本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車充放電調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以維持微電網(wǎng)供需平衡為目的的電動(dòng)汽車自動(dòng)需求響應(yīng)方法。

背景技術(shù)：

由于全球一次能源消耗殆盡、環(huán)境問題日益嚴(yán)重，以光電、風(fēng)電為代表的新能源的戰(zhàn)略地位開始提升，整個(gè)新能源產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷著高速的發(fā)展。但是，新能源間歇、波動(dòng)的出力特性一定程度上成為其高滲透率利用的制約因素之一。

另一方面，迅速發(fā)展的可入網(wǎng)電動(dòng)汽車(PEV)產(chǎn)業(yè)逐漸成為智能電網(wǎng)領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分，特別是電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)(Vehicle to Grid，V2G)概念的提出，使得大規(guī)模PEV入網(wǎng)將對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行以及電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生深刻影響。

從當(dāng)前發(fā)展情況來看，通過調(diào)整電網(wǎng)側(cè)一次能源結(jié)構(gòu)的途徑實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模新能源的消納會(huì)大幅增加電網(wǎng)改造成本。同時(shí)，PEV的電池由于過小而不能對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生明顯的影響，而且大規(guī)模V2G的實(shí)施還面臨諸多社會(huì)技術(shù)障礙。以微電網(wǎng)為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PEV對(duì)新能源的集成利用，將成為未來大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)的主要方式之一。

含高滲透率可再生能源微網(wǎng)中，供電側(cè)新能源發(fā)電與負(fù)荷需求之間通常存在嚴(yán)重的不平衡，因此，一種有效實(shí)現(xiàn)供需平衡度的方式是最大化新能源利用率、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的必要手段?；谛畔⒓夹g(shù)和供需兩側(cè)雙向?qū)崟r(shí)通信技術(shù)開展需求響應(yīng)(DR)項(xiàng)目，引導(dǎo)需求側(cè)PEV集群充放電行為，能夠有效實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)部供需平衡，提高新能源并網(wǎng)效率，減少電網(wǎng)購(gòu)電量及儲(chǔ)能的配置需求，達(dá)到提升微網(wǎng)整體經(jīng)濟(jì)效益的目的。

以DR為手段發(fā)揮PEV集群的輔助作用的研究已有很多，根據(jù)對(duì)用電模式調(diào)節(jié)決策主體的不同，可將對(duì)PEV開展的DR項(xiàng)目分為兩類：供電側(cè)DR優(yōu)化和需求側(cè)DR優(yōu)化。供電側(cè)DR優(yōu)化往往通過中央控制實(shí)體對(duì)所轄區(qū)域進(jìn)行集中式控制。但同時(shí)隨著PEV規(guī)模的增加，集中式優(yōu)化難度將不斷增大。其次，集中式控制多是在一定統(tǒng)計(jì)概率基礎(chǔ)上得到的日前調(diào)度，難以做到對(duì)單輛PEV的實(shí)時(shí)DR管理。需求側(cè)DR優(yōu)化能夠克服供電側(cè)優(yōu)化的一些弊端，但是優(yōu)化過程中仍需要對(duì)可再生能源出力進(jìn)行預(yù)測(cè)，在應(yīng)對(duì)出力不確定性能力方面表現(xiàn)不理想。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)和電力市場(chǎng)的發(fā)展與完善，無需人工介入、根據(jù)價(jià)格或激勵(lì)的實(shí)時(shí)信息動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)荷的ADR(Automated demand response)是DR的最新實(shí)現(xiàn)形式。如何通過ADR形式由虛擬電價(jià)機(jī)制來反映系統(tǒng)補(bǔ)償需求和引導(dǎo)需求側(cè)PEV集群充放電行為是含高滲透率可再生能源微網(wǎng)有效實(shí)現(xiàn)供需平衡度的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了在微電網(wǎng)中更有效地利用可再生能源，滿足大規(guī)模PEV的入網(wǎng)需求，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的自主供需平衡，并保證微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，本發(fā)明提供一種以維持微電網(wǎng)供需平衡為目的的電動(dòng)汽車自動(dòng)需求響應(yīng)方法，由ADR系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的可再生能源出力和負(fù)荷水平，得到供需功率差額及需求狀態(tài)(FG)并制定虛擬實(shí)時(shí)電價(jià)(vRTP)和FG信號(hào)，各受控對(duì)象根據(jù)當(dāng)前自身情況以及接收到的vRTP、FG信號(hào)自動(dòng)確定響應(yīng)功率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括為：

一種以維持微電網(wǎng)供需平衡為目的的電動(dòng)汽車自動(dòng)需求響應(yīng)方法，包括以下步驟：

S1.綜合考慮供電側(cè)可再生能源出力特性及需求側(cè)PEV充放電特性信息，建立含ADR服務(wù)器、需求響應(yīng)DR運(yùn)行管理單元、ADR客戶端和響應(yīng)主體在內(nèi)的ADR架構(gòu)；

S2.將一天連續(xù)24h的時(shí)間進(jìn)行離散化處理，均分為J個(gè)時(shí)段，對(duì)于任意第k時(shí)段，有k∈{1,2,...,J}，且第k時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)為Δt；

