一种虚拟电厂优化运行方法与流程

本发明属于虚拟电厂运行领域，具体是一种利用了电动汽车电池储放电功能的虚拟电厂优化运行方法。

背景技术：

1、环境污染加剧，能源问题突出，使得风力、光伏、电动汽车等分布式能源不断被加以利用，其中风力、光伏属于可再生能源，发电成本低，基本上不产生碳排放，但是由于风力、光照强度的自然属性，发电具有极大的不确定性与随机性；而电动汽车通过充电放电行为具备储能装置的作用，能够缓解风力发电与光伏发电的不确定性与随机性[1]。虚拟电厂通过信息技术聚集了可再生能源发电、电动汽车等分布式能源参与电力市场、电力系统的运行。因此如何调度管理这些分布式能源，实现含电动汽车的虚拟电厂(electric virtualpower plant，evpp)收益最大化成为研究热点。

技术实现思路

1、本发明提出一种利用电动汽车电池储放电功能的虚拟电厂优化运行方法，用于促进虚拟电厂与电动汽车的协同发展，具体包括构建电动汽车充放电模型、提出evpp的运行策略思路和构建evpp的运行优化模型。

2、构建电动汽车充放电模型，具体如下：

3、由于电动汽车返回时间不确定，由此将电动汽车分为峰时段返回的电动汽车与谷时段返回的电动汽车两大类。

4、由电动汽车的时间特征分析可知，电动汽车充电时间为8:00-19:00，由此该时段即为充电时段，用t表示。为了满足车主下一次出行的电量要求，设置剩余电量的最小值，用表示，具体计算如式(1)所示：

5、

6、式中：q100为驾驶100km消耗的电量；tval为8:00-19:00这一时段；pcha为额定充电功率；pe为电动汽车额定的容量。

7、(1)峰时段电动汽车充放电策略

8、峰时段返回的电动汽车分为两种情景，情景一为剩余电量大于剩余电量最小值；情景二为剩余电量小于剩余电量最小值。

9、1)情景一充放电策略

10、若剩余电量大于剩余电量最小值，电动汽车车主先放电，等到谷时段时再充电。

11、在保证下次出行的前提下，电动汽车在返回时刻能够放电的放电量最大值如下式(2)所示：

12、

13、式中：为车主i在返回时刻的剩余电量；tb为电动汽车的返回时刻。

14、但受充放电价格的影响，每辆电动汽车的放电量均不一定达到最大值，由此引入参与度，对电动汽车的放电量进行修正。具体如式(3)所示：

15、

16、

17、式中：为车主i在返回时刻电动汽车的实际放电量；为在tb返回时刻的放电参与度；为虚拟电厂为电动汽车车主制定的tb时刻放电价格。是一个在[0,+∞)的递增函数，且值域为[0,1]，这与参与度的性质完全吻合，放电价格越高，车主的参与度越高。

18、电动汽车的放电功率由充电桩及电表共同决定，充电功率具体如式(5)所示：

19、

20、式中：为电动汽车tb时刻的充电功率；pmax为充电功率的最大值。

21、最后，电动汽车在谷时段进行充电，充电功率如式(6)所示：

22、

23、式中：为tb时刻电动汽车处于情景一下的充电功率。

24、2)情景二充放电策略

25、若剩余电量小余剩余电量最小值，电动汽车车主先在峰时段进行必要充电至剩余电量最小值，以保障下一次出行所需电量；其余部分在谷时段来时继续进行充电。峰时段的必要充电量如式(7)所示：

26、

27、

28、式中：为车主i在返回时刻电动汽车的实际放电量；为在tb返回时刻的充电参与度；为虚拟电厂为电动汽车车主制定的tb时刻充电价格。是一个在[0,+∞)是一个递减函数，且值域为[0,1]，这与参与度的性质完全吻合，充电价格越高，车主的参与度越高。

