【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 7)其中， (318)式中，t∈1，2，…，T；T為研究周期內(nèi)的小時(shí)數(shù)，取24，即研究日實(shí)時(shí)電價(jià)；L(t)為時(shí)段t的常規(guī)負(fù)荷值；PC(t)為時(shí)段t愿意參與V2G的電動(dòng)汽車充電功率；PNC(t)為時(shí)段t不愿意參與V2G的電動(dòng)汽車充電功率；PW,F(t)為時(shí)段t風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)值。約束條件應(yīng)包括確保所有愿意參與V2G的電動(dòng)汽車在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)總的充電功率保持不變，即充電量等于用電量，以及對(duì)充電功率的約束，表示如下： (319)式中，Pi(t)為第i輛電動(dòng)汽車在時(shí)段t的充電功率，Pi(t)0表示充電，Pi(t)0表示放電。一般情況下，在用電高峰時(shí)段，將電價(jià)調(diào)高，鼓勵(lì)用戶放電；而在用電低谷階段，將電價(jià)降低，鼓勵(lì)用戶充電，從而可以達(dá)到以電價(jià)引導(dǎo)電動(dòng)汽車充放電來實(shí)現(xiàn)移峰填谷的目的。對(duì)于由電價(jià)升降所引發(fā)用電量的變化即彈性系數(shù)ε，其計(jì)算公式如下所示[18]： (3110)qt1和qt2分別表示時(shí)段t的參考電價(jià)和當(dāng)前電價(jià)；pt1和pt2分別表示時(shí)段t的參考負(fù)荷值和當(dāng)前負(fù)荷值。為確保車主愿意參與V2G，對(duì)于這部分用戶在電價(jià)上具有如下優(yōu)惠：放電電價(jià)為日前電價(jià)與當(dāng)日電價(jià)的較大值，充電電價(jià)為日前電價(jià)與當(dāng)日電價(jià)的較小值，如式(11)所示；而不愿意參與V2G的用戶與其相反。 (3111)式中，qcha(t)為時(shí)段t的充電電價(jià)；qdischa(t)為時(shí)段t的放電電價(jià)；qahead(t)為時(shí)段t的日前電價(jià)；qday(t) 為時(shí)段t的當(dāng)日電價(jià)。 程序設(shè)計(jì)程序以在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，愿意參與V2G的電動(dòng)汽車充電功率作為染色體個(gè)體，采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化前后電網(wǎng)的等效負(fù)荷曲線。其中算法參數(shù)的選擇如下：初始種群大小為50；最大遺傳代數(shù)為3000次；；。算法流程如圖2所示。圖32 優(yōu)化算法求解過程優(yōu)化算法求解的主要過程如下：1) 輸入常規(guī)負(fù)荷L(t)；風(fēng)電預(yù)測(cè)功率PW,F(t)；車主互動(dòng)意愿率β及電動(dòng)汽車數(shù)量N。2) 構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)及相應(yīng)的約束條件。3) 初始化種群。以(PC(1), PC(2),…, PC(T))i作為染色體個(gè)體，在取值范圍內(nèi)隨機(jī)生成50個(gè)初始化個(gè)體。每個(gè)個(gè)體均采用實(shí)數(shù)編碼。4) 判斷生成的種群是否滿足優(yōu)化模型的約束條件，如不滿足則丟棄此種群。5) 以等效負(fù)荷方差的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，計(jì)算每個(gè)染色體的適應(yīng)值，并記錄產(chǎn)生最小方差的個(gè)體(PC(1), PC(2),…, PC(T))i。6) 通過旋轉(zhuǎn)輪賭法選擇染色個(gè)體，并對(duì)其進(jìn)行交叉和多窗口變異操作，產(chǎn)生子代種群。7) 反復(fù)迭代尋優(yōu)，直至達(dá)到最大遺傳代數(shù)，并輸出全局最優(yōu)個(gè)體。