关键词：
公交充电站集群
电力市场交易
电量分解策略
有序充电调度
偏差考核
摘要：
二次电改推动中国电力市场逐步建立中长期市场与现货市场相结合的交易模式,大量购电主体在电力交易中,需要基于自身负荷特性,优化交易决策和运行控制。目前国内电动公交车快速发展,由大量城市电动公交充电站组成的充电站集群用电量庞大,通过参与电力市场交易可以大幅度降低购电成本,有利于提高新能源发电的消纳能力。相比较于其他常规负荷,城市电动公交充电集群参与电力市场交易过程中存在着公交充电站数量多,负荷波动大等不利因素,但也具有充电设备可控性强,具备可实现系统控制的统一监控平台等优势。针对电力市场的交易规则,如何建立充电站集群电力交易的系统构架,并实现集群总负荷偏差实时修正是主要问题。充电站集群用电量受季节影响呈明显的周期波动性,单日充电负荷又受工作日、节假日、交通状态等影响具有较强的随机性,为满足电力交易中长期电量分解以及日分时负荷曲线优化分解,建立适合于充电负荷的中长期电量分解和日分时曲线分解策略是一个技术难点。城市公交充电站运行车次多,充电桩数量和配电容量限制大,同时必须满足公交车运行时刻需要,建立基于电动公交车运行特性和充电桩控制特性的充电站有序充电调度方法是基于运营规划实现日前电费优化的重要手段,也是优化日电量分解的重要前提条件。电力交易中实时市场偏差考核是影响电力交易经济性的重要原因,除了基于有序充电调度的运营控制手段以及基于优化日电量分解的交易申报策略,如何利用储能系统控制实时负荷偏差也是影响城市电动公交充电集群参与电力市场交易经济性的主要问题。为此,本文开展以下四个方面的研究工作:(1)基于电动公交充电站集群及个体独特的负荷特征,建立中长期市场电费成本模型、现货市场电费成本模型和年度总电费成本模型,据此分析成本主要影响因素。根据影响因素和负荷特征,提出适用于充电站集群的集中式管理耦合分散式控制的两级管理架构,详细分析两级管理架构中,集群充电管理系统和单个充电站各自需要承担的交易、决策、管理和运行控制任务,实现充电站集群的交易决策和充电站个体运行控制相耦合的综合优化。(2)针对中长期市场与现货市场衔接的问题,基于年度电费总成本模型,建立等效单日电费结算模型,提出中长期电量分解为日电量的优化分解策略,以及日电量分解为日分时曲线的优化分解策略。基于充电站集群用电特征的精确预测,提出基于X12季节调整法的日电量优化分解策略,实现中长期电量到日电量的合理分解。提出基于主成分分析法和聚类方法的典型负荷曲线提取方法,以及基于粒子群算法的日分时曲线优化分解策略。提出中长期电量在日前市场的等效度电成本概念,通过优化分解策略提高中长期电量的日前市场等效度电成本,可以扩大中长期交易中交易电价的选择范围,实现等效降低日前市场电费的目的。(3)针对日前市场电价波动,开展以日前电费最优化为目标的第二天有序充电规划,实现公交车充电优化控制。针对求解模型中车次数量庞大,充电桩数量约束严格等问题导致的求解困难问题,本文提出基于列生成算法的模型求解方法,将有序充电规划模型分解为满足充电桩数量约束的主问题和每辆车单次充电成本最优化的子问题,有效降低有序充电规划模型的求解难度。通过大规模电动公交充电站的案例验证,该方法可以有效降低日前市场的充电成本,同时满足日前市场中大规模充电站有序充电规划的全部约束条件。(4)针对配有储能装置的充电站,通过日前优化负荷与实时优化负荷的关联变量,提出了储能装置的两阶段优化控制策略,实现了削峰填谷和控制现货市场负荷偏差的多目标控制,通过案例分析验证该优化策略可以实现现货市场电费成本的综合优化。根据储能配置容量影响因素的敏感性分析,提出优化控制策略中多时间尺度控制步长是影响储能配置容量的主要因素。通过控制策略中关键参数的优化选取,验证该策略的储能容量需求较小,广泛适用于现货市场电价和负荷曲线随机波动的场景。
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