本發(fā)明涉及的是一種換電站充放電方案的求解方法，其目的在于節(jié)省換電站的開支增加收益，屬于數(shù)學(xué)計(jì)算與經(jīng)濟(jì)管理的交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在巴黎召開的第21屆聯(lián)合國氣候峰會主要討論了兩大主題：溫室氣體減排和發(fā)展中國家對氣候政策的支持。在大會中提出，21世紀(jì)的前十年是過去一萬年來溫度最高的十年，全球碳排放量已達(dá)到上限，控制溫室氣體排放已成為全世界的一項(xiàng)緊要任務(wù)。Boulanger A G(BoulangerA G,Chu A C,Maxx S,et al.Vehicle electrification:status and issues[J].Proceedings of the IEEE,2011,99(6):1116-1138)等人發(fā)表文章指出發(fā)展電動汽車技術(shù)能夠起到減少碳排放量的作用。電動汽車行業(yè)快速發(fā)展，越來越多的電動汽車被投入使用，胡澤春(胡澤春,宋永華,徐智威,等.電動汽車接入電網(wǎng)的影響與利用[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2012,32(4):1-10.)等人指出大量電動汽車的無序充電會給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響。羅卓偉(羅卓偉,胡澤春,宋永華,等.電動汽車充電負(fù)荷計(jì)算方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2011,35(14):36-42.)等人的研究文章證明了電動汽車充電會使負(fù)荷增長，若對電動汽車的充電行為不加以管理，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時充電，則會加劇電網(wǎng)在負(fù)荷高峰時期的負(fù)擔(dān)，使電網(wǎng)峰谷差更加嚴(yán)重。

針對以上問題，北京交通大學(xué)學(xué)者孫曉明(孫曉明,王瑋,蘇粟,姜久春.基于分時電價的電動汽車有序充電控制策略設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動化,2013,37(1):191-195)等人提出了基于分時電價的電動汽車有序充電控制策略，通過蒙特卡洛方法模擬了用戶的充電行為，對比分析了無序充電和有序充電情況下的負(fù)荷狀況。證明了有序充電方法能夠有效地避峰填谷，錯開電網(wǎng)負(fù)荷高峰，而在負(fù)荷低谷期進(jìn)行充電。該文獻(xiàn)提出了解決問題的建議，但沒有具體說明如何進(jìn)行最優(yōu)充放電管理的問題，沒有給出實(shí)際的操作方案。

此外，浙江大學(xué)苗軼群(苗軼群,江全元,曹一家等.微網(wǎng)環(huán)境下的電動汽車換電站運(yùn)營策略[J].電力系統(tǒng)自動化,2012,36(15):33-38)研究團(tuán)隊(duì)提出了基于微電網(wǎng)的電動汽車換電站運(yùn)營模式。建立了換電站充放電成本模型，結(jié)合微電網(wǎng)，并根據(jù)換電站內(nèi)充放電裝置和電池組約束，提出結(jié)合微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度策略。通過與傳統(tǒng)的儲能電站對比，證明了換電站的削峰填谷的作用。然而該文獻(xiàn)依然沒有提出最優(yōu)充放電管理的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，針對現(xiàn)有的電動汽車換電站最優(yōu)充放電管理方法的不足，從線性優(yōu)化角度提出電動汽車換電站最優(yōu)充放電策略的精益化計(jì)算方法，該方法能夠精益分析換電站最優(yōu)充放電下的經(jīng)濟(jì)收益和能源消耗，進(jìn)而找到能源消耗少而收益高的充放電管理方案，是對現(xiàn)有電動汽車換電站最優(yōu)充放電方法的補(bǔ)充和完善。

一種換電站充放電方案的求解方法，該方案用于調(diào)節(jié)換電站的電池充放電的時間安排來達(dá)到節(jié)能的目的，本方法是為了求解該方案的，它包括以下步驟：

步驟一，獲取以下的電池充電參數(shù)：容量為C，充滿時間為T小時，充電效率為η_b，則充電實(shí)際功率為P_b'＝P_b/η_b且P_b＝C/T。本實(shí)施例中電池為鋰電次。

獲取以下的放電參數(shù)：放電時以最大輸出功率Pmax運(yùn)行，放電效率為η_s，

則實(shí)際輸出功率為P′_max＝P_maxη_s。

步驟二，將1日24個小時劃分為288個時段，其分別對應(yīng)每日的00:00—00:05，00:05—00:10，...，23:55—00:00，設(shè)t時段的電網(wǎng)電價為λ_t，其中t＝1,2,...,1440。將電池在第t時段內(nèi)細(xì)分為Tm個充程。