S3.對(duì)于任意第k時(shí)段，DR運(yùn)行管理收集供電側(cè)可再生能源出力信息和需求側(cè)用電信息，計(jì)算補(bǔ)償需求量；

S4.補(bǔ)償需求量不為零時(shí)，DR運(yùn)行管理將補(bǔ)償需求發(fā)給ADR服務(wù)器；ADR服務(wù)器收集響應(yīng)主體的迫切水平參數(shù)，根據(jù)補(bǔ)償供應(yīng)量和補(bǔ)償需求量計(jì)算虛擬電價(jià)vRTP和系統(tǒng)的需求狀態(tài)FG信號(hào)，并通過ADR客戶端發(fā)送給所有響應(yīng)主體；

S5.對(duì)于各響應(yīng)主體，其在接收到虛擬價(jià)格信號(hào)和FG信號(hào)后，綜合考慮自身情況和接收到的信號(hào)自動(dòng)調(diào)整自身充放電功率大??；

S6.重復(fù)步驟S1～S5，直至優(yōu)化區(qū)間結(jié)束。

進(jìn)一步，所述步驟S1中，ADR架構(gòu)包括：

ADR服務(wù)器，用于基于系統(tǒng)內(nèi)的常規(guī)負(fù)荷、可再生能源出力水平及PEV集群、儲(chǔ)能系統(tǒng)功率信息制定虛擬實(shí)時(shí)電價(jià)，發(fā)布DR事件通知；

DR運(yùn)行管理單元，用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的可再生能源出力和負(fù)荷水平，形成DR需求，并將需求發(fā)送給ADR服務(wù)器；監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、監(jiān)測(cè)DR實(shí)施效果；

ADR客戶端，用于向下連接DR用戶的各類響應(yīng)主體，收集各PEV和儲(chǔ)能的充放電迫切水平參數(shù)，并將ADR服務(wù)器制定的虛擬價(jià)格、FG信號(hào)發(fā)布給系統(tǒng)內(nèi)的所有響應(yīng)主體；

響應(yīng)主體，包括PEV集群和儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述響應(yīng)主體為ADR項(xiàng)目的針對(duì)對(duì)象，將響應(yīng)主體集合設(shè)為N⁺。

再進(jìn)一步，所述步驟S3中，對(duì)于任意第k時(shí)段，DR運(yùn)行管理收集供電側(cè)可再生能源出力信息和需求側(cè)用電信息，計(jì)算補(bǔ)償需求量，包括k時(shí)段的光伏陣列輸出功率風(fēng)機(jī)輸出功率總和微電網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷功率和未處于響應(yīng)狀態(tài)下的PEV充電功率以及PEV入網(wǎng)信息；

對(duì)于PEV入網(wǎng)信息的記錄：設(shè)該微電網(wǎng)接入的車輛集合為N，則車輛規(guī)模為n＝|N|，對(duì)于任意車輛l∈N，其相關(guān)參數(shù)為：

式中：分別表示車輛l接入微電網(wǎng)的時(shí)間和預(yù)期離開時(shí)間；分別表示車輛動(dòng)力電池的起始荷電狀態(tài)SOC和離開微電網(wǎng)時(shí)的期望SOC，SOC表示電池剩余能量與電池容量的比值，因此有表示PEV電池容量；分別表示額定充、放電功率；

對(duì)于補(bǔ)償需求量的計(jì)算：在所針對(duì)的含高滲透率可再生能源微電網(wǎng)環(huán)境下，電能供應(yīng)量與需求側(cè)使用量之間的功率差額即為系統(tǒng)所需的補(bǔ)償需求量，需要響應(yīng)主體共同出力補(bǔ)償；記k時(shí)段的補(bǔ)償需求量為定義如下：

式中：表示微電網(wǎng)系統(tǒng)在k時(shí)段的常規(guī)負(fù)荷功率；的正、負(fù)分別表示當(dāng)前功率補(bǔ)償狀態(tài)需求是從電網(wǎng)充電(Grid to Vehicle,G2V)還是將電能反送至電網(wǎng)V2G；表示未處于響應(yīng)狀態(tài)下的PEV充電功率。

所述步驟S4中，如果存在供需不平衡現(xiàn)象，即補(bǔ)償需求量不為零時(shí)，則DR事件被觸發(fā)，DR運(yùn)行管理形成DR需求，并將需求發(fā)送給ADR服務(wù)器；ADR服務(wù)器收集響應(yīng)主體的迫切水平參數(shù)，根據(jù)補(bǔ)償供應(yīng)量和補(bǔ)償需求量制定虛擬實(shí)時(shí)價(jià)格信號(hào)以及FG信號(hào)，并通知微網(wǎng)系統(tǒng)中的所有響應(yīng)主體；

對(duì)PEV迫切水平參數(shù)的記錄：電力市場(chǎng)下，電動(dòng)汽車參與系統(tǒng)內(nèi)功率差額補(bǔ)償?shù)男枨髮⒅苯尤Q于其自身的電池情況及預(yù)期的離網(wǎng)時(shí)間；當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行時(shí)，對(duì)于其在k時(shí)段的迫切水平可定義為：

