一种基于区域充电调度的虚拟储能系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于区域充电调度的虚拟储能系统，其特征在于，包括数据采集层；优化控制层；调度交易层。本发明专利技术提供的基于区域充电调度的虚拟储能系统充分利用了电动汽车的分布式储能特性，通过外层优化提升系统的整体经济性，通过内层优化降低充电负荷的时空不均衡度，在构建负备用容量、提升电网稳定性的同时，也将有效降低充电成本、提高终端能源利用效率，具有较大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区域充电调度的虚拟储能系统
本专利技术涉及能源优化与调度领域，具体涉及一种以电动汽车及充电设施网络为主体的虚拟储能系统及其能源优化与管理调度的系统。
技术介绍
作为典型的超大城市电网，上海电网最高负荷日负荷曲线呈现典型的“两峰一谷形态。上海电网在白天和夜间的用电负荷峰谷差较大的特点，是影响其安全稳定运行主要难点。近年来，上海市的夏季电力高峰不断刷新、电力峰谷差不断加大，加之外来清洁水电比例不断加大，电网的柔性负荷调节不足对电网安全运行带来了很大挑战。当前，上海电动汽车的保有量已突破30万辆，通过优化充电策略，电动汽车的普及不仅不会对电网运行带来明显冲击，反而可以成为高质量的系统调节资源。虚拟储能系统是一种利用其他装置或者调度策略来平衡电力系统能量的思想。通过对各类电源发出的电能进行转移或者变换能量形式等方法调节系统能量，达到提高系统运行可靠性和供电质量以及改善经济效益的目的。虚拟储能系统通过对能源需求的管理和引导干预来抵消能量储存的不足，实现降低储能容量、减少储能成本的功效。在不新增储能设施的情况下，可利用区域内的电动汽车的分布式储能特性，基于区域充电调度，减少峰时段的用电负荷并提升谷时段的用电负荷，结合对可调负荷的控制以及与电价的实时互动，利用虚拟储能技术实现不同时段的能量优化，降低系统对负备用的容量要求，可在提升电网安全性的同时提升终端能源利用率、降低充电成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是：以电动汽车及充电设施网络为主体形成一种虚拟储能系统，并解决虚拟储能系统的定容问题及其能源优化的系统。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种基于区域充电调度的虚拟储能系统，其特征在于，包括：数据采集层，用于采集目标区域内的充电负荷信息及除充电负荷信息外的其他负荷信息；优化控制层，通过优化控制方法获得虚拟储能系统的容量与功率优化值，其中，优化控制方法包括以下步骤：步骤1、利用数据采集层上传的充电负荷信息以及其他负荷信息获得区域分布的初始充电负荷；步骤2、计算可减少的充电负荷，作为初始值输入虚拟储能系统，初始化虚拟储能系统的额定功率与容量；步骤3、以充电负荷的时空不均衡性最小化为内层优化模型目标函数开始内层优化，内层优化模型目标函数如下式所示：式中，minf为内层优化模型目标函数；Ftime_uti为目标区域内充电站点的时间利用率；Fspa_uti为目标区域内充电站点的空间利用率；M为目标区域内需要充电的车辆总数；N为目标区域内的充电站点数量；Cn为目标区域内第n个充电站点的充电桩的数量；Pm为目标区域内第m辆需要充电的车辆的充电功率；xmni为三维决策矩阵，表示i时刻第m辆需要充电的车辆在第n个充电站点的充电决策变量，xmni∈{0,1}；步骤4、以虚拟储能系统的收益最大化为外层优化模型目标函数开始外层优化，外层优化模型目标函数如下式所示：i.e.lIC(i)≤lIC式中，maxF为外层优化模型目标函数；Cresv为虚拟储能系统因提供备用容量而获得的备用容量费；Csub为虚拟储能系统参与需求响应的填谷活动而获得的激励或补贴；Cpun为虚拟储能系统未能按照合同要求执行负荷提升而产生的罚金；Cele为虚拟储能系统中为电动汽车充电所支付的电费；A为电网为备用容量提供的备用容量费单价；a(i)为用户在电力市场中签订的i时刻每小时提升单位负荷而获得的激励补贴单价；b(i)为i时刻未提升的单位负荷需要支付的罚金单价；lIC为虚拟储能系统的定容值，是虚拟储能系统的最大备用容量；l0(i)和l(i)分别为i时刻响应前后的充电负荷；lIC(i)为填谷合同要求的i时刻的负荷提升量；ρ(i)为i时刻电价数据；步骤5、循环步骤3及步骤4，更新虚拟储能系统的容量与功率优化值，直至满足终止条件，并输出虚拟储能系统的容量与功率优化值的最优解；调度交易层，虚拟储能系统根据优化控制层获得的容量与功率优化值与电力交易中心签订合同，并根据合同执行充电负荷的调整计划。优选地，所述数据采集层利用充电信息设施采集模块获得所述充电负荷信息；所述数据采集层利用其他信息负荷采集模块获得所述他负荷信息。