摘要：作為電動(dòng)汽車換電站(batteryswappingstation，BSS)的主要服務(wù)對象，私家車出行高峰與電網(wǎng)負(fù)荷高峰部分重合，加大了BSS在運(yùn)營中的電池調(diào)度壓力和購電經(jīng)濟(jì)成本。為此，提出了電動(dòng)汽車車輛轉(zhuǎn)移特性，并構(gòu)建了考慮車輛轉(zhuǎn)移機(jī)制的含BSS微電網(wǎng)聯(lián)合系統(tǒng)調(diào)度模型。該模型增加電動(dòng)出租車作為輔助換電負(fù)荷，并考慮需求響應(yīng)調(diào)整負(fù)荷曲線。通過優(yōu)化各類電源出力和換電功率分布，保障BSS穩(wěn)定提供換電服務(wù)，減少系統(tǒng)總成本。該模型以系統(tǒng)總收益最大為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮了系統(tǒng)功率平衡約束和充放電機(jī)出力約束，并采用CPLEX求解優(yōu)化該模型。最后，基于某微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了算例驗(yàn)證。結(jié)果表明，該模型在加入車輛轉(zhuǎn)移機(jī)制后能有效減小換電負(fù)荷峰谷差，提高系統(tǒng)在較高電價(jià)時(shí)的保有電量，進(jìn)而利用分時(shí)電價(jià)差獲取更大收益。

　　關(guān)鍵詞：換電站;優(yōu)化調(diào)度;微電網(wǎng);電動(dòng)出租車;需求響應(yīng);車輛轉(zhuǎn)移機(jī)制;分時(shí)電價(jià)

　　隨著全球化石能源的日漸枯竭和溫室效應(yīng)的不斷加劇，作為緩解能源緊缺和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，電動(dòng)汽車受到了國家的高度關(guān)注和大力扶持[1-2]。這使得電動(dòng)汽車在私家車中的占比逐步攀升。根據(jù)中汽協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全國新能源汽車保有量達(dá)到381萬輛，并將繼續(xù)保持快速增長趨勢。作為電動(dòng)汽車能源供給的主要來源，電動(dòng)汽車換電站(batteryswappingstation，BSS)亦同樣受到關(guān)注[3-5]。而私家車集群的無序換電會(huì)使得BSS調(diào)度壓力增大和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本增高。

　　將BSS與含新能源的微電網(wǎng)結(jié)合起來研究，能更充分地利用電動(dòng)汽車動(dòng)力電池作為分布式能源時(shí)的充放電靈活性[6-7]，使微網(wǎng)能夠充分利用電動(dòng)汽車入網(wǎng)技術(shù)(vehicle-to-grid，V2G)實(shí)現(xiàn)盈利。文獻(xiàn)[8]分別求解微電網(wǎng)在充電模式和換電模式下的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本，證明了使用換電模式更能發(fā)揮蓄電池移峰填谷的作用，提高微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[9]提出了多目標(biāo)分級微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略，利用富裕風(fēng)光功率入網(wǎng)獲得收益，使得負(fù)荷、微電網(wǎng)和主網(wǎng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)共贏。文獻(xiàn)[10]綜合考慮電動(dòng)汽車在V2G過程中對于電池的損耗，通過評估調(diào)度計(jì)劃的棄風(fēng)棄光風(fēng)險(xiǎn)，將計(jì)劃魯棒性轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)成本，有效地協(xié)調(diào)了調(diào)度計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)性和魯棒性。

　　文獻(xiàn)[11]提出了利用電動(dòng)汽車的V2G功能消納棄風(fēng)的商業(yè)合作模式，并建立了以運(yùn)營商期望收益最大化為目標(biāo)的日前優(yōu)化調(diào)度模型，通過算例證明了該模式可有效減少系統(tǒng)棄風(fēng)，同時(shí)可減少電動(dòng)汽車車主支出費(fèi)用。需求響應(yīng)作為電力市場中電力需求側(cè)管理的重要拓展，利用其參與微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度逐漸成為研究熱點(diǎn)并取得了一定的進(jìn)展。文獻(xiàn)[12]建立了基于微電網(wǎng)的需求側(cè)能量管理優(yōu)化模型，利用需求響應(yīng)提高微電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[13]利用價(jià)格型需求響應(yīng)，構(gòu)建基于電價(jià)彈性矩陣的實(shí)時(shí)電價(jià)響應(yīng)模型，提出了分時(shí)電價(jià)下的含儲(chǔ)能微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度策略。文獻(xiàn)[14]構(gòu)建了區(qū)域電動(dòng)汽車協(xié)調(diào)充放電總框架，通過遺傳算法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)優(yōu)化并實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)側(cè)、運(yùn)營商側(cè)和用戶側(cè)的三者協(xié)調(diào)優(yōu)化。