式中：表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的放電迫切水平；表示響應(yīng)主體i的額定充電功率；表示響應(yīng)主體i離開電網(wǎng)的時(shí)段；T_k表示當(dāng)前k時(shí)段；E_i,k表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段需要的充電能量；表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的功率交互效率；表示響應(yīng)主體i的電池容量；

從邏輯上來看，如果某響應(yīng)主體的V2G迫切水平很高，那么反過來它會(huì)更傾向于不愿意接受G2V充電功率；因而，當(dāng)需要G2V功率時(shí)，即第i輛PEV在k時(shí)段的迫切水平定義為：

式中：表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的充電迫切水平；

對(duì)儲(chǔ)能迫切水平參數(shù)的記錄：考慮到系統(tǒng)中的儲(chǔ)能將一直處于連網(wǎng)狀態(tài)，沒有預(yù)期離網(wǎng)時(shí)間的概念，因此，儲(chǔ)能充放電迫切水平僅由其當(dāng)前剩余電量決定；重新定義儲(chǔ)能的迫切水平如下：

式中：S^min,^ESS、S^max,ESS分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)荷電狀態(tài)的上、下限；S_i,k表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的荷電狀態(tài)；

虛擬實(shí)時(shí)價(jià)格信號(hào)的制定：借鑒互聯(lián)網(wǎng)流量控制領(lǐng)域的擁塞價(jià)格算法，定義虛擬實(shí)時(shí)價(jià)格(vRTP)機(jī)制；微電網(wǎng)環(huán)境下，vRTP信號(hào)被用于指導(dǎo)響應(yīng)主體，使其能夠及時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)中的功率缺額或盈余；據(jù)此，微網(wǎng)中所有處于響應(yīng)狀態(tài)的響應(yīng)主體功率之和應(yīng)與系統(tǒng)中需補(bǔ)償?shù)墓β氏嗤?，?/p>

式中：P_i,k表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的補(bǔ)償供應(yīng)量；

當(dāng)系統(tǒng)在虛擬電價(jià)的引導(dǎo)下達(dá)到供需平衡時(shí)，對(duì)于有

式中：γ表示虛擬電價(jià)系數(shù)，為常數(shù)；

因此，對(duì)于所有的響應(yīng)主體，總充放電功率為

vRTP作為一個(gè)無量綱的公共價(jià)格信號(hào)，其本質(zhì)反映了系統(tǒng)內(nèi)需要補(bǔ)償?shù)墓┬璨铑~功率與處于響應(yīng)狀態(tài)的電動(dòng)汽車功率和之間的大小不匹配度；實(shí)際應(yīng)用過程中，由于PEV的行駛規(guī)律及用電需求特性，上式通常很難嚴(yán)格滿足；因此，需要引入一個(gè)正乘法因子ε_k，對(duì)vRTP的制定方法進(jìn)行調(diào)整，使得處于響應(yīng)狀態(tài)的響應(yīng)主體功率之和盡可能地完成供需功率差額的補(bǔ)償，ε_k的計(jì)算公式如下：

虛擬電價(jià)取決于微電網(wǎng)中的補(bǔ)償供應(yīng)量和所需補(bǔ)償需求量：

其中：vRTP_k表示k時(shí)段的虛擬電價(jià)信號(hào)；

FG信號(hào)的制定：FG為與vRTP信號(hào)一起告知用戶的標(biāo)識(shí)信號(hào)：

FG信號(hào)用于標(biāo)注當(dāng)前系統(tǒng)需求狀態(tài)是G2V(FG＝1)還是V2G(FG＝-1)，該信號(hào)用于保證響應(yīng)主體功率的方向自動(dòng)與系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)墓β史?hào)保持一致。

所述步驟S5中，自動(dòng)調(diào)整的過程如下：

S51.對(duì)于任意響應(yīng)主體，即ADR客戶端通過計(jì)算車輛i在k時(shí)段的電池閾量來衡量電動(dòng)汽車i在k時(shí)段的是否能夠響應(yīng)vRTP信號(hào)：

由上式可知，表示車輛i已完成充電；表示車輛i若在離網(wǎng)前持續(xù)充電的話，依然能完成充電；

S52.當(dāng)下式成立時(shí)，轉(zhuǎn)至步驟S53，否則響應(yīng)主體不再響應(yīng)vRTP信號(hào)，轉(zhuǎn)而以最大功率進(jìn)行充電：

式中：為設(shè)定的電池閾值；

S53.ADR客戶端判斷vRTP信號(hào)是否大于設(shè)定閾值vRTP^TH；響應(yīng)閾值不等式定義如下：

vRTP_k≤vRTP^TH (14)

S54.若監(jiān)測(cè)到vRTP信號(hào)超過設(shè)定閾值vRTP^TH，響應(yīng)主體將通過滿足0＜β＜1的縮放因子β，減小其V2G/G2V功率直至vRTP信號(hào)值低于上限值，否則轉(zhuǎn)至步驟S55；功率調(diào)整公式如下所示：

P_i,k+1＝βP_i,k (15)

