计及车辆转移机制的含BSS微网联合系统优化调度策略

　　摘要：作为电动汽车换电站(batteryswappingstation，BSS)的主要服务对象，私家车出行高峰与电网负荷高峰部分重合，加大了BSS在运营中的电池调度压力和购电经济成本。为此，提出了电动汽车车辆转移特性，并构建了考虑车辆转移机制的含BSS微电网联合系统调度模型。该模型增加电动出租车作为辅助换电负荷，并考虑需求响应调整负荷曲线。通过优化各类电源出力和换电功率分布，保障BSS稳定提供换电服务，减少系统总成本。该模型以系统总收益最大为目标函数，综合考虑了系统功率平衡约束和充放电机出力约束，并采用CPLEX求解优化该模型。最后，基于某微网系统进行了算例验证。结果表明，该模型在加入车辆转移机制后能有效减小换电负荷峰谷差，提高系统在较高电价时的保有电量，进而利用分时电价差获取更大收益。

　　关键词：换电站;优化调度;微电网;电动出租车;需求响应;车辆转移机制;分时电价

　　随着全球化石能源的日渐枯竭和温室效应的不断加剧，作为缓解能源紧缺和实现可持续发展的有效途径，电动汽车受到了国家的高度关注和大力扶持[1-2]。这使得电动汽车在私家车中的占比逐步攀升。根据中汽协会的数据统计，截至2019年底，全国新能源汽车保有量达到381万辆，并将继续保持快速增长趋势。作为电动汽车能源供给的主要来源，电动汽车换电站(batteryswappingstation，BSS)亦同样受到关注[3-5]。而私家车集群的无序换电会使得BSS调度压力增大和系统经济成本增高。

　　将BSS与含新能源的微电网结合起来研究，能更充分地利用电动汽车动力电池作为分布式能源时的充放电灵活性[6-7]，使微网能够充分利用电动汽车入网技术(vehicle-to-grid，V2G)实现盈利。文献[8]分别求解微电网在充电模式和换电模式下的系统经济成本，证明了使用换电模式更能发挥蓄电池移峰填谷的作用，提高微电网运行经济性。文献[9]提出了多目标分级微电网经济调度策略，利用富裕风光功率入网获得收益，使得负荷、微电网和主网达到经济共赢。文献[10]综合考虑电动汽车在V2G过程中对于电池的损耗，通过评估调度计划的弃风弃光风险，将计划鲁棒性转化为经济成本，有效地协调了调度计划的经济性和鲁棒性。

　　文献[11]提出了利用电动汽车的V2G功能消纳弃风的商业合作模式，并建立了以运营商期望收益最大化为目标的日前优化调度模型，通过算例证明了该模式可有效减少系统弃风，同时可减少电动汽车车主支出费用。需求响应作为电力市场中电力需求侧管理的重要拓展，利用其参与微网优化调度逐渐成为研究热点并取得了一定的进展。文献[12]建立了基于微电网的需求侧能量管理优化模型，利用需求响应提高微电网的运行经济性。文献[13]利用价格型需求响应，构建基于电价弹性矩阵的实时电价响应模型，提出了分时电价下的含储能微网优化调度策略。文献[14]构建了区域电动汽车协调充放电总框架，通过遗传算法进行经济优化并实现了电网侧、运营商侧和用户侧的三者协调优化。

　　文献[15]将具有中断能力和转移能力的电力负荷定义为柔性负荷，并发现利用柔性负荷参与微网调度能够有效提高风光消纳水平。综上，将需求响应应用到微电网调度中，可通过改变柔性负荷工作时间来优化负荷曲线。但在目前已有研究中，将电动汽车作为可转移负荷参与到含BSS微电网调度中的论文较少。实际上可以通过对转移换电时间的车辆进行适当补偿，借此改变换电负荷曲线，使BSS重新制定更优的充换电计划。为此，本文构建了电动出租车参与调度的含BSS微电网调度模型，引入车辆转移机制，并考虑BSS站内电池数目约束和充放电机机位约束，分析了电动出租车协同私家车共同参与调度和加入车辆转移机制的有效性。

