[發明專利]基于EV車主意愿的電力交通耦合系統協調博弈調度方法

有效

• 申請號: 202011453445.7
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112487560B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 洪葉;張立東;張連花;楊彬;王小燁;江和和;朱曉奇;胡楠;周蘇洋
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司南通供電分公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06Q10/04;G06Q30/02;G06Q50/06;G06F111/04;G06F111/08
• 代理公司: 蘇州市港澄專利代理事務所(普通合伙) 32304
• 代理人: 范佳晨

1.基于EV車主意愿的電力交通耦合系統協調博弈調度方法，其特征在于，所述電力交通耦合系統協調博弈調度方法包括以下步驟：

步驟(1)：建立交通網絡的模型，包括基于圖論建立的交通網絡拓撲模型和EV車主充電行為模型；

步驟(2)：建立電力交通耦合網絡雙層協調博弈調度模型，上層電力網絡以配電成本最低為優化目標，考慮網絡約束建立優化模型，下層交通網絡中各充電站以自身收益最大化為目標，建立非合作博弈模型；

步驟(3)：求解雙層優化模型，采用二階錐規劃方法求解上層電網最優潮流問題，并通過潮流追蹤法獲取電網節點電價，針對下層交通網絡中充電站的非合作博弈問題，采用貪心算法求解，上下層子問題的優化變量交替迭代，直至問題收斂，實現系統的統一調度和優化運行；

步驟(1)中建立所述交通網絡的模型的過程為：

(1)建立所述交通網絡的拓撲模型，基于圖論知識，用圖G(V,E)(t)表征所述交通網絡拓撲，其中節點集合V表示所有的交叉路口，邊的集合E表示所有的路段；考慮到道路長度和阻塞情況，t時刻的交通網絡G被認為是有向賦權圖，每個路段的權重為：weight_e,t＝lr_e(1+bs_e,t)，lr_e表示路段e的長度，bs_e,t表示路段e在t時刻的阻塞信號；

(2)EV車主充電行為模型包括充電概率模型和充電意愿模型：

所述EV車主充電概率模型為SOC_m表示EV m的荷電狀態，表示防止電池過度放電的荷電狀態最低值；認為SOC_m小于時EV m必須前往充電站充電，即充電概率A_m為1；SOC_m介于和100％之間時，充電概率A_m與SOC_m負相關，τ表示充電概率相關的參數；

所述充電意愿模型：

采用Dijkstra算法確定距離參數：d＝Dijkstra(G(V,E),weight,source,target)；

首先，計算前往充電站k充電的繞行距離為d_m,k＝d_SPm,k+d_k,TPm-d_SPm,TPm，d_SPm,k,d_k,TPm和d_SPm,TPm分別表示從起始點SPm到充電站k，從充電站k到目的地TPm，以及從起始點SPm到目的地TPm的最短行駛里程數；

其次，基于d_SPm,k，計算得到EVm行駛至充電站k時的電池荷電狀態：γ_m表示EVm的單位行駛里程耗電量，kWh/km；

再次，判斷是否滿足d_SPm,k＜d_SPm,TPm，d_k,TPm＜d_SPm,TPm，

再次，計算EV m選擇充電站k的充電意愿f(d_m,k)＝α₁·(1-(α₂·d_m,k+α₃)^-1)，α₀,α₁,α₂,α₃為相關的參數；

再次，充電意愿與充電價格的關系為α₄,α₅表示相關的參數，表示區域充電價格的均值；

最后，EV車主選擇充電站的充電意愿綜合表示為ω₁,ω₂和ω₃分別為三項因素占據的權重，為EV m選擇充電站k的忠誠度，當充電站k的充電等級與車主的偏好一致時，等于1，否則為0；

建立雙層協調博弈調度模型的具體步驟為：

首先，為了保證所提調度策略的效果，在構建雙層協調博弈調度模型前，做出以下六項基本假設：

假設1：EV車主和充電站之間的數據交互借助于先進的無線通信技術和GPS設施實現；

假設2：認為交通流和可再生能源發電的歷史數據能夠分別從當地的氣象局和交通部門獲得；獲得的數據將在一個高級數據聚合器中處理并應于預測，這個數據聚合器部署在云計算機服務器上；