式中：P_i,k+1表示響應(yīng)主體i在(k+1)時(shí)段的補(bǔ)償供應(yīng)量；

S55.各主體響應(yīng)接收到的vRTP和FG信號(hào)，并結(jié)合自身情況自主調(diào)整自身充放電功率，功率自動(dòng)響應(yīng)方式如下：

式中：φ_i是一個(gè)影響算法收斂速度的參數(shù)。

本發(fā)明所述的入網(wǎng)指的是接入所述的微電網(wǎng)。

微網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷指的是：微網(wǎng)內(nèi)除了電動(dòng)汽車以外的其他負(fù)荷。

本發(fā)明的有益效果是：

1、體系架構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，不需要對(duì)新能源出力和PEV出行規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)、不需要中央控制實(shí)體。

2、電動(dòng)汽車戶主能自己選擇是否充電，提升了該類系統(tǒng)與用戶的交互性，更利于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與推廣。

3、能夠自動(dòng)選出更適合參與需求響應(yīng)的車輛，在滿足用戶充電需求及電網(wǎng)變壓器容量限制的前提下，能夠有效實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)部供需平衡，提高新能源并網(wǎng)效率，減少電網(wǎng)購(gòu)電量及儲(chǔ)能的配置需求，達(dá)到提升微網(wǎng)整體經(jīng)濟(jì)效益的目的。

4、大規(guī)模的PEV入網(wǎng)時(shí)，無須調(diào)查其出行規(guī)律，且隨著PEV規(guī)模的增加，計(jì)算量的增長(zhǎng)速度較慢，因此本方法更適用于大規(guī)模的PEV調(diào)度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自動(dòng)需求響應(yīng)模型架構(gòu)；

圖2是典型工作日基本負(fù)荷水平及光伏、風(fēng)機(jī)出力曲線圖，其中，(a)為光伏、風(fēng)機(jī)出力曲線；(b)為基本負(fù)荷出力曲線；

圖3是待補(bǔ)償量與實(shí)際補(bǔ)償量值、未補(bǔ)償量的每日功率分布圖，其中，(a)為需求補(bǔ)償量與實(shí)際補(bǔ)償量的每日功率分布曲線；(b)為未補(bǔ)償量的每日功率分布曲線；

圖4是實(shí)際補(bǔ)償電量中PEV及儲(chǔ)能分別補(bǔ)償量的每日功率分布圖；

圖5是充電期間PEV1和PEV2的SOC變化圖，其中，(a)為PEV1于17：48離網(wǎng)、PEV2于19：00離網(wǎng)的SOC變化圖；(b)為兩車預(yù)計(jì)離網(wǎng)時(shí)間在15:00交換，即PEV1于19：00離網(wǎng)、PEV2于17：48離網(wǎng)的SOC變化圖；

圖6是4種不同優(yōu)化模式下的負(fù)荷水平曲線；

圖7是4種控制模式的需求側(cè)成本及電能損失量對(duì)比；

圖8是case 3、case 4下的凈負(fù)荷曲線；

圖9是case 2、case 4下補(bǔ)償系數(shù)對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行總成本及PEV車均成本的影響，即補(bǔ)償系數(shù)對(duì)兩側(cè)經(jīng)濟(jì)性的影響，其中，(a)為case 2、case 4下補(bǔ)償系數(shù)對(duì)PEV車均成本的影響；(b)為case 2、case 4下補(bǔ)償系數(shù)對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行總成本的影響。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解。

參照?qǐng)D1～圖9，一種以維持微電網(wǎng)供需平衡為目的的電動(dòng)汽車自動(dòng)需求響應(yīng)方法，搭建了ADR優(yōu)化架構(gòu)，該架構(gòu)不需要對(duì)新能源出力和PEV出行規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)、不需要中央控制實(shí)體，所述的自動(dòng)需求響應(yīng)方法將系統(tǒng)補(bǔ)償需求反映到虛擬電價(jià)機(jī)制上共享給PEV集群，由電價(jià)精細(xì)、實(shí)時(shí)地引導(dǎo)各PEV的充放電行為；該方法包括以下步驟：

S1.綜合考慮供電側(cè)可再生能源出力特性及需求側(cè)PEV充放電特性信息，建立含ADR服務(wù)器、DR運(yùn)行管理單元、ADR客戶端和響應(yīng)主體在內(nèi)的ADR架構(gòu)；

S2.將一天連續(xù)24h的時(shí)間進(jìn)行離散化處理，均分為J個(gè)時(shí)段，對(duì)于任意第k時(shí)段，有k∈{1,2,...,J}，且第k時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)為Δt；

S3.對(duì)于任意第k時(shí)段，DR運(yùn)行管理收集供電側(cè)可再生能源出力信息和需求側(cè)用電信息，計(jì)算補(bǔ)償需求量；

S4.補(bǔ)償需求量不為零時(shí)，DR運(yùn)行管理將補(bǔ)償需求發(fā)給ADR服務(wù)器；ADR服務(wù)器收集響應(yīng)主體的迫切水平參數(shù)，根據(jù)補(bǔ)償供應(yīng)量和補(bǔ)償需求量計(jì)算虛擬電價(jià)和FG信號(hào)，并通過ADR客戶端發(fā)送給所有響應(yīng)主體；

