各时段的计划充放电功率作为决策变量，各时段风电场的实际功率和实际换电需求作为随机变量，构建电动汽车换电站的容量优化配置模型；以未被满足电量指标、弃风电量指标和年化收益指标实现概率的最大化为容量优化模型的优化目标，确定最优的电池系统容量和PCS额定功率。进一步地，所述容量优化配置模型为：式中，lexmin{·}为按照字典序最小化目标向量，Pr{·}为运行指标实现的概率，分别为未被满足电量指标、弃风电量指标和年化收益指标实现概率的目标值，分别为第i个指标实现的概率偏离其目标值的负偏差和正偏差，为t时段的弃风功率，Δt为单位时段长度，Qws为虚拟电厂的弃风电量的上限，为t时段未被满足的换电量，Qds为虚拟电厂的未被满足换电量的上限，Bsold为年售电收入，Bev为换电服务的年收入，BEVB为电池报废收入的等年值，CEVB为电池投资的等年值、CPCS为PCS投资的等年值，Cope为虚拟电厂的年化运维费用，Bs为最小年化收益，g(·)≤0为约束条件。进一步地，所述电池投资的等年值CEVB的表达式为：式中，QEVB为电池系统的额定容量，βEVB为单位电池容量的价格，r0为资金贴现率，LEVB为电池的使用寿命；电池使用寿命LEVB的表达式为：Ncir为电池的额定放电次数，DoD为额定放电次数Ncir对应的放电深度，为t时段电动汽车换电站的充电功率，Nday为一年包含的天数，Nt为一天划分的时段数，ηc为电动汽车换电站的充电效率。进一步地，所述PCS投资的等年值CPCS的表达式为：式中，PPCS为PCS的额定功率，βPCS为PCS单位功率的价格，L为PCS的使用寿命。进一步地，所述虚拟电厂的年化运维费用Cope的表达式为：Cope＝Bpen+MEVBβEVBQEVB+MPCSβPCSPPCS式中，Bpen为虚拟电厂出力偏差导致的经济惩罚，MEVB为电池系统单位投资的年维护费用，MPCS为PCS单位投资的年维护费用。进一步地，所述虚拟电厂出力偏差导致的经济惩罚Bpen的表达式为：式中，为t时段虚拟电厂的发电计划，为风电的预测值，为电动汽车换电站的计划充放电功率，充电为正，放电为负，为t时段虚拟电厂的实际输出功率，ρt为t时段风电的上网电价，α为功率偏差惩罚系数。进一步地，年售电收入Bsold、换电服务的年收入Bev，以及电池报废收入的等年值BEVB的表达式分别为：式中，为t时段满足的换电量，ωev为单位换电量的价格，βEVB0为电池报废的单价。进一步地，所述约束条件包括电池系统和PCS最大容量限制、充放电功率约束、电动汽车换电站电量约束、电动汽车换电站在决策周期末的电量约束以及电动汽车零排放约束。进一步地，，所述电动汽车换电站的电量约束为：Qmin≤Qt≤QEVB，式中，Qt为t时段电动汽车换电站的电量，Qmin为电动汽车换电站的最低电量，QEVB为电池系统的额定容量；t时段电动汽车换电站的电量Qt的迭代过程为：为第t个时段的充电功率，满足为第t个时段的放电功率，满足ηd为电动汽车换电站的放电效率。进一步地，所述电动汽车换电站在决策周期末的电量约束为：式中，决策周期末剩余电量，Qini为电动汽车换电站的初始电量。
技术实现思路
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是专利技术所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：1、将电动汽车换电站的容量配置作为研究对象，建立容量优化配置模型，并以未被满足电量指标、弃风电量指标和年化收益指标实现概率的最大化作为优化目标，综合考虑电池和PCS价格以及谷峰电价等因素，确定电池系统和PCS的容量配置，从而指导电动汽车换电站的容量配置，有效提高了规划结果在实际运行中的可行性。2、容量优化配置模型能够同时考虑风电消纳和虚拟电厂年化收益等外部因素对规划结果的影响。通过综合考虑初始投资、风电上网电价和电池寿命等多个因素，分析电动汽车换电站“低充高放”的盈利空间，从而确定电动汽车换电站的容量优化配置，在满足换电需求的基础上，提高风电利用率，同时响应上网电价提高虚拟电厂的盈利能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术所述方法实施例的流程示意图；图2为染色体的分段编码示意图；图3是风电上网电价示意图；图4是典型日的风功率预测值示意图；图5是典型日的换电需求示意图；图6是不同电价对应的电池容量优化结果示意图。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利技术进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本专利技术省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本专利技术。本专利技术以电动汽车换电站与风电场构成的虚拟电厂为研究对象，在风电场容量确定的基础上，研究电动汽车换电站的电池容量以及PCS(PowerConvertSystem，功率转换系统)额定功率的优化问题。从规划的角度建立虚拟电厂的年化收益指标；将规划与调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法，其特征是，所述方法包括：将电动汽车换电站的电池系统容量、PCS的额定功率以及电动汽车换电站各时段的计划充放电功率作为决策变量，各时段风电场的实际功率和实际换电需求作为随机变量，构建电动汽车换电站的容量优化配置模型；以未被满足电量指标、弃风电量指标和年化收益指标实现概率的最大化为容量优化模型的优化目标，确定最优的电池系统容量和PCS额定功率。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法，其特征是，所述方法包括：将电动汽车换电站的电池系统容量、PCS的额定功率以及电动汽车换电站各时段的计划充放电功率作为决策变量，各时段风电场的实际功率和实际换电需求作为随机变量，构建电动汽车换电站的容量优化配置模型；以未被满足电量指标、弃风电量指标和年化收益指标实现概率的最大化为容量优化模型的优化目标，确定最优的电池系统容量和PCS额定功率。2.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法，其特征是，所述容量优化配置模型为：式中，lexmin{·}为按照字典序最小化目标向量，Pr{·}为运行指标实现的概率，分别为未被满足电量指标、弃风电量指标和年化收益指标实现概率的目标值，分别为第i个指标实现的概率偏离其目标值的负偏差和正偏差，为t时段的弃风功率，Δt为单位时段长度，Qws为虚拟电厂的弃风电量的上限，为t时段未被满足的换电量，Qds为虚拟电厂的未被满足换电量的上限，Bsold为年售电收入，Bev为换电服务的年收入，BEVB为电池报废收入的等年值，CEVB为电池投资的等年值、CPCS为PCS投资的等年值，Cope为虚拟电厂的年化运维费用，Bs为最小年化收益，g(·)≤0为约束条件。3.根据权利要求2所述的一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法，其特征是，所述电池投资的等年值CEVB的表达式为：式中，QEVB为电池系统的额定容量，βEVB为单位电池容量的价格，r0为资金贴现率，LEVB为电池的使用寿命；电池使用寿命LEVB的表达式为：Ncir为电池的额定放电次数，DoD为额定放电次数Ncir对应的放电深度，为t时段电动汽车换电站的充电功率，Nday为一年包含的天数，Nt为一天划分的时段数，ηc为电动汽车换电站的充电效率。4.根据权利要求2所述的一种虚拟电厂中电动汽车换电站的容量优化配置方法，其特征是，所述PCS投资的等年值CPCS的表达式为：式中，PPCS为PCS的额定功率，βPCS为PCS单位功率的价格，L为P...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋哲，邢鲁华，李智，张鹏飞，麻常辉，赵光锋，杨冬，陈博，周宁，张丹丹，李新，张冰，马琳琳，李文博，武诚，武乃虎，李山，张磊，马欢，王亮，赵康，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37