8) 計(jì)算日前電價(jià)，并輸入實(shí)測(cè)風(fēng)電功率，滾動(dòng)計(jì)算當(dāng)日電價(jià)。 算例結(jié)果以某地區(qū)典型日負(fù)荷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)負(fù)荷，電動(dòng)汽車充放電相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：N=10000，β=，qt1=?h，ε=。功率基值為100WVA。圖33(a)，34(a)，35(a)，36(a)中將優(yōu)化前后電動(dòng)汽車的充電功率曲線與風(fēng)電功率曲線和日負(fù)荷曲線疊加得到包含風(fēng)電和電動(dòng)汽車的負(fù)荷曲線。（a）包含風(fēng)電和電動(dòng)汽車的負(fù)荷曲線（b）日前電價(jià)和當(dāng)日電價(jià)的曲線圖33風(fēng)電功率曲線具有正調(diào)峰特性，風(fēng)電滲透率為60%，預(yù)測(cè)誤差為30% 圖33(b)，34(b)，35(b)，36(b)的曲線顯示了與之相對(duì)應(yīng)的日前電價(jià)和當(dāng)日電價(jià)的曲線。日前電價(jià)給出了第二天電價(jià)的變化趨勢(shì)，而當(dāng)日電價(jià)則為修正風(fēng)電預(yù)測(cè)功率的誤差，采用以一個(gè)小時(shí)為一個(gè)時(shí)段制定電價(jià)。圖33(b)顯示了具有正調(diào)峰特性的風(fēng)電功率曲線且風(fēng)電滲透率為60%，預(yù)測(cè)誤差為30%情況下的電價(jià)曲線。圖34(b)顯示了具有正調(diào)峰特性的風(fēng)電功率曲線且風(fēng)電滲透率為60%，預(yù)測(cè)誤差為10%情況下的電價(jià)曲線。由此可知，風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差越大，日前電價(jià)與當(dāng)前電價(jià)之差就越大。（a）包含風(fēng)電和電動(dòng)汽車的負(fù)荷曲線（b）日前電價(jià)和當(dāng)日電價(jià)的曲線圖34風(fēng)電功率曲線具有正調(diào)峰特性，風(fēng)電滲透率為60%，預(yù)測(cè)誤差為10% （a）包含風(fēng)電和電動(dòng)汽車的負(fù)荷曲線（b）日前電價(jià)和當(dāng)日電價(jià)的曲線圖35風(fēng)電功率曲線具有反調(diào)峰特性，風(fēng)電滲透率為60%，預(yù)測(cè)誤差為10%圖35(b)顯示了具有反調(diào)峰特性的風(fēng)電功率曲線且風(fēng)電滲透率為60%，預(yù)測(cè)誤差為10%情況下的電價(jià)曲線。由圖34(b)和圖35(b)可知，具有反調(diào)峰特性的風(fēng)電功率曲線將導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷曲線峰谷差變大以及實(shí)時(shí)電價(jià)曲線峰谷差的拉大。（a）包含風(fēng)電和電動(dòng)汽車的負(fù)荷曲線（b）日前電價(jià)和當(dāng)日電價(jià)的曲線圖36風(fēng)電功率曲線具有反調(diào)峰特性，風(fēng)電滲透率為30%，預(yù)測(cè)誤差為10%圖36(b)顯示了具有反調(diào)峰特性的風(fēng)電功率曲線且風(fēng)電滲透率為30%，預(yù)測(cè)誤差為10%情況下的電價(jià)曲線。由圖35(b)和圖36(b)可知，將具有反調(diào)峰特性的風(fēng)電功率曲線接入電網(wǎng)后，風(fēng)電滲透率越低，電網(wǎng)負(fù)荷曲線越平緩，實(shí)時(shí)電價(jià)曲線的峰谷差越小。并且在實(shí)施實(shí)時(shí)電價(jià)引導(dǎo)電動(dòng)汽車進(jìn)行V2G后，電網(wǎng)負(fù)荷曲線得到了一定程度的改善。4 多目標(biāo)系統(tǒng)控制的充放電機(jī)集群控制模型 參數(shù)設(shè)置的基本思路在每日24點(diǎn)之前，對(duì)電池更換站內(nèi)的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以進(jìn)行下一次日前計(jì)劃的制定。