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多主体博弈视角下的电动汽车充放电调度策略探讨

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 日期:2022-10-19
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?笔者认为未来研究可以扩大EV充放电调度演化博弈中博弈主体的种类范围,针对不同类型EV的出行行为特点,考虑不同类型EV之间的博弈关系,以协调安排不同类型EV充放电计划。

第1章 绪论

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电动汽车充放电调度策略的研究

EV的随机性接入对电网的稳定性和可靠性构成巨大威胁,造成电网负荷“峰上加峰”现象,进一步加剧电网调度负担。对EV进行合理地充放电调度,不仅能缓解其规模化无序充电对电力系统带来的严重冲击,还可以帮助电网平缓负荷波动,起到削峰填谷的效果。如何制定更合理的EV充放电调度策略成为重要的研究课题。

目前,大量的模型与算法已被应用与EV充放电优化调度的研究中。在制定调度策略时聚焦用户侧经济利益、减小车主充电成本是研究的热点。文献[7]以构建了EV群充放电及可控分布式电源的协同优化调度模型,旨在使系统侧生产成本最低和EV用户充电成本最低,并采用带权极小模理想点法进行求解;文献[8]采用以微电网为主体、EV为从体,两者均以自身经济利益最大为目标的主从博弈方法,在分时电价和碳排放配额的双重激励背景下提出含EV微电网的协同博弈优化调度模型,并采用粒子群算法进行求解;文献[9]将基于物理机理的EV充放电特性与不基于模型的深度强化学习方法深度结合,以功率波动最小及车主充放电费用最小为目标建立了EV实时调度模型;文献[10]建立了智能充电站中每台EV以最小化充电成本为目标优化各自充电策略的非合作博弈模型,并提出了一种基于牛顿不动点法的分布式纳什均衡搜索算法,应用快速交替方向乘子来确定EV的最佳响应;文献[11]在考虑EV出行的时空耦合特性的基础上构建非齐次半马尔科夫EV充放电策略辅助用户随机出行的多目标动态调度模型,并提出一种针对高维复杂运算问题的基于转移密度估计策略的强度帕累托进化算法来求解模型;

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第3章 考虑车主满意度-经济性冲突的电动汽车演化博弈充放电调度策略

3.1 引言

EV参与电网充放电调度是一个需求响应过程。调度过程中充分考虑车主侧利益是激发车主积极性、使需求响应能得以成功实施的前提。EV车主参与电网充放电调度以期待减少充电成本,但与此同时选择在低电价时段充电并参与放电调度会降低EV紧急情况下出行的便利性,使EV离开时的荷电状态达不到预期。此外频繁充放电也会增加车载电池的损耗,减少EV寿命。上述这些都可以定义为车主满意度,即在EV充放电调度过程中车主满意度与经济利益存在着潜在的矛盾冲突关系。经典的以单主体决策为主要特征的优化方法在制定EV调度策略时无法在车主满意度与经济利益间找到一个最优的均衡点。车主经济利益的增加往往以牺牲满意度为代价,而以车主满意度最大为目标则势必要减少经济利益,难免顾此失彼,影响EV车主参与电网充放电调度的积极性。因此,如何合理制定EV充放电调度策略以平衡车主满意度与经济利益间的潜在矛盾冲突关系至关重要。

能考虑多决策主体相互作用、多目标协调平衡的博弈论有望成为攻克上述矛盾的有力工具。将EV充放电调度过程中的车主满意度主体与经济利益主体分别映射为两个种群作为博弈双方开展博弈,可以分析两者在EV充放电调度过程中的潜在矛盾冲突关系,并通过求解博弈均衡点找到一个能够兼顾车主满意度与经济利益的调度策略。演化博弈通过考虑近视行为来放松“理性”假设,即假设博弈主体是“有限理性”的,可以更合理地模拟EV调度过程中的决策行为。