　　文獻(xiàn)[15]將具有中斷能力和轉(zhuǎn)移能力的電力負(fù)荷定義為柔性負(fù)荷，并發(fā)現(xiàn)利用柔性負(fù)荷參與微網(wǎng)調(diào)度能夠有效提高風(fēng)光消納水平。綜上，將需求響應(yīng)應(yīng)用到微電網(wǎng)調(diào)度中，可通過改變?nèi)嵝载?fù)荷工作時(shí)間來優(yōu)化負(fù)荷曲線。但在目前已有研究中，將電動(dòng)汽車作為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷參與到含BSS微電網(wǎng)調(diào)度中的論文較少。實(shí)際上可以通過對轉(zhuǎn)移換電時(shí)間的車輛進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，借此改變換電負(fù)荷曲線，使BSS重新制定更優(yōu)的充換電計(jì)劃。為此，本文構(gòu)建了電動(dòng)出租車參與調(diào)度的含BSS微電網(wǎng)調(diào)度模型，引入車輛轉(zhuǎn)移機(jī)制，并考慮BSS站內(nèi)電池?cái)?shù)目約束和充放電機(jī)機(jī)位約束，分析了電動(dòng)出租車協(xié)同私家車共同參與調(diào)度和加入車輛轉(zhuǎn)移機(jī)制的有效性。

　　1車輛轉(zhuǎn)移特性分析和模型

　　目前，私家車集群作為電動(dòng)汽車的主要構(gòu)成部分，其出行時(shí)間具有早晚高峰的特點(diǎn)，而車主通常會(huì)選擇在出行路途中前往BSS更換電池，因此私家車換電時(shí)間同樣存在早晚高峰，且不易調(diào)整。而在國內(nèi)較多城市已成為重要公用交通工具的電動(dòng)出租車，在日常運(yùn)行中充換電時(shí)間分布和私家車不同，具有較大的靈活性和隨機(jī)性，并且能根據(jù)BSS提供的價(jià)格信號或者激勵(lì)計(jì)劃對自身充換電時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

　　因此，本文添加電動(dòng)出租車作為輔助負(fù)荷，和私家車共同作為研究對象參與換電，一定程度上可緩解私家車換電高峰對BSS造成的影響。同時(shí)，本文基于柔性負(fù)荷引申提出車輛轉(zhuǎn)移特性。該特性是指電動(dòng)出租車這類具有出行隨機(jī)性的換電負(fù)荷，通過靈活調(diào)整換電時(shí)間，從而與BSS進(jìn)行信息交流和能量互動(dòng)。利用該特性，本文建立一種用于日前調(diào)度的車輛轉(zhuǎn)移機(jī)制。

　　2含BSS微電網(wǎng)聯(lián)合系統(tǒng)調(diào)度模型

　　含BSS微電網(wǎng)聯(lián)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，聯(lián)合系統(tǒng)中含有風(fēng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)(microturbine，MT)和BSS等組成部分并與外部電網(wǎng)相連。能量管理中心會(huì)從風(fēng)機(jī)發(fā)電、MT發(fā)電和從電網(wǎng)購電中優(yōu)先選擇成本最優(yōu)的方式為電池架提供充電能源，而BSS除了為電動(dòng)汽車提供更換電池服務(wù)，還可利用電價(jià)型需求響應(yīng)與外部電網(wǎng)進(jìn)行電力交易從而獲得額外收益。

　　3算例分析

　　3.1算例參數(shù)

　　本文算例系統(tǒng)中含有一臺額定容量為250kW的風(fēng)電機(jī)，2臺MT，其額定容量分別為100kW和80kW。其具體常量參數(shù)為：u1=20，u2=15，v1=0.26，v2=0.36，w1=1.2，w2=1。含BSS微電網(wǎng)接線圖。本文參考文獻(xiàn)[16]中節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其中將MT1、MT2、BSS和風(fēng)機(jī)分別連接至其中3、4、5和6節(jié)點(diǎn)。

　　當(dāng)單位轉(zhuǎn)移補(bǔ)償較少時(shí)，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)移車輛來增加電價(jià)較高時(shí)段的系統(tǒng)總電量，通過電價(jià)差獲取更多收益。當(dāng)轉(zhuǎn)移補(bǔ)償逐漸增多時(shí)，部分時(shí)段由于通過電價(jià)差來獲取的收益少于轉(zhuǎn)移補(bǔ)償而停止進(jìn)行車輛轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)收益隨轉(zhuǎn)移補(bǔ)償增加呈線性下降。當(dāng)補(bǔ)償為15~18元/輛時(shí)，轉(zhuǎn)移車次進(jìn)一步減少。直至轉(zhuǎn)移補(bǔ)償增加至19元/輛時(shí)，系統(tǒng)不再進(jìn)行車輛轉(zhuǎn)移，此時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)恢復(fù)到3.2節(jié)中優(yōu)化后模型系統(tǒng)狀態(tài)。