步驟三，建立節(jié)能節(jié)省求解數(shù)學(xué)模型：

對換電用戶收取電池租賃費(fèi)，扣除了一定的電池充放電折舊費(fèi)，則這部分的凈收益為

f₁＝(α-α₀)N (1)

換電零售價與網(wǎng)上購電價格之間的差價，則這部分的凈收益為

在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時，換電站低充高放，向電網(wǎng)售電獲得利潤，則這部分的凈收益為

式中，α是換電用戶一次租賃電池的費(fèi)用，α₀是換電站內(nèi)的電池一次充電或放電時所需要的折舊費(fèi)，N是單位時間內(nèi)換電用戶到換電站替換電池的需求量，λ是換電零售價，是第i次充電時的平均網(wǎng)上購電價格，是第i次獲利時該電池的平均售電價格，是第i次獲利時該電池的平均購電價格，A是單位時間內(nèi)電池充放電的循環(huán)次數(shù)，C_i是第i次獲利時的電池電量，且C_i≤C，

換電站數(shù)學(xué)模型模型的約束條件為

N_t+J_t+K_t+M_t+W_t＝Z (4)

其中，式(4)為換電站的總電池?cái)?shù)平衡約束，式(5)為換電站內(nèi)充電電池?cái)?shù)量平衡約束，式(6)為換電站內(nèi)放電電池?cái)?shù)量平衡約束，式(7)為換電站內(nèi)滿電量電池?cái)?shù)量平衡約束，式(8)為換電站內(nèi)空電池?cái)?shù)量平衡約束，式(9)為換電站內(nèi)充電格位數(shù)量約束，

N_t是在第t時段的換電用戶到換電站換電的需求量，J_t和K_t分別是第t時段換電站內(nèi)滿電量的電池?cái)?shù)和空電量的電池?cái)?shù)，Z是換電站內(nèi)全部電池的數(shù)量，T_m是電池充滿電所需要的充程數(shù)目，T_w是電池放完電所需的充電時段數(shù)，是換電站內(nèi)第t個充電時段的第T_m個充程的正在充電的電池?cái)?shù)量，是換電站內(nèi)第t個充電時段的第T_w放程的正在放電的電池?cái)?shù)量，X_t是備用電池?cái)?shù)量，M_max是充電站的充電格位的總數(shù)量，

根據(jù)上述條件和換電站的式(1)(2)(3)的三種盈利方式，換電站的節(jié)能節(jié)省目標(biāo)函數(shù)為

步驟三，在步驟二中的約束條件和換電站的實(shí)際條件約束下求解式(10)的最大值；

步驟四，根據(jù)步驟三的最大值結(jié)果，計(jì)算

換電站在管理時間內(nèi)向電網(wǎng)購電的總支出為

換電站在管理時間向電網(wǎng)售電的總收入為

電池的充放電循環(huán)次數(shù)A為

。

本發(fā)明提供的換電站充放電方案的求解方法，還可以具有這樣的特征：其中，管理時間的長度為一天24小時，充電時段個數(shù)m為1440。

本發(fā)明提供的換電站充放電方案的求解方法，還可以具有這樣的特征：其中，換電站為汽車充電用換電站，電池為鋰電池。

發(fā)明作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所提供的換電站充放電方案的求解方法，由于該方法針對現(xiàn)有的電動汽車換電站最優(yōu)充放電管理方法的不足，從線性優(yōu)化角度提出電動汽車換電站最優(yōu)充放電策略的精益化計(jì)算方法，因此該方法能夠精益分析換電站最優(yōu)充放電下的經(jīng)濟(jì)收益和能源消耗，進(jìn)而找到能源消耗少而收益高的充放電管理方案，是對現(xiàn)有電動汽車換電站最優(yōu)充放電方法的補(bǔ)充和完善。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的換電站充放電方案的求解方法的步驟示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的換電站充放電方案的求解方法的原理、步驟、使用效果作具體闡述。

實(shí)施例

本發(fā)明方法的詳細(xì)介紹。

圖1為本發(fā)明提供的換電站充放電方案的求解方法的步驟示意圖。

如圖1所示，首先提出換電站模型的假設(shè)條件，分析換電站的盈利方式，通過這些盈利方式來建立換電站最大收益目標(biāo)函數(shù)，并提出約束條件。將換電站原始數(shù)據(jù)代入到上述模型之中。最終，得出換電站的最大收益和響應(yīng)的充放電策略。實(shí)際的具體步驟為：