第4章 电力需求响应机制下基于多主体双层博弈的电动汽车充放电调度策略

4.1 引言

随着电力体制的深化改革与售电侧电力市场的开放,EV充放电调度场景涉及的决策主体日益多元化。其中,EVA可以整合庞大分散的EV各时段充放电量,拥有单个EV不具备的参与电力市场竞价和向电网提供削峰填谷等辅助服务的能力。EVA通过参与电力市场竞价提供给EV用户更低廉的电价,并且自身能从中赚取差价。与此同时,这种聚合的EV负荷与电力市场的交易也减少了规模化EV充电带来的不确定性。并使得DSO能够获得一些优质的需求响应资源,减少电网调峰压力。由此使DSO、EVA、EV用户三方收益。现实场景中,DSO、EVA与EV用户作为不同利益主体,在各自决策过程中有不同优化目标。一方面各主体独立地优化各自的目标,另一方面各主体又互相牵制,受到彼此行为的影响,形成复杂的利益博弈关系。

由此,本章在上一章EV演化博弈充放电调度策略的基础上,引入EVA作为EV与DSO的中间环节,考虑EV充放电调度过程中DSO、EVA与EV间的利益博弈关系,将EV调度场景拓展到售电市场环境中。针对电力需求响应机制下EV调度场景涉及的多元决策主体间的复杂博弈互动关系,本章提出多EVA分别整合规模化EV入网参与电力市场竞价,并依据竞价结果指导EV实时充放电优化调度的多主体双层博弈模型。

4.2 电力需求响应机制下多主体双层博弈模型框架

假设DSO控制区域内有j个EVA,j=1,2,…,m;EVAj控制区域内有有i个EV,i=1,2,…,nj;一天内共有k个EV调度时段,k=1,2,…,h。

本章提出的双层博弈模型是建立在DSO、EVA与EV用户三个主体信息交互的基础之上。DSO从主网获取电能,负责其管辖范围内常规负荷与EVA的供电任务。EVA可以是某一区域内所有充电桩的聚合体,负责满足管辖区域内EV的充电需求。且EVA作为一定区域内充电设备的管理机构,可直接与DSO保持通信[56]。EV通过装有智能芯片的充电桩入网,EVA可通过充电桩实时智能采集EV信息。该模型框架如图4-1所示。

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结论

EV充放电调度既涉及EV车主满意度与经济利益间的潜在冲突矛盾关系,又涉及DSO、EVA与EV用户多主体间的利益博弈互动关系。为此,本文对多主体博弈视角下的EV充放电调度策略展开研究。主要研究成果如下:

(1)将经济学中的博弈论应用到EV充放电调度场景中,用以分析EV调度过程中的多重冲突与互动关系;用计及参与人有限理性决策的演化博弈刻画EV用户在实际决策场景中的博弈行为,避免博弈结论的理想化;在有限策略的经典演化博弈模型基础上,构建多策略集的EV调度演化博弈模型,解决EV充放电功率非恒定与演化博弈有限策略的矛盾。

(2)针对EV充放电调度过程中车主满意度与经济利益间的潜在矛盾冲突关系,建立车主满意度-经济性演化博弈模型,并通过求解演化均衡得到可以平衡车主满意度与充电成本的EV充放电调度策略。该策略能够确保车主参与电网充放电调度的积极性,并能有效实现电网负荷削峰填谷,具有实际应用意义。

(3)针对售电市场背景下DSO、EVA与EV用户间的多主体利益博弈互动关系,建立考虑调度-竞价在需求响应过程中双层耦合关系的多主体双层博弈模型。该模型能够捕获DSO、EVA与EV用户三主体的动态交互特征。在为EV参与电网负荷削峰填谷提供灵活有效的调度方案的同时,通过在不同层级的博弈之间达成平衡来使三个主体收益共赢,协调发展,对促进电力市场发展有着重要意义,为实际应用提供一个可借鉴的模型。

本文制定EV调度策略时仅考虑了售电市场环境下DSO、EVA与EV用户三个主体间的利益博弈关系,未来将基于博弈论思想研究电力市场中更加多元的购售电主体之间的交互关系,并完善市场中报价、出清等方面的机制。此外,未来研究可以扩大EV充放电调度演化博弈中博弈主体的种类范围,针对不同类型EV的出行行为特点,考虑不同类型EV之间的博弈关系,以协调安排不同类型EV充放电计划。

参考文献(略)

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