包括站內(nèi)所有充電機(jī)的工作狀態(tài)、站內(nèi)所有充電機(jī)的故障情況、站內(nèi)所剩電池的信息（A、B、C各組充已經(jīng)充好的以及未充電電池的數(shù)量） 電池排隊(duì)理論對(duì)于各組電池，將已經(jīng)充好的電池和沒有充好的電池分開進(jìn)行排隊(duì)。正在充電的和等待充電的電池排成一組，依次進(jìn)行充電。當(dāng)充好一塊電池時(shí)，將其排到已充好電池組隊(duì)列的末端，需要放電時(shí)，流水線從已充好電池組的隊(duì)列前段提取電池，連接充放電機(jī)進(jìn)行放電。當(dāng)有用戶進(jìn)站需要更換電池時(shí)，也從已充好電池組的隊(duì)列前段提取電池更換給用戶，同時(shí)，將用戶更換下來的空電池放入未充電電池隊(duì)列的末端進(jìn)行排隊(duì)。通過分開排序的方法，可以避免電池出現(xiàn)剛充滿電就進(jìn)行放電的情況，有效減少電池的折損情況。 電池梯度利用以半小時(shí)為優(yōu)化最小時(shí)間單位，優(yōu)化時(shí)段為24h，根據(jù)次日的進(jìn)站流量密度曲線對(duì)電池更換需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)次日的電池更換站充換電流程進(jìn)行優(yōu)化。認(rèn)為用戶換給充電站的電池均已使用至電量閥值（剩余20%）。按照電池的健康程度，將站內(nèi)的電池按一定比例（如：60%，30%，10%）分為A、B、C三組。A組為健康度較好的電池，參與正常的充電饋電行為，并可以換給用戶；B組為較不健康電池，考慮到其折損情況，不再對(duì)其進(jìn)行饋電操作，僅用于充電并換給用戶；C組為不健康電池，其電池折損較重已不適合電動(dòng)汽車日常使用，因此留在電池更換站內(nèi)，進(jìn)行充電和饋電的經(jīng)濟(jì)運(yùn)作。在此之外需要額外考慮一部分的備用電池，通常為站內(nèi)電池總數(shù)的20%，這部分備用不參與放電收益，僅作為換電備用使用。 電池更換站收費(fèi)制定對(duì)于電池更換站的換電池收費(fèi)與饋電電價(jià)的計(jì)算思路如下：換電站年收益率為：其中， 為換電站每天換電服務(wù)的所有電動(dòng)汽車充電量；為電池更換站充電損耗率；為電池更換站銷售電價(jià)；為電池更換站每年運(yùn)營(yíng)折算成本；為電池更換站向電網(wǎng)購(gòu)電電價(jià)，即充電成本價(jià)為電池更換站建設(shè)成本；F為電池更換站每年租賃電池成本。換一塊電池的價(jià)格=*Q*，其中Q為單塊電池的容量；放電價(jià)格高于換電價(jià)格，取裕度1020%。 變量設(shè)置的基本思路每個(gè)充電機(jī)對(duì)應(yīng)3個(gè)狀態(tài)：充電、放電、和停運(yùn)，對(duì)應(yīng)實(shí)數(shù)[1，0，1]。認(rèn)為電機(jī)的充放電過程均為恒功率，效率均為90%。采取快充模式進(jìn)行充電。設(shè)站內(nèi)的充電機(jī)總數(shù)為M，對(duì)應(yīng)于電池組的分類，同樣也將充電機(jī)按電池組比例分為A、B、C三組，A組充電機(jī)僅對(duì)A組電池進(jìn)行充放電操作，B、C組同理。那么變量矩陣表示為：（421）變量向量設(shè)置為720維變量； （422） 電池更換站基本設(shè)計(jì)模型換電站主要包括車輛數(shù)、備用電池組數(shù)、更換工位數(shù)和配電功率等四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。這些關(guān)鍵參數(shù)和公交車的高峰持續(xù)時(shí)間、高平峰發(fā)車間隔、車輛運(yùn)行周期、電池充電時(shí)間、電池組充電功率等參數(shù)密切相關(guān)。