兼顾车主满意度的电动汽车最优峰谷分时电价定价方法

摘要

本发明涉及一种兼顾车主满意度的电动汽车最优峰谷分时电价定价方法，具体包括以下步骤：（1）建立最后一次行程结束时刻和日行驶里程的概率模型；（2）建立电动汽车充放电的需求响应模型：（2a）A类电动汽车的需求响应模型；（2b）B类电动汽车的需求响应模型；（2c）C类电动汽车的需求响应模型；（3）建立最优峰谷分时电价求解模型。本发明从影响电动汽车功率需求的两大因素，即充电开始时刻以及日行驶里程入手，建立了电动汽车的充、放电功率模型，然后基于电动汽车车主满意度以及电网利益的考虑，建立了一套适用于电动汽车充、放电的最优峰谷分时电价求解方案，在一定程度上减少了对峰荷机组以及线路的投资。

主权项

1. 一种兼顾车主满意度的电动汽车最优峰谷分时电价定价方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）建立最后一次行程结束时刻和日行驶里程的概率模型：用极大似然估计的方法分别将车辆最后行程返回时刻和日行驶里程近似为正态分布和对数正态分布，最后一次行程结束时刻，即开始充电时刻，其概率密度函数为：(1)式中：μ_S=17.6；σ_S=3.4；日行驶里程表示一辆电动汽车单日内行驶里程，其服从对数正态分布，概率密度函数为：(2)式中：μ_D=3.20；σ_D=0.88；从时刻i到i+1内开始充电的电动汽车均从i时刻开始充电为：              (3)式中：N_i(i=1,2,...,24)是指从时刻i到i+1内开始充电的电动汽车数量，N为电动汽车的总数量；基于电动汽车不同的日行驶里程，对其进行分类，如果一辆汽车日行驶里程处于0到m公里的范围内，则认为该辆车日行驶里程为m公里并标记为第1类电动汽车，行驶里程数在m到2m公里范围内，则认为该辆车日行驶里程为2m公里并标记为第2类电动汽车，同理，不同日行驶里程的汽车将会被分为若干类别；在时刻i开始充电的行驶里程为第k类的电动汽车数量可表示为：(4)行驶里程为第k类电动汽车的充电时长可表示为：(5)式中：S_k表示行驶里程为第k类的电动汽车的日行驶里程，W为汽车每行驶一百公里所消耗的电能，P_c为充电功率；（2）建立电动汽车充放电的需求响应模型：在峰谷分时电价方案实施后，根据电动汽车对电价的响应方式不同，将电动汽车分为A、B、C三类：A类电动汽车：在峰谷分时电价方案实施后，此类电动汽车将对电价做出响应，改变充电开始时刻，转移充电负荷，以获取相对低廉的电费支出，但此类电动汽车不参与V2G放电；B类电动汽车：在峰谷分时电价方案实施后，不改变充电开始时刻，但参与V2G，在能够获得放电收益的时段向电网送电，并因此相应的延长充电时长；C类电动汽车：在峰谷分时电价方案实施后，既不改变充电开始时刻也不参与V2G，即对电价无任何响应，与峰谷分时电价方案实施前的充电行为一致；在对电动汽车状态以及响应分类的基础上，研究电动汽车用户的电力需求对电价的具体响应是实现电动汽车充、放电建模的关键步骤：当电价升高时充电的需求会相应减少，在V2G模式下，放电电量将会随电价增长而上升；对于电价所引发的电力需求侧响应即所谓的由弹性系数所表示的需求价格弹性如下：(6)式中：Δd和Δρ分别代表需求与价格的变化量，d₀和ρ₀分别代表需求和价格的基准值；每种类型用户对应一种对电价反应曲线；居民分时电价综合反应曲线来近似表征电动汽车用户对电费的响应关系，如下式：(7)式中：x为电费变化率，φ(x)为车辆数量变化率；（2a）A类电动汽车的需求响应模型：一辆在i时段开始充电的、行驶里程为第k类的电动汽车，其达到满充所需缴电费表示为：(8)式中：Q_ik为一辆第k类汽车，在i时段开始充电直至满充所交的电费；ρ_n表示在n时段的电价；在时段i开始充电的、行驶里程为第k类的电动汽车能够将充电开始时刻从i转移至能使充电费用最小的时段j(j∈[i+1,i+12-T_ik])，一方面满足结束当天行驶时刻之后的12个小时内充满电的设定，另一方面达到负荷转移的目的；对于A类电动汽车，在峰谷分时电价实施后，行驶里程为第k类的电动汽车在j时段开始充电的数量等于从i时段转移至j时段的数量，记做N_jk^A：(9)（2b） B类电动汽车的需求响应模型： B类电动汽车车主会选择在能够获得最大放电收益的时段向电网送电，并因此相应的延长充电时长，从而可赚取价格差作为回报；日行驶里程为第k类的电动汽车的放电能力是满状态下电池电量与日行驶所消耗的电量之间的差额，日行驶里程越大的汽车用于行驶的电能消耗的多，所具备的放电能力就越小，反之则放电能力越大，在恒定的放电功率情况下，其放电能