S5.對(duì)于各響應(yīng)主體，其在接收到虛擬價(jià)格信號(hào)和FG信號(hào)后，綜合考慮自身情況和接收到的信號(hào)自動(dòng)調(diào)整自身充放電功率大?。?/p>

S6.重復(fù)步驟S1～S5，直至優(yōu)化區(qū)間結(jié)束。

進(jìn)一步，所述步驟S1中，ADR架構(gòu)包括：

ADR服務(wù)器，用于基于系統(tǒng)內(nèi)的常規(guī)負(fù)荷、可再生能源出力水平及PEV集群、儲(chǔ)能系統(tǒng)功率信息制定虛擬實(shí)時(shí)電價(jià)，發(fā)布DR事件通知；

DR運(yùn)行管理單元，用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的可再生能源出力和負(fù)荷水平，形成DR需求，并將需求發(fā)送給ADR服務(wù)器；監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、監(jiān)測(cè)DR實(shí)施效果；

ADR客戶端，用于向下連接DR用戶的各類響應(yīng)主體，收集各PEV和儲(chǔ)能的充放電迫切水平參數(shù)，并將ADR服務(wù)器制定的虛擬價(jià)格、FG信號(hào)發(fā)布給系統(tǒng)內(nèi)的所有響應(yīng)主體；

響應(yīng)主體包括PEV集群和儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述響應(yīng)主體為ADR項(xiàng)目的針對(duì)對(duì)象，將響應(yīng)主體集合設(shè)為N⁺；

本發(fā)明的自動(dòng)需求響應(yīng)架構(gòu)旨在實(shí)現(xiàn)當(dāng)可再生能源出力高于負(fù)荷水平時(shí)，響應(yīng)主體能夠根據(jù)虛擬價(jià)格信號(hào)進(jìn)入充電模式，及時(shí)消納過多的可再生能源；而當(dāng)可再生能源出力較低時(shí)能夠根據(jù)虛擬信號(hào)的引導(dǎo)進(jìn)行一定程度的放電，從而提高供需平衡度，同時(shí)降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

所述步驟S3中，對(duì)于任意第k時(shí)段，DR運(yùn)行管理收集供電側(cè)可再生能源出力信息和需求側(cè)用電信息，計(jì)算補(bǔ)償需求量，包括k時(shí)段的光伏陣列輸出功率風(fēng)機(jī)輸出功率總和微電網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷功率和未處于響應(yīng)狀態(tài)下的PEV充電功率以及PEV入網(wǎng)信息；

對(duì)于PEV入網(wǎng)信息的記錄：設(shè)該微電網(wǎng)接入的車輛集合為N，則車輛規(guī)模為n＝|N|，對(duì)于任意車輛l∈N，其相關(guān)參數(shù)為：

式中：分別表示車輛l接入微電網(wǎng)的時(shí)間和預(yù)期離開時(shí)間；分別表示車輛動(dòng)力電池的起始SOC和離開微電網(wǎng)時(shí)的期望SOC，因此有表示PEV電池容量；分別表示額定充、放電功率；

對(duì)于補(bǔ)償需求量的計(jì)算：在所針對(duì)的含高滲透率可再生能源微電網(wǎng)環(huán)境下，電能供應(yīng)量與需求側(cè)使用量之間的功率差額即為系統(tǒng)所需的補(bǔ)償需求量，需要響應(yīng)主體共同出力補(bǔ)償；記k時(shí)段的補(bǔ)償需求量為定義如下：

式中：表示微電網(wǎng)系統(tǒng)在k時(shí)段的常規(guī)負(fù)荷功率；的正、負(fù)分別表示當(dāng)前功率補(bǔ)償狀態(tài)需求是從電網(wǎng)充電(Grid to Vehicle,G2V)還是將電能反送至電網(wǎng)(V2G)；表示未處于響應(yīng)狀態(tài)下的PEV充電功率。

所述步驟S4中，如果存在供需不平衡現(xiàn)象，即補(bǔ)償需求量不為零時(shí)，則DR事件被觸發(fā)，DR運(yùn)行管理形成DR需求，并將需求發(fā)送給ADR服務(wù)器；ADR服務(wù)器收集響應(yīng)主體的迫切水平參數(shù)，根據(jù)補(bǔ)償供應(yīng)量和補(bǔ)償需求量制定虛擬實(shí)時(shí)價(jià)格信號(hào)以及FG信號(hào)，并通知微網(wǎng)系統(tǒng)中的所有響應(yīng)主體；

對(duì)PEV迫切水平參數(shù)的記錄：電力市場(chǎng)下，電動(dòng)汽車參與系統(tǒng)內(nèi)功率差額補(bǔ)償?shù)男枨髮⒅苯尤Q于其自身的電池情況及預(yù)期的離網(wǎng)時(shí)間；當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行時(shí)，對(duì)于其在k時(shí)段的迫切水平可定義為：

式中：表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的放電迫切水平；表示響應(yīng)主體i的額定充電功率；表示響應(yīng)主體i離開電網(wǎng)的時(shí)段；T_k表示當(dāng)前k時(shí)段；E_i,k表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段需要的充電能量；表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的功率交互效率；表示響應(yīng)主體i的電池容量；