　　1车辆转移特性分析和模型

　　目前，私家车集群作为电动汽车的主要构成部分，其出行时间具有早晚高峰的特点，而车主通常会选择在出行路途中前往BSS更换电池，因此私家车换电时间同样存在早晚高峰，且不易调整。而在国内较多城市已成为重要公用交通工具的电动出租车，在日常运行中充换电时间分布和私家车不同，具有较大的灵活性和随机性，并且能根据BSS提供的价格信号或者激励计划对自身充换电时间进行调整。

　　因此，本文添加电动出租车作为辅助负荷，和私家车共同作为研究对象参与换电，一定程度上可缓解私家车换电高峰对BSS造成的影响。同时，本文基于柔性负荷引申提出车辆转移特性。该特性是指电动出租车这类具有出行随机性的换电负荷，通过灵活调整换电时间，从而与BSS进行信息交流和能量互动。利用该特性，本文建立一种用于日前调度的车辆转移机制。

　　2含BSS微电网联合系统调度模型

　　含BSS微电网联合系统结构，联合系统中含有风机、微型燃气轮机(microturbine，MT)和BSS等组成部分并与外部电网相连。能量管理中心会从风机发电、MT发电和从电网购电中优先选择成本最优的方式为电池架提供充电能源，而BSS除了为电动汽车提供更换电池服务，还可利用电价型需求响应与外部电网进行电力交易从而获得额外收益。

　　3算例分析

　　3.1算例参数

　　本文算例系统中含有一台额定容量为250kW的风电机，2台MT，其额定容量分别为100kW和80kW。其具体常量参数为：u1=20，u2=15，v1=0.26，v2=0.36，w1=1.2，w2=1。含BSS微电网接线图。本文参考文献[16]中节点系统，其中将MT1、MT2、BSS和风机分别连接至其中3、4、5和6节点。

　　当单位转移补偿较少时，系统会优先选择转移车辆来增加电价较高时段的系统总电量，通过电价差获取更多收益。当转移补偿逐渐增多时，部分时段由于通过电价差来获取的收益少于转移补偿而停止进行车辆转移，系统收益随转移补偿增加呈线性下降。当补偿为15~18元/辆时，转移车次进一步减少。直至转移补偿增加至19元/辆时，系统不再进行车辆转移，此时系统状态恢复到3.2节中优化后模型系统状态。

　　4结论

　　1)在含有BSS和风机的微电网联合系统模型中，加入电动出租车作为辅助换电负荷，使得原负荷曲线峰谷差减小，系统高峰时段换电压力减小，可更加充分地利用分时电价与外部电网进行电价差交易。算例结果中系统总收益提高了14.6%，证明了在负荷侧加入电动出租车协同参与调度可提升联合系统的经济性。

　　电力论文投稿刊物：高电压技术根据电力生产、建设、科研、教学需要提供导向性、实用性信息及技术措施，推广实用技术的成果，为我国科技发展、领导决策、促进生产发挥接口、载体和桥梁作用。本刊报道内容包括高压设备、输电线路、系统暂态、测试工程、电磁、城网供电、电力电子等及生态环保生物医疗等边缘、交叉学科。既有基础理论研究也有工程实践应用。

　　2)在私家车和电动出租车共同参与调度的系统模型中，引入车辆转移机制并添加车辆转移补偿，利用电动出租车换电时间的灵活性，调整换电负荷曲线，增加系统在电价较高时段的交易电量。算例证明，在仅提前转移、仅延后转移和双向转移三种模型中系统总收益分别提高了1.35%、0.81%和2.19%。3)在3.3节方案四算例基础上，改变车辆转移补偿成本，算例证明当补偿成本逐渐增加时，系统会权衡转移补偿成本和转移收益，从而逐渐减少车辆转移车次，直至转移成本上升至19元/辆时，系统彻底中止车辆转移。

　　参考文献References

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　　[2]刘日亮，刘海涛，夏圣峰，等.物联网技术在配电台区中的应用与思考[J].高电压技术，2019，45(6)：1707-1714.LiuRiliang,LiuHaitao,XiaShengfeng,etal.Internetofthingstechnologyapplicationandprospectsindistributiontransformerserviceareamanagement[J].HighVoltageTechnology,2019,45(6):1707-1714.

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　　作者：崔杨1，刘柏岩1，赵钰婷1，王茂春2，王铮3