力可用放电时长来表示：(10)式中：S_max表示最大日行驶里程数，用以表征满状态下电池电量；因为实际中电池放电不能全放光，所以η表示放电的容量约束，W为汽车每行驶一百公里所消耗的电能，P_d为放电功率；假设峰时段为t₁,t₂,…t_f，考虑到峰谷时段的划分安排，日行驶里程为第k类，在i(i∈[t₁,t₂,…t_f,…,t_f+12])时段下开始充电的电动汽车均可以不同程度的参加V2G向电网放电；其最终放电时长与i和k这两个变量有关，经过相关计算比较，可得到使电动汽车用户受益最大化的实际最终放电时长的值，记做T_ik^V2G；由于参与V2G的电动汽车将多余的电能向电网放电，其充电时间将会相应的延长，记做T_ik^B：(11)在电价的刺激下，在i时段的第k类电动汽车参与V2G项目时，其所应缴纳的电费等于充电费用减去放电收益，可由下式得到：(12)因为B类电动汽车在峰谷电价实施后比之前多了放电行为，这将会导致对电池价值的额外损耗，故将电池的放电损耗纳入成本分析；选择参与V2G放电的汽车数量因峰谷电价差的拉大而增加，参加V2G的i时段、行驶里程为第k类的电动汽车数量记做N_ik^B，表示如下:(13)式中： V表示动力电池成组后的单位成本，τ表示电动汽车电池的装载容量，γ表示电池充放循环次数，Q_ik-Q_ik^V2G为参与V2G的单台电动汽车在选择不参与V2G与参与V2G时所缴电费差额，其值必须大于因V2G所导致的电池价值的损耗，否则车主会因为参与V2G得不偿失而拒绝向电网送电；（2c）C类电动汽车的需求响应模型：对于对电价无响应的C类电动汽车来说，在时段i，第k类汽车数量可表示为：(14)根据以上公式，在实施峰谷分时电价和V2G后，每个时段的平均负荷可由计算得出(15)式中：ρ_f是峰时段电价，ρ_p是平时段电价，ρ_g是谷时段电价；（3）最优峰谷分时电价求解模型：本发明中所建立的峰谷电价模型旨在统筹考虑电网及车主双方的利益，一方面利用削峰填谷来达到提高电网负荷率的需求侧管理目的，另一方面人性化的提高车主对峰谷分时电价制定的满意程度；（3a）用户满意度：本发明中的用户满意度是指从电动汽车车主用电方式满意度和电费支出满意度两个不同方面进行的考量；①用电方式的满意度，是衡量用户用电方式的变化量的指标，在未实行峰谷电价之前，车主在结束当日行程后立即进行充电，此时用户的用电方式满意度最大；实行峰谷电价后，车主通过改变开始充电时刻以及是否参加V2G来减少电费，从而形成新的负荷曲线，这意味着车主将自己的一部分用电自由来换取经济利益，因此用电方式的满意度可表示为：(16)式中：l(t,ρ_f,ρ_p,ρ_g)为电动汽车在施行峰谷电价后在t时段的负荷，l(t)为实施峰谷电价前在t时段的负荷；②电费支出满意度是衡量用户电费支出的变化量的指标：C类车主的充电行为不因峰谷电价而改变，这将导致他们所缴的电费会有明显增加，因此不能仅仅考虑电网公司和部分车主的利益而过分损害这一部分车主的利益，制定电价方案时应当考虑这部分车主的电费不会因峰谷拉开比扩大而过分增加，电费支出满意度可表示为：(17)式中：Q(t,ρ_f,ρ_p,ρ_g)为该部分电动汽车实施峰谷电价后所缴电费，Q₀为实施峰谷电价前所缴电费；（3b）目标函数：优化目标为峰负荷最小、峰谷差最小、电动汽车购电费用R₂最小、全体电动汽车用户用电方式满意度λ最大以及C类电动汽车用户电费支出满意度θ最大这五个目标函数：(18)式中：l_t为电动汽车在施行峰谷电价后在t时段的负荷，L_t为一组某地区典型日负荷数据；约束条件包括确保供电公司获利、确保车主收益以及对电价范围的约束，表示如下：(19)式中：ρ⁰峰谷分时电价实施前的电价，l_t⁰峰谷分时电价实施前在t时段的电动汽车用电量，ρ_t峰谷分时电价实施后在t时段的电价，l_t峰谷分时电价实施后在t时段的电动汽车用电量，S₁为供电侧缓建电网的收益，S₂为政府对供电公司的补贴，R₁为实施分时电价前全体电动汽车的电费，R₂为实施分时电价后全体电动汽车的电费，ρ_tmin、ρ_tmax为监管部门规定的t时段电价的上下限；利用粒子群算法对多目标分时电价优化问题进行求解，得到一组Pareto最优非劣解，并根据模糊集理论来确定最优折衷解，每个Pareto解中各目标函数对应的满意度u_i可用偏小型半梯形和偏大型半梯形模糊隶属度函数来表示，其中偏小型半梯形模糊隶属度函数定义如下：(20)f_i^max是第i个目标函数的最大值，f_i^min是第i个目标函数的最小值，再采用下式求得Pareto解集中各个解的标准化满意度：(21)最后通过比较，选取出具有最大μ值的Pareto最优解作为最优折衷解。