基于充电权交易的区域充电微市场运营策略

为解决高电动汽车渗透率下充电需求受到配电设施容量限制的矛盾，提出了基于充电权在“微市场”中进行交易的电动汽车集群运行控制技术。在配电网中某一特定区域内某一时间段充电桩集群总充电功率受限时，通过电动汽车充电权在“微市场”机制下交易的市场化手段，实现在用户参与下的电动汽车充电需求自动调整，从而减少用电高峰时段的总充电功率，实现配电网特定区域内用电负荷削峰填谷。应用该策略，安装于一个配网变压器下的充电桩的总功率可以大于变压器容量与其它负荷用电尖峰的差值，大幅增加充电桩安装数量，满足更多用户的充电需求，同时保障用电安全，提高供电设施利用率，延缓供电设施升级改造的需求。关键词:微市场；电动汽车；充电权；有序充电；运营策略0引言电动汽车由于节能环保的优势，得到了广泛关注和快速发展。根全球道路上行驶的电动汽车总量超过300万辆，中国电动汽车保有量达123万辆，成为电动汽车数量最多的国家。根据《中国新能源汽车中国新能源汽车保有量预测超过600万辆。随着电动汽车数量的快速增长，电动汽车充电需求对电网(特别是用电负荷高峰时段)的稳定运行带来了明显冲击。电动汽车有序充电控制对降低电动汽车充电对电网的影响具有重要意义。在电动汽车发展仍处于初期阶段的20世纪80年代，美国亚利桑那州立大学电力系统研究中心的G.T.Heydt就已经开展了电动汽车充电对电网冲击的研究，该研究指出，随着电动汽车渗透率的提高，充电高峰负荷有可能和其它负荷高峰负荷叠加，避峰充电控制可以有效提高电网负荷率。[11]目前电动汽车有序充电的研究重点主要围绕不同的优化模型和求解算法。文献[12]对插电混合式电动汽车对居民区配网的冲击及其控制度中心实时控制，可以有效降低配网损耗，并提升电网负荷率。文献[13]对电网直接控制家用电动汽车充电桩的优化算法进行了研究，优化用户充电时间，使得用户获取最低的用电价格。文献[14]的目标函数同时考目标函数值的影响。文献[15]提出了一种在保证电动汽车用户充电需求控制策略。文献[16]提出了同时考虑负荷峰谷差和负荷平滑性的多目标优化策略，并采用基于自适应变异粒子群算法进行求解。文献[17]采用充放电策略问题，具有更优越的全局搜索性能。在配网设施比较陈旧的老城区、老居民小区，充电难和配网容纳充电设施能力有限的矛盾形成限制电动汽车发展的瓶颈。在电动汽车保有的城区和居民区，安装场地也是限制电力设施升级的关键因素。对于变压器容量不足的小区，目前主要是限制居民自有车位安装充电桩，充电桩安装总功率受限于小区变压器容量和小区用电尖峰的差值，但在后半夜用电低谷时段，变压器容量无法得到充分利用。针对上述问题，已经有学者开展了相关研究，通过电动汽车有序充电控制来满足总充电功率受限情况下电动汽车的充电需求。文献[18]提出了一种考虑用户需求的利用台区变压器容量的余量为电动汽车充电的控制方法。文献[19]提出了一种在台区变压器容量受限条件下的充电桩智能配电方法。文献[20]在对小区总用电功率限制值进行预测的基础上，通过计算充电优先级实现电动汽车有序充电，且能实现削峰填谷，降低用户的充电费用。目前，对电动汽车有序充电的研究很少考虑到配网容纳充电设施能力不足的情况，充电桩安装总功率受限于小区变压器容量和小区用电尖桩安装总功率可以大于变压器容量与其它负荷用电尖峰的差值，满足更假设一种场景，小区(配电网特定区域)充电桩的安装总功率大于变压器容量与其它负荷用电尖峰的差值，在某些时段如果所有电动汽车中充电权的竞价实现用户充电优先级自发排序，从而解决充电设施总容够在某段时间内，通过配电网某一规定区域的充电桩向电动汽车充入一有序充电“微市场”系统架构如图1所示，主要由用户平台、“微市场”云端平台和本地有序充电控制器组成。用户平台的主要功能有：①用户通过用户平台确认车辆和充电桩组合，即确认车辆身份；②确定市场”价格生成；②生成“微市场”控制区域实时充电序列；③充电价格结算；④用户管理；⑤连接车联网平台，获得车辆电池荷电状态 监测区域用电负荷，确定实时“微市场”充电能力；②根据充电序列控Fig.1“Micro-markets”systemarchitecture“微市场”系统流程如图2所示。首先，用户接入充电桩之后通过用户平台确定默认、实时充电权价格，并发送给“微市场”云端平台。即充电设施可用总容量，并发送给“微市场”云端平台。“微市场”云端平台连接车联网平台，获得车辆SOC信息，按照一定规则对用户充电权价格进行排序，在此基础上结合实时“微市场”充电能力，生成控控制Fig.2“Micro-markets”systemflow在“微市场”中，本地有序充电控制器监测区域电动汽车负荷和其它用电负荷，根据充电桩群及其所处配电网络的空间分布和容量约束，确定实时“微市场”充电能力。如果某时段充电设施总充电能力不能满足所有接入电动汽车的充电需求，即transload,t此时，采取在“微市场”中进行充电权交易的方式实现用户充电需容充电权交易机制是否执行的流程图如图3所示。