　　4結(jié)論

　　1)在含有BSS和風(fēng)機(jī)的微電網(wǎng)聯(lián)合系統(tǒng)模型中，加入電動(dòng)出租車作為輔助換電負(fù)荷，使得原負(fù)荷曲線峰谷差減小，系統(tǒng)高峰時(shí)段換電壓力減小，可更加充分地利用分時(shí)電價(jià)與外部電網(wǎng)進(jìn)行電價(jià)差交易。算例結(jié)果中系統(tǒng)總收益提高了14.6%，證明了在負(fù)荷側(cè)加入電動(dòng)出租車協(xié)同參與調(diào)度可提升聯(lián)合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

　　電力論文投稿刊物：高電壓技術(shù)根據(jù)電力生產(chǎn)、建設(shè)、科研、教學(xué)需要提供導(dǎo)向性、實(shí)用性信息及技術(shù)措施，推廣實(shí)用技術(shù)的成果，為我國科技發(fā)展、領(lǐng)導(dǎo)決策、促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)揮接口、載體和橋梁作用。本刊報(bào)道內(nèi)容包括高壓設(shè)備、輸電線路、系統(tǒng)暫態(tài)、測試工程、電磁、城網(wǎng)供電、電力電子等及生態(tài)環(huán)保生物醫(yī)療等邊緣、交叉學(xué)科。既有基礎(chǔ)理論研究也有工程實(shí)踐應(yīng)用。

　　2)在私家車和電動(dòng)出租車共同參與調(diào)度的系統(tǒng)模型中，引入車輛轉(zhuǎn)移機(jī)制并添加車輛轉(zhuǎn)移補(bǔ)償，利用電動(dòng)出租車換電時(shí)間的靈活性，調(diào)整換電負(fù)荷曲線，增加系統(tǒng)在電價(jià)較高時(shí)段的交易電量。算例證明，在僅提前轉(zhuǎn)移、僅延后轉(zhuǎn)移和雙向轉(zhuǎn)移三種模型中系統(tǒng)總收益分別提高了1.35%、0.81%和2.19%。3)在3.3節(jié)方案四算例基礎(chǔ)上，改變車輛轉(zhuǎn)移補(bǔ)償成本，算例證明當(dāng)補(bǔ)償成本逐漸增加時(shí)，系統(tǒng)會(huì)權(quán)衡轉(zhuǎn)移補(bǔ)償成本和轉(zhuǎn)移收益，從而逐漸減少車輛轉(zhuǎn)移車次，直至轉(zhuǎn)移成本上升至19元/輛時(shí)，系統(tǒng)徹底中止車輛轉(zhuǎn)移。

　　參考文獻(xiàn)References

　　[1]李咸善，陳敏睿，程杉，等.基于雙重激勵(lì)協(xié)同博弈的含電動(dòng)汽車微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度策略[J].高電壓技術(shù)，2020，46(7)：2286-2296.LiXianshan,ChenMinrui,ChengShan,etal.Researchonoptimalschedulingstrategyofmicrogridwithelectricvehiclesbasedondualincentivecooperativegame[J].HighVoltageTechnology,2020,46(7):2286-2296.

　　[2]劉日亮，劉海濤，夏圣峰，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電臺區(qū)中的應(yīng)用與思考[J].高電壓技術(shù)，2019，45(6)：1707-1714.LiuRiliang,LiuHaitao,XiaShengfeng,etal.Internetofthingstechnologyapplicationandprospectsindistributiontransformerserviceareamanagement[J].HighVoltageTechnology,2019,45(6):1707-1714.

　　[3]蒙紹新，錢科軍，王航，等.考慮諧波的電動(dòng)汽車充電策略及對配電網(wǎng)電纜載流能力和熱壽命的影響[J].高電壓技術(shù)，2020，46(4)：1269-1280.MengShaoxin,QianKejun,WangHang,etal.ImpactofEVchargingstrategiesonampacityandthermallifeofdistributioncableswithconsiderationofharmonicdistortions[J].HighVoltageTechnology,2020,46(4):1269-1280.

　　[4]Ortega-VazquezMA,BouffardF,SilvaS.Electricvehicleaggregator/systemoperatorcoordinationforchargingschedulingandservicesprocurement[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2013,28(2):1806-1815

　　作者：崔楊1，劉柏巖1，趙鈺婷1，王茂春2，王錚3