從邏輯上來看，如果某響應(yīng)主體的V2G迫切水平很高，那么反過來它會(huì)更傾向于不愿意接受G2V充電功率；因而，當(dāng)需要G2V功率時(shí)，第i輛PEV在k時(shí)段的迫切水平可定義為：

式中：表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的充電迫切水平；

對(duì)儲(chǔ)能迫切水平參數(shù)的記錄：考慮到系統(tǒng)中的儲(chǔ)能將一直處于連網(wǎng)狀態(tài)，沒有預(yù)期離網(wǎng)時(shí)間的概念，因此，儲(chǔ)能充放電迫切水平僅由其當(dāng)前剩余電量決定；重新定義儲(chǔ)能的迫切水平如下：

式中：S^min,ESS、S^max,^ESS分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)荷電狀態(tài)的上、下限；S_i,k表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的荷電狀態(tài)；

虛擬實(shí)時(shí)價(jià)格信號(hào)的制定：借鑒互聯(lián)網(wǎng)流量控制領(lǐng)域的擁塞價(jià)格算法，定義虛擬實(shí)時(shí)價(jià)格(vRTP)機(jī)制；微電網(wǎng)環(huán)境下，vRTP信號(hào)被用于指導(dǎo)響應(yīng)主體，使其能夠及時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)中的功率缺額或盈余；據(jù)此，微網(wǎng)中所有處于響應(yīng)狀態(tài)的響應(yīng)主體功率之和應(yīng)與系統(tǒng)中需補(bǔ)償?shù)墓β氏嗤?，?/p>

式中：P_i,k表示響應(yīng)主體i在k時(shí)段的補(bǔ)償供應(yīng)量；

當(dāng)系統(tǒng)在虛擬電價(jià)的引導(dǎo)下達(dá)到供需平衡時(shí)，對(duì)于有

式中：γ表示虛擬電價(jià)系數(shù)，為常數(shù)；

因此，對(duì)于所有的響應(yīng)主體，總充放電功率為

vRTP作為一個(gè)無量綱的公共價(jià)格信號(hào)，其本質(zhì)反映了系統(tǒng)內(nèi)需要補(bǔ)償?shù)墓┬璨铑~功率與處于響應(yīng)狀態(tài)的電動(dòng)汽車功率和之間的大小不匹配度；實(shí)際應(yīng)用過程中，由于PEV的行駛規(guī)律及用電需求特性，上式通常很難嚴(yán)格滿足；因此，需要引入一個(gè)正乘法因子ε_k，對(duì)vRTP 的制定方法進(jìn)行調(diào)整，使得處于響應(yīng)狀態(tài)的響應(yīng)主體功率之和盡可能地完成供需功率差額的補(bǔ)償，ε_k的計(jì)算公式如下：

虛擬電價(jià)取決于微電網(wǎng)中的補(bǔ)償供應(yīng)量和所需補(bǔ)償需求量：

其中：vRTP_k表示k時(shí)段的虛擬電價(jià)信號(hào)；

FG信號(hào)的制定：FG為與vRTP信號(hào)一起告知用戶的標(biāo)識(shí)信號(hào)：

FG信號(hào)用于標(biāo)注當(dāng)前系統(tǒng)需求狀態(tài)是G2V(FG＝1)還是V2G(FG＝-1)，該信號(hào)用于保證響應(yīng)主體功率的方向自動(dòng)與系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)墓β史?hào)保持一致。

所述步驟S5中，自動(dòng)調(diào)整過程如下：

S51.對(duì)于任意響應(yīng)主體，即ADR客戶端通過計(jì)算車輛i在k時(shí)段的電池閾量來衡量電動(dòng)汽車i在k時(shí)段的是否能夠響應(yīng)vRTP信號(hào)：

由上式可知，表示車輛i已完成充電；表示車輛i若在離網(wǎng)前持續(xù)充電的話，依然能完成充電；

S52.當(dāng)下式成立時(shí)，轉(zhuǎn)至步驟S53，否則響應(yīng)主體不再響應(yīng)vRTP信號(hào)，轉(zhuǎn)而以最大功率進(jìn)行充電：

式中：為設(shè)定的電池閾值；

S53.ADR客戶端判斷vRTP信號(hào)是否大于設(shè)定閾值vRTP^TH；響應(yīng)閾值不等式定義如下：

vRTP_k≤vRTP^TH (30)

S54.若監(jiān)測(cè)到vRTP信號(hào)超過設(shè)定閾值vRTP^TH，響應(yīng)主體將通過滿足0＜β＜1的縮放因子β，減小其V2G/G2V功率直至vRTP信號(hào)值低于上限值，否則轉(zhuǎn)至步驟S55；功率調(diào)整公式如下所示：

P_i,k+1＝βP_i,k (31)

式中：P_i,k+1表示響應(yīng)主體i在(k+1)時(shí)段的補(bǔ)償供應(yīng)量；

S55.各主體響應(yīng)接收到的vRTP和FG信號(hào)，并結(jié)合自身情況自主調(diào)整自身充放電功率，功率自動(dòng)響應(yīng)方式如下：