29、由于峰时段负荷需求大，需对其充电功率进行控制，具体如式(9)所示：

30、

31、式中：为tb时刻电动汽车处于情景二下的充电功率。

32、(2)谷时段电动汽车充放电策略

33、对于谷时段的电动汽车，由于谷时段负荷需求少，电动汽车充电能够降低峰谷差，因此可以直接充电。充电功率如式(10)所示：

34、

35、式中：为tb时刻谷时段电动汽车的充电功率。

36、进一步，提出evpp的运行策略优化思路，具体如下：

37、evpp由风力发电机组、光伏发电机组、燃气轮机、电动汽车构成。evpp的出力由风力发电机组、光伏发电机组以及燃气轮机产生，电动汽车则充当储能设备。首先，通过威布尔分布拟合风速，beta分布拟合光照强度，对风力发电机组与光伏机组的出力进行预测；然后，根据风电机组与光伏机组的出力预测为电动汽车制定充放电价格，电动汽车则根据充放电价格确定参与度，由此电动汽车的充放电计划行程上报至虚拟电厂调度中心；接着，调度中心根据电动汽车的充放电计划合理确定燃气轮机的旋转备用计划、出力计划；最后虚拟电厂形成整体的出力计划，在日前市场申报售电量。

38、最后，构建evpp的运行策略优化模型

39、一方面，为了保障evpp的综合收益水平，以evpp综合收益作为目标函数之一；另一方面，为了保障日前市场交易的稳定有序进行，以evpp申报售电量与实际售电量的偏差最小化为另一目标函数。

40、(1)evpp综合收益最大化

41、evpp的收入来源包括在日前市场的售电收入、可再生能源发电所获得的补贴收入；成本包括evpp的投资建设成本、运行维护成本、各机组发电成本与启停成本、电动汽车充放电成本、申报偏差惩罚成本。

42、

43、式中：rcom为evpp的综合收益；分别为tb时刻的售电收入、补贴收入；分别为tb时刻evpp的投资建设成本、运行维护成本；分别为tb时刻燃气轮机、风电机组、光伏机组的发电成本与启动成本之和；为tb时刻电动汽车的充放电成本；为tb时刻的申报偏差惩罚成本。

44、1)售电收入

45、售电收入是指evpp在日前市场售电获得的收入，具体如式(12)所示：

46、

47、式中：为tb时刻evpp在日前市场的售电价格；为evpp在日前市场的申报电量；为tb时刻电动汽车放电量、充电量；为tb时刻风电机组与光伏机组的预测出力。

48、2)补贴收入

49、补贴收入是指为了提高可再生能源的发电量，降低污染物的排放，对可再生能源进行补贴所获得的收入，具体如式(13)所示：

50、

51、式中：与为对单位风力发电、光伏发电的补贴收入。

52、3)投资建设成本

53、evpp的投资建设成本取决于各机组的最大功率，设evpp的运行年限为n年，具体如式(14)所示：

54、

55、式中：分别为单位风电机组、光伏机组、充电桩的投资建设成本；为风电机组、光伏机组的最大功率；nev为充电桩数量；i为折现率；hevpp为evpp每年的运行小时。

56、4)运行维护成本

57、evpp的运行维护成本如式(15)所示：

58、

59、式中：为风电机组、光伏机组、充电桩单位运行维护成本；为tb时刻运行维护的充电桩数目。

60、5)燃气轮机发电成本与启停成本

61、燃气轮机的发电成本如式(16)所示：

62、

63、式中：为tb时刻燃气轮机的发电成本；分别为第i台燃气轮机组发电成本的二次项、一次项、常规项系数；s为燃气轮机组的台数；为第i台燃气轮机组tb时刻的出力。

64、燃气轮机组的启动成本与停止成本如式(17)所示：

65、

66、式中：为第i台燃气轮机tb时刻的启动与停止成本；为第i台燃气轮机的启动一次、停止一次的费用；为布尔变量，当此时燃气轮机启动运行；此时燃气轮机停止运行。

67、燃气轮机发电成本与启停成本之和如式(18)所示：

68、

69、6)风电、光伏机组发电成本与启动成本

70、风电、光伏机组发电成本计算形式如式(16)所示；启动与停止成本计算形式如式(17)所示。由此可得风电机组、光伏机组发电成本与启停成本之和如式(19)所示：

71、

72、7)电动汽车充放电成本

73、电动汽车的充放电成本如式(20)所示：

74、

75、式中：分别为电动汽车的放电与充电单价；为电动汽车tb时刻的放电量与充电量。

76、8)偏差惩罚成本

77、evpp的偏差惩罚成本如式(21)所示：

78、

79、式中：为tb时刻evpp的实际出力；为允许偏差率；为单位偏差惩罚成本。

80、(2)evpp申报偏差率最小化

81、evpp申报偏差率最小化通过evpp申报电量与实际出力差值最小实现，具体如式(22)所示：

82、

83、式中：为evpp申报偏差率。