本专利技术提供的基于区域充电调度的虚拟储能系统充分利用了电动汽车的分布式储能特性，通过外层优化提升系统的整体经济性，通过内层优化降低充电负荷的时空不均衡度，在构建负备用容量、提升电网稳定性的同时，也将有效降低充电成本、提高终端能源利用效率，具有较大的应用价值。附图说明图1为本专利技术的系统架构；图2为本专利技术中虚拟储能系统的能源优化的流程图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如图1所示，本专利技术提供的一种于区域充电调度的虚拟储能系统包括：数据采集层，用于采集目标区域内的充电负荷信息及除充电负荷信息外的其他负荷信息。数据采集层利用充电信息设施采集模块获得充电负荷信息；数据采集层利用其他信息负荷采集模块获得其他负荷信息。优化控制层，通过优化控制方法获得虚拟储能系统的容量与功率优化值，其中，结合图2，优化控制方法的内层为区域充电调度的充电负荷优化方法，外层为基于区域充电调度所形成的的虚拟储能系统的优化定容方法，具体包括以下步骤：步骤1、利用数据采集层上传的充电负荷信息以及其他负荷信息获得区域分布的初始充电负荷；步骤2、计算可减少的充电负荷，作为初始值输入虚拟储能系统，初始化虚拟储能系统的额定功率与容量；步骤3、以充电负荷的时空不均衡性最小化为内层优化模型目标函数开始内层优化，内层优化模型目标函数如下式所示：式中，minf为内层优化模型目标函数；Ftime_uti为目标区域内充电站点的时间利用率；Fspa_uti为目标区域内充电站点的空间利用率；M为目标区域内需要充电的车辆总数；N为目标区域内的充电站点数量；Cn为目标区域内第n个充电站点的充电桩的数量；Pm为目标区域内第m辆需要充电的车辆的充电功率；xmni为三维决策矩阵，表示i时刻第m辆需要充电的车辆在第n个充电站点的充电决策变量，xmni∈{0,1}；步骤4、以虚拟储能系统的收益最大化为外层优化模型目标函数开始外层优化，外层优化模型目标函数如下式所示：i.e.lIC(i)≤lIC式中，maxF为外层优化模型目标函数；Cresv为虚拟储能系统因提供备用容量而获得的备用容量费；Csub为虚拟储能系统参与需求响应的填谷活动而获得的激励或补贴；Cpun为虚拟储能系统未能按照合同要求执行负荷提升而产生的罚金；Cele为虚拟储能系统中为电动汽车充电所支付的电费；A为电网为备用容量提供的备用容量费单价；a(i)为用户在电力市场中签订的i时刻每小时提升单位负荷而获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区域充电调度的虚拟储能系统，其特征在于，包括：/n数据采集层，用于采集目标区域内的充电负荷信息及除充电负荷信息外的其他负荷信息；/n优化控制层，通过优化控制方法获得虚拟储能系统的容量与功率优化值，其中，优化控制方法包括以下步骤：/n步骤1、利用数据采集层上传的充电负荷信息以及其他负荷信息获得区域分布的初始充电负荷；/n步骤2、计算可减少的充电负荷，作为初始值输入虚拟储能系统，初始化虚拟储能系统的额定功率与容量；/n步骤3、以充电负荷的时空不均衡性最小化为内层优化模型目标函数开始内层优化，内层优化模型目标函数如下式所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于区域充电调度的虚拟储能系统，其特征在于，包括：
数据采集层，用于采集目标区域内的充电负荷信息及除充电负荷信息外的其他负荷信息；
优化控制层，通过优化控制方法获得虚拟储能系统的容量与功率优化值，其中，优化控制方法包括以下步骤：
步骤1、利用数据采集层上传的充电负荷信息以及其他负荷信息获得区域分布的初始充电负荷；
步骤2、计算可减少的充电负荷，作为初始值输入虚拟储能系统，初始化虚拟储能系统的额定功率与容量；
步骤3、以充电负荷的时空不均衡性最小化为内层优化模型目标函数开始内层优化，内层优化模型目标函数如下式所示：



式中，minf为内层优化模型目标函数；Ftime_uti为目标区域内充电站点的时间利用率；Fspa_uti为目标区域内充电站点的空间利用率；M为目标区域内需要充电的车辆总数；N为目标区域内的充电站点数量；Cn为目标区域内第n个充电站点的充电桩的数量；Pm为目标区域内第m辆需要充电的车辆的充电功率；xmni为三维决策矩阵，表示i时刻第m辆需要充电的车辆在第n个充电站点的充电决策变量，xmni∈{0,1}；
步骤4、以虚拟储能系统的收益最大化为外层优化模型目标函数开始外层优化，外层优化模型目标函数如下式所示：



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【专利技术属性】
技术研发人员：赵建立，张少迪，鞠晨，郑庆荣，高志刚，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海电器科学研究所集团有限公司，上海电器科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31