假設3：基于道路上的車輛情況和實時播報的充電站運行狀態，數據聚合器處理交通流信息并向交通網絡上的所有EV播報道路阻塞信息；

假設4：所有的充電站和EV都被認為是理智的參與者，即追求自我利益或效用最大化；

假設5：本發明中所涉及的可再生能源發電量指的是充電站附近消納不掉的風電或光電，被認為是免費或是成本很低；

假設6：認為EV充電過程完成后，充電站會向EV車主收取超時費用，因此EV抵達充電站之后的等待時間忽略不計；

其次，搭建上層電力網絡中的電力潮流優化模型，包括

(1)上層電力系統的目標函數為發、配電總成本最低：C_Gn單位發電成本，C_Tij為單位配電成本；

(2)上層模型需要滿足電力潮流等式約束j_u為電力潮流方向流入j的節點集合；j_d為電力潮流方向從j流出的節點集合；P_Lj,t與Q_Lj,t為節點j消耗的有功和無功電功率；P_ij,t與Q_ij,t為節點i與j之間的潮流；R_ij與X_ij表示節點i與j之間線路的阻抗參數；U_i,t與U_j,t表示節點i與j的電壓；I_ij,t表示節點i與j之間的電流；

(3)電壓電流約束U_i,min≤U_i,t≤U_i,max，|I_ij,t|≤I_ij,max，U_i,min與U_i,max為節點電壓的最小值與最大值；I_ij,max為線路電流的最大值；

再次，下層交通網絡中各充電站以自身收益最大化為目標，建立非合作博弈模型：

(1)構建充電站優化策略：

下層交通網絡中每個充電站的收益等于向EV提供充電服務的收入減去向上層電網購電的費用，maxP_k,t＝p_k,t·D_k,t-LMP_k,t·max(D_k,t-RE_k,t,0)；

充電站的充電價格還需滿足：和為充電站收費價格的上下限；

(2)構建非合作博弈模型：

定義如下所示：

參與者：所有共計K個充電站；

策略：對于每個充電站k，選取一個充電價格策略p_k,t,δ_k為充電站k的價格策略集合；

收益：第k個充電站獲得的收益為P_k,t(p_k,t,p_-k,t)，p_-k,t指的是除去充電站k之外所有其他充電站的價格策略；

若找到非合作博弈模型的廣義納什均衡，下層交通網絡會達到均衡狀態；廣義納什均衡的定義為

對上層電網最優潮流問題和下層交通網絡非合作博弈問題的求解過程為：

首先，上層電網的潮流等式約束中，電流、電壓和有功無功之間為非線性關系，需要進行線性化處理，根據優化結果，需要采用潮流追蹤法計算節點電價，具體過程為：

(1)采用二階錐松弛的方法處理式中的平方項，將非線性問題轉化為凸優化線性問題：

通過商業求解器求解：引入兩個變量對潮流約束中的平方項進行松弛，令α_ij,t＝I2 ij,t，β_i,t＝U2 i,t；從而等式I2 ij,t＝(P2 ij,t+Q2 ij,t)/U2 i,t轉化為

將轉化為

(2)采用潮流追蹤法計算上層電網節點電價：

基于最優潮流的結果，每個充電站節點的節點邊際價格通過潮流追蹤法獲得：為發電部分的費用組成，為配電部分的費用組成，A_u為電網的上溯矩陣，A_d為電網的下溯矩陣，

其次，采用貪心算法求解下層交通網絡的非合作博弈，具體過程為：

(1)為了找到廣義納什均衡解，提出了一個等價定義：

定義：如果p_t^*是優化問題minF(p_t)的最優解F(p_t^*)，且最優解等于0，那么p_t^*也是非合作博弈問題的廣義納什均衡解；

F(p_t)的優化問題定義為：

必要性證明：如果p_t^*是非合作博弈問題的廣義納什均衡解，那么對于任意k屬于K，有等于因此，F(p_t^*)等于0；又有F(p_t)必須大于或等于0，顯然p_t^*是優化問題minF(p_t)的最優解；

充分性證明：對于任意k屬于K，顯然有P_k,t(p_k,t)大于或等于minP_k,t(·,p_-k,t)；因此如果p_t^*是優化問題minF(p_t)的最優解，且等于0，必然有對于任意k屬于K，等于因此，p_t^*也是非合作博弈問題的廣義納什均衡解；

(2)采用貪心算法求解下層交通網絡非合作博弈問題。