phev充放電管理的研究

phev充放電管理的研究

0phev動態(tài)規(guī)劃的研究進展與純粹電動汽車相比，配備內(nèi)燃汽油的插電混合汽車（phv）具有長期保持的特點，因此它適合遠程駕駛，已成為消費者的競爭產(chǎn)品。2017年全國銷售新能源乘用車556393輛，同比增長69%。PHEV全年累計銷量107573輛，占新能源乘用車總量的19%，累計同比增速34%國內(nèi)外針對PHEV最優(yōu)充電的規(guī)劃方法做了大量的研究。文獻本文考慮在市場環(huán)境中對PHEV的充放電進行短期管理，研究的主要內(nèi)容是：在市場環(huán)境下對單臺PHEV或是大規(guī)模PHEV進行管理的有效算法；假設(shè)PHEV按照給定算法進行管理，如何為電力系統(tǒng)提供靈活性的貢獻。結(jié)合國內(nèi)某城市的充電電價和PHEV駕駛模式的調(diào)查數(shù)據(jù)進行實例分析，說明了動態(tài)規(guī)劃問題的結(jié)果。分析表明，PHEV充放電的靈活性很大程度上取決于充電電價的變動。但是這種靈活性在單日周期表現(xiàn)明顯，在長時間周期上表現(xiàn)則十分有限。1車輛運營商對車輛充電和放電的靈活性在目前的市場機制下，PHEV基于市場充電電價機制進行充電和放電操作。從參與電力現(xiàn)貨市場的車輛運營商的角度來看，如何最佳地對PHEV進行充放電管理，同時考慮到車主的駕駛需求和充電電價的變化，是其所要解決的問題。個人車主的單臺PHEV可以直接進入市場進行充放電交易，這種是最小規(guī)模的交易，交易成本小。而車輛運營商的加入，可以促進市場參與本文對PHEV充電和放電的靈活性做出如下假設(shè)：車主是消費者，允許車輛運營商影響市場價格；由于工作時間固定，車主在用車方面缺乏靈活性，可假設(shè)用車需求是固定的；PHEV停放時總是處于充電狀態(tài)，因此在這種狀態(tài)下充電和放電操作均可進行。同時，車輛運營商也無法控制PHEV的行駛習(xí)慣，但能夠完全控制PHEV在停車時的充電和放電操作。本文首先制定單個車主的PHEV充放電最優(yōu)方案，然后再將該方案擴展到大規(guī)模PHEV最有充放電方案上。1.1稱重傳感器性能的關(guān)系為了描述電力價格如何受到PHEV總負荷的影響，假設(shè)價格是負荷的線性增加函數(shù)并將其定義為：式中，p1.2不確定性駕駛模式考慮例如一天、一周或一個月時間范圍[0,T]，并將其離散化為1h或者0.5h的時間間隔[t,t+1],t=0，…，T-1?；趯嶋H數(shù)據(jù)情況，本文取離散化的時間間隔為1h。決策變量l考慮到損耗，參數(shù)η表示充電效率，參數(shù)ρ表示發(fā)動機效率，其中0<η<1,0<ρ<1。在實際生活中，車主的工作時間、用車時間和駕駛路線相對固定，因此車主的短期駕駛行為在很大程度上是可以預(yù)測的，因此本文采用確定性的駕駛模式。用d對于每個時間間隔[t,t+1]，車輛運營商必須做出以下決定：PHEV停車時，是否要對其充電并以多大速度進行充電；PHEV在使用時，是否使用內(nèi)燃發(fā)動機并消耗多少燃油。因此，最佳的決策方案取決于如何合理的控制充電、放電和使用內(nèi)燃發(fā)動機的成本，用c(u最優(yōu)充電的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型為：式中，t=0，…，T-1,l2狀態(tài)空間離散化最優(yōu)充電問題只包含每周連續(xù)幾個小時的一個環(huán)節(jié)，即通過對電池狀態(tài)的平衡約束，使其易于動態(tài)規(guī)劃。為了解決這個問題，將充電的電池狀態(tài)和充電電價作為狀態(tài)變量，將充電、放電和使用發(fā)動機的速率作為控制變量。