結(jié)合換電站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，給出基本的換電站參數(shù)設(shè)計(jì)模型示意圖41和圖42:圖41換電站參數(shù)設(shè)計(jì)模型圖42車輛運(yùn)行時(shí)間和電池使用時(shí)間 換電站參數(shù)設(shè)計(jì)模型中基本原則(1)換電站設(shè)計(jì)時(shí)要考慮最嚴(yán)峻的情況，也就是要選取一天中高峰時(shí)間最長(zhǎng)時(shí)間段及與它相鄰的平峰時(shí)間段(圖42中加粗的那一段時(shí)間)；(2)更換工位數(shù)的計(jì)算原則要滿足車一進(jìn)站就換電池的要求；(3)模型中的計(jì)算方法是基于換電站為單條線路服務(wù)，并且車輛只運(yùn)行一圈就換電充電。在不同條件下的換電站核心參數(shù)計(jì)算公式如下所示:（1）車輛數(shù)計(jì)算方法當(dāng) 即車輛運(yùn)行一次的時(shí)間大于高峰期持續(xù)時(shí)間條件下的車輛數(shù)為 （423）當(dāng) 即車輛運(yùn)行一次的時(shí)間小于高峰期持續(xù)時(shí)間條件下的車輛數(shù)為 （424）（2）備用電池計(jì)算方法當(dāng)即充電時(shí)間大于高峰時(shí)間條件下的備用電池為 （425）當(dāng)即充電時(shí)間小于于高峰時(shí)間條件下的備用電池為 （426）（3）更換工位數(shù)計(jì)算方法取整 （427）（4）充電功率計(jì)算方法當(dāng)即充電時(shí)間大于高峰時(shí)間條件下的充電功率為 （428）當(dāng)即充電時(shí)間小于高峰時(shí)間條件下的充電功率為 （429）其中，Nc是充換電站內(nèi)的車輛數(shù)，Nb是備用電池組數(shù)，Nk是充換電站需要配置的更換工位數(shù)，Pave是電池組的平均充電功率，P是充換電站需要配置的充電功率。 核心參數(shù)計(jì)算主要影響因素根據(jù)上面的分析，影響換電站配電容量、備用電池組數(shù)、更換通道數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的主要因素有車輛運(yùn)行時(shí)間、電池組充電時(shí)間、電池更換時(shí)間、高峰和平峰的發(fā)車間隔、高峰持續(xù)時(shí)間以及電池組充電功率曲線等。這些參數(shù)可分成兩類:（1）受實(shí)際運(yùn)行工況有較大影響的，需要在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行準(zhǔn)確估算的參數(shù)；1）車輛運(yùn)行時(shí)間2）電池組充電時(shí)間3）電池組充電功率曲線表41對(duì)比了當(dāng)初換電站設(shè)計(jì)的核心參數(shù)和實(shí)際充換電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在換電站配電容量、車輛使用數(shù)、備用電池等參數(shù)存在較大差異。表41換電站設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際使用情況對(duì)比對(duì)比內(nèi)容充電時(shí)間/h車輛數(shù)/輛備用電池組數(shù)/組工位數(shù)/個(gè)配電容量/MW設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)350302實(shí)際數(shù)據(jù)~50242造成核心參數(shù)差異大的核心原因是對(duì)電池組的充電時(shí)間和多組電池同時(shí)充電的功率計(jì)算方法存在較大的誤差，原設(shè)計(jì)中按電池組100%DOD (Depth Of Discharge)放電來計(jì)算充電時(shí)間，實(shí)際上車輛運(yùn)行過程中由于線路運(yùn)行長(zhǎng)度和運(yùn)行時(shí)間的特點(diǎn)和為應(yīng)對(duì)突發(fā)性交通擁堵的情況，車輛回站更換電池的放電深度大約在40%~60%DOD，引起充電時(shí)間的設(shè)計(jì)值與實(shí)際值存在較大差異，從而影響車輛的使用數(shù)量、備用電池?cái)?shù)量以及換電站配電容量。換電站電池組充電是按照電池更換的頻率投入充電，存在多臺(tái)充電機(jī)同時(shí)工作的情況，但由于鋰離子電池充電功率在充