步驟一，獲取以下的電池充電參數(shù)：容量為C，充滿時間為T小時，充電效率為η_b，則充電實(shí)際功率為P_b'＝P_b/η_b且P_b＝C/T，

獲取以下的放電參數(shù)：放電時以最大輸出功率Pmax運(yùn)行，放電效率為η_s，則實(shí)際輸出功率為P′_max＝P_maxη_s；

步驟二，將充放電方案的管理時間平均劃分為m個充電時段，對應(yīng)的第t個充電時段時段的電能成本為λ_t，其中t＝1，2，...，m，

將電池在第t時段內(nèi)細(xì)分為Tm個充程；

步驟三，建立節(jié)能節(jié)省求解數(shù)學(xué)模型：

對換電用戶收取電池租賃費(fèi)，扣除了一定的電池充放電折舊費(fèi)，則這部分的凈收益為

f₁＝(α-α₀)N (1)

換電零售價與網(wǎng)上購電價格之間的差價，則這部分的凈收益為

在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時，換電站低充高放，向電網(wǎng)售電獲得利潤，則這部分的凈收益為

式中，α是換電用戶一次租賃電池的費(fèi)用，α₀是換電站內(nèi)的電池一次充電或放電時所需要的折舊費(fèi)，N是單位時間內(nèi)換電用戶到換電站替換電池的需求量，λ是換電零售價，是第i次充電時的平均網(wǎng)上購電價格，是第i次獲利時該電池的平均售電價格，是第i次獲利時該電池的平均購電價格，A是單位時間內(nèi)電池充放電的循環(huán)次數(shù)，C_i是第i次獲利時的電池電量，且C_i≤C，

換電站數(shù)學(xué)模型模型的約束條件為

N_t+J_t+K_t+M_t+W_t＝Z (4)

其中，式(4)為換電站的總電池?cái)?shù)平衡約束，式(5)為換電站內(nèi)充電電池?cái)?shù)量平衡約束，式(6)為換電站內(nèi)放電電池?cái)?shù)量平衡約束，式(7)為換電站內(nèi)滿電量電池?cái)?shù)量平衡約束，式(8)為換電站內(nèi)空電池?cái)?shù)量平衡約束，式(9)為換電站內(nèi)充電格位數(shù)量約束，

N_t是在第t時段的換電用戶到換電站換電的需求量，J_t和K_t分別是第t時段換電站內(nèi)滿電量的電池?cái)?shù)和空電量的電池?cái)?shù)，Z是換電站內(nèi)全部電池的數(shù)量，T_m是電池充滿電所需要的充程數(shù)目，T_w是電池放完電所需的充電時段數(shù)，是換電站內(nèi)第t個充電時段的第T_m個充程的正在充電的電池?cái)?shù)量，是換電站內(nèi)第t個充電時段的第T_w放程的正在放電的電池?cái)?shù)量，X_t是備用電池?cái)?shù)量，M_max是充電站的充電格位的總數(shù)量，

根據(jù)上述條件和換電站的式(1)(2)(3)的三種盈利方式，換電站的節(jié)能節(jié)省目標(biāo)函數(shù)為

步驟三，在步驟二中的約束條件和換電站的實(shí)際條件約束下求解式(10)的最大值；

步驟四，根據(jù)步驟三的最大值結(jié)果，計(jì)算

換電站在管理時間內(nèi)向電網(wǎng)購電的總支出為

換電站在管理時間向電網(wǎng)售電的總收入為

電池的充放電循環(huán)次數(shù)A為

實(shí)施例的作用和有益效果

根據(jù)本實(shí)施例所提供的換電站充放電方案的求解方法，由于該方法針對現(xiàn)有的電動汽車換電站最優(yōu)充放電管理方法的不足，從線性優(yōu)化角度提出電動汽車換電站最優(yōu)充放電策略的精益化計(jì)算方法，因此該方法能夠精益分析換電站最優(yōu)充放電下的經(jīng)濟(jì)收益和能源消耗，進(jìn)而找到能源消耗少而收益高的充放電管理方案，是對現(xiàn)有電動汽車換電站最優(yōu)充放電方法的補(bǔ)充和完善。