則動態(tài)變成遞歸式式中，ζ為了簡化計算，對狀態(tài)空間離散化處理。將電池狀態(tài)[l此方案總是在離散狀態(tài)之間生成轉(zhuǎn)換，因此不需要在這些狀態(tài)之間進行插值。如果方案滿足充放電和發(fā)動機供應(yīng)容量的上下限約束，令：則階段t問題可以重新表述為：這需要（I+1)3大規(guī)模phev的動態(tài)規(guī)劃將式（3）擴展到大規(guī)模PHEV充放電的動態(tài)規(guī)劃中。用k=1，…，K表示車的數(shù)量，用決策變量l作類似推廣，超額運行成本由向量c(u因此，大規(guī)模PHEV的動態(tài)規(guī)劃公式為：式中終端條件為ζ4行駛里程模型構(gòu)建具有代表性的PHEV行駛里程模型對于充放電的規(guī)劃至關(guān)重要，假設(shè)PHEV的駕駛習(xí)慣和傳統(tǒng)燃油汽車相似。在動態(tài)規(guī)劃問題中，對狀態(tài)空間進行離散化處理，這是用于單臺PHEV的規(guī)劃問題，但是應(yīng)用于大規(guī)模PHEV規(guī)劃問題中會產(chǎn)生維數(shù)過高，難以計算的問題。從構(gòu)建日常行駛里程模型開始，以小時為單位，對每輛車的在一周7天內(nèi)和一天24h內(nèi)的行程進行記錄，并以小時為單位計算行駛里程。假設(shè)車輛按照該算法所建議的方式運行，單臺PHEV和大規(guī)模PHEV動態(tài)規(guī)劃算法的結(jié)果如下。4.1典型周充電模式研究為了結(jié)果的準確性，首先分析單臺PHEV模型的結(jié)果。選擇一輛PHEV和兩個具有代表性的周，其中一個周內(nèi)價格高（平均479元/MWh），另一個周內(nèi)價格正常（平均184元/MWh）。在高價周內(nèi)20%的充電用于放電，表明了PHEV在高價周的儲能潛力。在價格正常周，PHEV的儲能潛力非常有限。這兩周不同的放電速率可以用相對較高的電池磨損成本來解釋，除非以高價將存儲的電能售出，否則當(dāng)前的充電操作是無利可圖的。本文僅研究典型周的充電模式。單臺PHEV的模型分析如圖1所示，在典型周工作日內(nèi)的收費占到總收費的83%。只靠電池供電無法滿足車主工作日1～2h加上周末平均3h的用車需求，夜間充電占總充電量的92%。4.2大規(guī)模phev模型分析為了簡化計算，僅研究典型周的充電模式。為了顯示大規(guī)模PHEV充放電對充電電價的影響，選取的樣本包括三類PHEV共72500輛，數(shù)量分別為15500輛、25500輛和31500輛，結(jié)果可知大規(guī)模PHEV對于充電電價產(chǎn)生了明顯影響，最大變化為29元/MWh。大規(guī)模PHEV的模型分析如圖2所示，存在價格效應(yīng)時，工作日收費的數(shù)量幾乎不受影響，表明其可以提供有限的日常靈活性；如果沒有價格效應(yīng)，可以盡可能在充電電價較低時對PHEV進行充電。5動態(tài)規(guī)劃算法本文提出了一種在市場環(huán)境中對PHEV的最優(yōu)充放電進行動態(tài)規(guī)劃的算法，并研究了PHEV為電力系統(tǒng)提供的靈活性。充電電價實際上反映了用電量的變化，也影響著可再生能源例如風(fēng)能的出力，當(dāng)用電量低或風(fēng)力發(fā)電量高時，適合對PHEV進行充電。然而，盡管某一時段，汽車充電的總需求較低，但風(fēng)力出力在這段時間可能并不高，因此PHEV幫助整合波動的可再生能源生產(chǎn)的能力可能有限。動態(tài)規(guī)劃算法可以從多個方面進行改進和擴展，在算法的每次迭代中，本文通過完整的枚舉來解決問題，但同樣可以從線