Fig.3Judgmentoftradingmechanismin“micro-markets”下面将对“微市场”中充电权排队机制进行详细介绍，流程图如图Fig.4Queuingmechanismin“micro-markets”电动汽车用户可接受的充电价格包括市场充电电价和充电权价格两部分：式中：p为用户i在t时段可接受的最高充电价格；p为t时段的i,ttc市场充电电价充电权价格；为t时段用户i的充电权价格；用用户愿意以该价格购买充电权，也表示用户放也表示用户放弃充电权的期望补偿价格。当用户充电需求不紧迫，不愿意以高于市场充电电价的价格进行充电时，电权价格设置为0时，该用户仍然有机会充电。同时，为了防止部分用户为获取更大收益而恶意抬高报价，扭曲充电权的出清价格，故设定允许的最高充电权价格。电动汽车接入充电桩即可获得充电权的竞争资格。首先，由接入充电桩的电动汽车用户按照充电调度的时间间隔确定每个调度时段的默认“微市场”充电权价格，并发送给“微市场”云端平台，同时用户可以根据前期充电情况和自身充电需求实时更新充电权价格。“微“微市场”云端平台首先判断接入车辆的电池是否处于充满状态，“微市场”云端平台将t时段m(m≤n)个用户提交的充电权价格按照由高到低进行排序，充电权价格相同时按照车辆SOC由低到高进行排序，最终得到的充电权价格的排序为排序越靠前的用户拥有越高的充电优先权。级决定可充电的电动汽车：云端平台由此生成“微市场”控制区域实时充电序列，并发送给本充电状态，在总充电功率不越限的前提下，优先满足充电优先级高的用在“微市场”排队机制生成的实时充电序列的基础上，“微市场”云端平台还需要对充电价格进行结算，实现“微市场”内的价格平衡。可充电用户需要购买充电权，并将购买充电权的花费分配给其他未能充Fig.5Pricemechanismin“micro-markets”由“微市场”排队机制产生的所有获得充电权的用户中充电优先级最低的用户，也就是式(3)中的第x名用户，可接受的充电价格即为该时段成交的充电价格：该时段所有拥有充电权的电动汽车均按照式(4)的价格进行充电，并在此基础上进行价格结算。可充电的用户i在t时段购买充电权的花费和基础充电的花费分别为：式中：式中：为购买充电权的花费；为基础充电的花费；时长：可充电的x名用户在t时段购买充电权的总花费为：C将按照一定方式分配给其他未能充电的电动汽车用户作为出售totalt如果未充电用户的期望充电权售卖总价超过了可充电用户购买充电权的花费，即则按照未充电用户提交的充电权价格由高到低进行收益分配，优先满足充电权价格高的用户的期望收益：式中：y为充电权价格排序第x+1位至第y+1位的用户可以获得出售充电权的收益。各个用户获得的充电权出售收益为：如果未充电用户的期望充电权售卖总价没有超过可充电用户购买充电权的总花费，即则将可充电用户购买充电权的花费按比例分配给所有未充电的用户，每个用户获得的充电权出售收益为：4算例分析本文提出的基于充电权交易的区域充电微市场运营策略主要作用于充电设施安装总功率超过区域变压器可用容量的情境下，比如居民小区的用电高峰在傍晚居民下班返回家中的时段，而对于拥有车位充电桩的居民，此时段也是停车插电开始充电的高峰时段，两个用电高峰叠加就可能超过小区变压器容量。假设某小区内有20个7kW的交流充电它负荷用电尖峰的差值。本文中，“微市场”交易的时间间隔设置为1假设该时段20个充电桩均有电动汽车接入，很明显充电设施总充电能小时段为例，对“微市场”排队机制和价格机制进行说明。该时段20个电动汽车用户确认的充电权价格如表1所示。“微市场”云端平台从车联网平台获得对应20辆电动汽车的电池容量和当前表1电动汽车充电权价格Table1PriceofEVchargingrights息对电动汽车充电优先级进行排序，充电权价格相同时，电池SOC越低的电动汽车充电优先级越高，20辆电动汽车充电优先级排序结果如表2电动汽车电池容量和SOC信息Table2BatterycapacityandSOCinformation表3电动汽车充电优先级Table3ChargingpriorityofEV“微市场”云端平台在充电设施总容量和电动汽车充电优先级的基列，如表4所示。“微市场”云端平台生成区域“微市场”充电价格，并对其他未充电用户出售充电权的收益进行分配。可充电用户中出价最低的用户(3号充电桩对应的用户)提交的充电权价格即为该时段成交的充电权价格，为0.13元/kWh。由式(5)可得15个可充电电动汽车用户在该时段为13.65元，剩余未充电用户的期望充电权售卖总价为2.1元，未充电用户的期望充电权售卖总价低于可充电用户购买充电权的总花费，因此按照式(13)将可充电用户购买充电权的花费按比例分配给所有未充电的用户，分配结果如表5所示。其中，16号充电收益为0元，这是由于该用户设定的充电权价表4电动汽车实时充电序列Table4Real-timechargingsequence表5充电权出售收益Table5Revenuefromsellingchargingrights通过以上测