式中：φ_i是一個(gè)影響算法收斂速度的參數(shù)。

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，申請(qǐng)人以某辦公區(qū)域微電網(wǎng)為實(shí)施例驗(yàn)證本項(xiàng)目所提ADR優(yōu)化方法的有效性。

該微電網(wǎng)的光伏裝機(jī)容量為2 000kW，風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量為1400kW，服務(wù)的PEV規(guī)模為120輛。該地區(qū)典型工作日常規(guī)負(fù)荷水平及光伏、風(fēng)機(jī)出力曲線如附圖2所示。簡(jiǎn)單起見，考慮將120輛電動(dòng)汽車分成20組，每組的電動(dòng)汽車具有相同的初始SOC狀態(tài)，預(yù)計(jì)入網(wǎng)時(shí)間和離網(wǎng)時(shí)間。初始SOC水平在25％至50％之間，預(yù)計(jì)入網(wǎng)時(shí)間在早上5：00至10:07之間分配，預(yù)計(jì)離網(wǎng)時(shí)間在18:00至23:07之間分配。其他參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1

根據(jù)本發(fā)明提出的優(yōu)化模型及上述參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行建模、仿真分析，得到的ADR優(yōu)化結(jié)果。在本發(fā)明的ADR優(yōu)化下，所假設(shè)的PEV1和PEV2在預(yù)期離網(wǎng)時(shí)間和中途變更預(yù)期離網(wǎng)時(shí)間兩種情況下的SOC水平變化曲線如附圖5所示。

附圖3(a)顯示了微電網(wǎng)系統(tǒng)中期望補(bǔ)償電量和實(shí)際補(bǔ)償電量在一天內(nèi)的變化情況，在所提ADR策略下，系統(tǒng)中的響應(yīng)主體實(shí)際補(bǔ)償電量與期望補(bǔ)償電量曲線基本吻合，證明了ADR method對(duì)響應(yīng)主體有序充放電引導(dǎo)作用的有效性。附圖3(b)為未補(bǔ)償電量在一天內(nèi)的分布情況，進(jìn)一步表明曲線在早上9:00及下午19:00左右，系統(tǒng)中未補(bǔ)償電量相差略微明顯，這是由于當(dāng)前時(shí)段內(nèi)微網(wǎng)中電動(dòng)汽車的滲透率還不夠，造成部分電動(dòng)汽車入/離網(wǎng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變降低了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)補(bǔ)償調(diào)度能力。

附圖4表示PEV及儲(chǔ)能的分別補(bǔ)償量，仿真結(jié)果顯示，系統(tǒng)中作為響應(yīng)主體的電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能在一天內(nèi)的出力趨勢(shì)均能與系統(tǒng)補(bǔ)償需求保持步調(diào)一致。具體來看，電動(dòng)汽車集群在入網(wǎng)至離網(wǎng)的時(shí)間段內(nèi)響應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前需求的出力遠(yuǎn)高于儲(chǔ)能；而隨著電動(dòng)汽車在下班時(shí)段逐漸離網(wǎng)，其響應(yīng)出力明顯大幅下降，此后系統(tǒng)待補(bǔ)償量則以儲(chǔ)能出力為主。

在滿足系統(tǒng)調(diào)節(jié)目的的過程中，電動(dòng)汽車用戶的充電需求也應(yīng)當(dāng)?shù)玫綕M足。

附圖5(a)中，PEV1計(jì)劃駛離時(shí)間是在17:48，PEV2計(jì)劃駛離時(shí)間在19:00；附圖5(b)中，兩輛電動(dòng)汽車的預(yù)期離網(wǎng)時(shí)間在下午15:00進(jìn)行了交換?？梢钥闯?，兩種情況下，PEV1和PEV2都能在預(yù)期離網(wǎng)時(shí)間到之前充電至期望SOC，完成充電計(jì)劃，其SOC值全程處于[0.2,0.9]之間，滿足電池特性要求。

綜上，ADR架構(gòu)下的響應(yīng)策略能夠很好的協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的可用儲(chǔ)能資源，精確引導(dǎo)規(guī)?；疨EV、儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電行為，充分發(fā)揮PEV輔助儲(chǔ)能作用，改善需求側(cè)負(fù)荷特性，使其動(dòng)態(tài)匹配供電側(cè)出力，從而提高系統(tǒng)供需平衡。本項(xiàng)目提出的ADR優(yōu)化方法有能力滿足電動(dòng)汽車用戶的充電需求，并在此條件下引導(dǎo)PEV輔助滿足系統(tǒng)需求。

為了更好、更直觀地說明所提電動(dòng)汽車ADR優(yōu)化模式的控制效果，本發(fā)明同時(shí)仿真計(jì)算以下4種控制模式，并進(jìn)行仿真結(jié)果的對(duì)比、分析：

Case 1：無序充電模式，充電設(shè)施為接入的電動(dòng)汽車提供持續(xù)的恒功率充電服務(wù)，直到用戶離開為止，如果在此之前電動(dòng)汽車電池已經(jīng)充滿，則停止充電，僅考慮儲(chǔ)能；

Case 2：僅充電優(yōu)化下的ADR優(yōu)化模式，即不考慮PEV集群的V2G功能，此時(shí)，有

Case 3：一種實(shí)時(shí)控制模式，不需要中央控制實(shí)體，并且考慮了PEV集群的V2G功能。

Case 4：考慮PEV集群的V2G功能的ADR優(yōu)化模式，即本發(fā)明所述模式。

4種控制模式下的負(fù)荷水平曲線、需求側(cè)成本及電能損失量對(duì)比、凈負(fù)荷曲線以及補(bǔ)償系數(shù)對(duì)兩側(cè)經(jīng)濟(jì)性的影響分別如附圖6～9所示。進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)信息列于表2中。(在分析中,微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的交互電價(jià)：買電固定電價(jià)：1元/kWh、賣電采用可再生能源上網(wǎng)電價(jià)；PEV與微電網(wǎng)的交互電價(jià)：固定電價(jià)1元/kWh)，表2為不同控制方案下的模擬結(jié)果。

表2

結(jié)合附圖6～附圖9以及表2，可以得出以下現(xiàn)象及結(jié)論：

Case1中，負(fù)荷遠(yuǎn)大于新能源出力的時(shí)間段為早上7:00至10：00，負(fù)荷明顯小于新能源出力的時(shí)間段為晚上19:00至24：00，導(dǎo)致其日總負(fù)荷曲線走勢(shì)與新能源出力曲線走勢(shì)差異較大，交互功率和成本大為上升，同時(shí)給其凈負(fù)荷帶來了極大的峰谷差、波動(dòng)率以及較小的RPR，對(duì)車均充放電成本也沒有進(jìn)行優(yōu)化。

相對(duì)于Case1,Case 2考慮了ADR優(yōu)化，使得響應(yīng)主體能夠在新能源出力較高時(shí)大量通過G2V充電來提高負(fù)荷水平，因而相較于Case 1下的日總負(fù)荷曲線，其日總負(fù)荷曲線走勢(shì)與新能源出力曲線走勢(shì)更為匹配，提高了系統(tǒng)的供需平衡度，如附圖6所示。雖然其凈負(fù)荷的峰谷差和波動(dòng)率仍然較大，但其使電網(wǎng)的交互成本和車均充放電成本大幅下降，PEV補(bǔ)償也不大，經(jīng)濟(jì)性有了很大的提升。

相比于case 2，在case 4下響應(yīng)主體在新能源出力較低時(shí)盡可能通過V2G將電能返送給電網(wǎng)來降低負(fù)荷水平，從而使得在附圖6中Case 4下需求側(cè)負(fù)荷跟隨新能源出力的能力更出色，使Case 4的凈負(fù)荷峰谷差、波動(dòng)率進(jìn)一步下降，RPR進(jìn)一步上升。進(jìn)一步分析兩種不同情況下需求側(cè)的成本計(jì)算結(jié)果可知，PEV參與V2G過程帶來的放電成本與電能損失費(fèi)用，使得Case 4模式下的需求側(cè)成本高于Case 2，而這一點(diǎn)在很大程度上取決于補(bǔ)償系數(shù)水平。附圖9中可以看出在Case 2下，補(bǔ)償系數(shù)的變化無論是對(duì)車均成本還是微電網(wǎng)運(yùn)行總成本都不會(huì)造成影響；在Case 4下時(shí)，隨著補(bǔ)償系數(shù)的增大，PEV的車均成本單調(diào)降低，而同時(shí)微網(wǎng)運(yùn)行成本不斷提高。因此在實(shí)應(yīng)用中，需要綜合考慮系統(tǒng)實(shí)際補(bǔ)償需求及用戶響應(yīng)度對(duì)其進(jìn)行合理管控。同時(shí)需要指出的是，由于降低單位凈負(fù)荷波動(dòng)率為系統(tǒng)所能帶來的收益是我們目前條件無法精確計(jì)算的，因而Case 4和Case 2在微網(wǎng)運(yùn)行收益方面的比較結(jié)果還是存在商榷的。

Case 3和Case 4在需求側(cè)經(jīng)濟(jì)性、負(fù)荷特性方面性能相近，但在供電側(cè)經(jīng)濟(jì)性方面，Case 4所使用的ADR方法明顯優(yōu)于Case 3所使用的實(shí)時(shí)控制方法，主要原因在于，實(shí)時(shí)控制方法面向更小規(guī)模的微電網(wǎng)設(shè)計(jì)，運(yùn)行機(jī)制較為簡(jiǎn)單，在充放電迫切水平表征、功率分配方面考慮不周全，在例中PEV集群較大的微網(wǎng)情形下，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境，導(dǎo)致新能源利用率偏低、購(gòu)電量較大。所提ADR方法考慮兩側(cè)的不平衡程度和主體響應(yīng)能力實(shí)時(shí)調(diào)整vRTP、并通過設(shè)定閾值設(shè)定響應(yīng)、功率分配規(guī)則，能夠引導(dǎo)PEV進(jìn)行合理充放電，有效減小系統(tǒng)供需不平衡度，增加微電網(wǎng)的獨(dú)立運(yùn)行能力。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。