1、Vol.25，No.4 July，2023POWER DSM|0引言区域综合能源系统（regional integrated energysystem，RIES）是以电力系统为核心，将电、热等能量进行耦合的综合型能源系统。区域综合能源系统通过能源生产、能源转换、能源传输和能源消费等环节来对系统进行优化，从而提高能源利用率 1。综合能源系统突破了传统能源系统独立运行的束缚，通过各种信息传递系统和热电耦合设备，建立起不同能源网络之间的联系 2。随着电动汽车的市场占有率逐渐增加，通过充电设施接入区域综合能源系统使得电动汽车充电负荷逐步攀升。由于电动汽车的充电特性，可以将其作为一种新型储能单元 3。但
2、是电动汽车的无序充电行为会在一定程度上对电网的负荷造成影响，基于电动汽车价格弹性需求响应的综合能源系统优化调度胥栋1，叶傲霜1，张少迪2，罗其华3，官乐乐3，杨继光3（1.国网上海市电力公司 浦东供电公司，上海 200120；2.上海电器科学研究所（集团）有限公司 上海市智能电网需求响应重点实验室，上海 200063；3.上海电力大学 自动化工程学院，上海 200090）Optimal dispatch of integrated energy system with electric vehicle demandresponse based on elastic priceXU Dong1,
3、YE Aoshuang1,ZHANG Shaodi2,LUO Qihua3,GUAN Lele3,YANG Jiguang3（1.Pudong Power Supply Company,State Grid Shanghai Electric Power Company,Shanghai 200120,China；2.Shanghai Key Laboratory of Smart Grid Demand Response,Shanghai Electrical Appliances Research Institute（Group）Co.,Ltd.,Shanghai 200063,China
4、；3.School of Automation Engineering,Shanghai University of ElectricPower,Shanghai 200090,China）DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2023.04.012摘要：针对电动汽车无序充电行为影响综合能源系统运行经济性的问题，提出一种考虑电动汽车电池荷电状态（stateof charge，SOC）弹性电价需求响应的综合能源系统优化调度策略。该策略首先分析了电动汽车充电行为，提出了考虑SOC的电动汽车弹性电价，建立基于电动汽车SOC因子的价格弹性需求响应优化调度模型；其次，在满足系统正常运
5、行的前提下，以综合能源系统运行成本最小为目标，建立含电动汽车需求响应的区域综合能源系统模型，并采用混合线性规划进行求解；最后，根据电动汽车SOC弹性电价引导电动汽车参与需求响应，设置了3个场景进行对比，从电负荷、需求响应和热负荷3个方面分析了综合能源系统设备出力情况和系统运行成本。仿真结果表明，通过SOC弹性电价引导电动汽车参与综合能源系统需求响应，具有较好的可行性和经济性。关键词：需求响应；价格弹性；经济优化；电动汽车Abstract：Aiming at the problem that the disorderly chargingbehavior of electric vehicles
6、 affects the operating economy of the integrated energy system,an integrated energy system optimal dispatch strategy that takes into account the elastic electricity price demand response of electric vehicles is proposed.This strategy first analyzes the charging behavior of electric vehicles,introduc
7、es incentive demand response,and considers the elastic electricity pricebased on the time-of-use electricity price,and establishes an electricvehicle elastic electricity price demand response optimal dispatchmodel；secondly,under the premise of meeting the normal operationof the system.The goal is to
8、 minimize the operating cost of the integrated energy system.A regional integrated energy system modelwith electric vehicle demand response is established and solved byhybrid linear programming.Finally,model sets three scenarios andfour different flexible electricity prices based on whether electric
9、 vehicles participate in demand response.Make comparisons and analyze the equipment output and system operating costs under differentscenarios and different electricity prices.The simulation resultsshow that it is feasible and economical to guide electric vehicles toparticipate in the demand respons
10、e of the integrated energy systemthroughflexibleelectricityprices.Key words：demand response；elastic price；economic optimal；electric vehicles文章编号：1009-1831（2023）04-0073-07中图分类号：TM73；U469.7文献标志码：B收稿日期：2023-01-02；修回日期：2023-03-08基金项目：上海市科学技术委员会科研计划项目（19DZ1205703）能量与负荷管理73|电力需求侧管理第25卷第4期2023年7月使得电负荷的峰谷差值
11、进一步增大，电动汽车无序充电行为还会降低综合能源系统运行的稳定性和经济性。为尽可能避免上述问题的发生，需要针对电动汽车现有的充电行为，做出相应优化4。针对区域综合能源系统优化调度问题需求响应未考虑电动汽车实际电量对充电用户充电行为的影响，本文提出一种基于SOC的电动汽车弹性电价需求响应综合能源系统优化调度策略。首先，引入基于SOC因子的电动汽车需求响应价格弹性系数矩阵，通过电动汽车充电弹性电价机制建立不同SOC电动汽车参与需求响应和充电负荷转移量关系；其次，以电动汽车作为参与调度的需求响应，建立起含电动汽车的区域综合能源系统需求响应优化调度模型。最后，通过电动汽车是否参与需求响应的综合能源优化
12、调度3个典型场景，验证了基于SOC的电动汽车弹性电价需求响应有效性。1含电动汽车的RIES模型1.1区域综合能源系统基本结构区域综合能源系统中，微燃机、燃气锅炉、光伏和风机系统为用户提供电能，相较于传统集中式发电而言，分布式发电具有单元模块化、运行灵便等特点。综合能源系统结构框架图如图1所示，其中电力系统源侧由风力发电、分布式光伏、微燃机和电网组成，负荷侧由工商业用电和电动汽车充电站组成；热力系统源侧由微燃机和燃气锅炉组成，负荷侧由工商业热力用户组成。分布式光伏天然气网交通网电网燃气锅炉微燃机热负荷电负荷天然气电动汽车充电桩风力发电图1含电动汽车的RIES结构框架Fig.1RIES struc
13、ture frame with electric vehicle1.2电动汽车充电行为分析为了分析电动汽车充电负荷需求响应对于综合能源系统调度的影响，本文根据文献 5 将电动汽车充电需求作为一个电动汽车集群进行处理，并采用文献 6 的方法用蒙特卡洛模拟法对电动汽车充电负荷进行建模。假设电动汽车用户结束行程回家后就连接充电设备进行充电直至次日出门。根据美国交通部公布的全美家用车辆调查，用户最后返程时刻t近似符合正态分布，概率密度函数为farr(t)=|1car2exp|-()t-uarr222arruarr-12t241arr2exp|-()t+24-uarr222arr0tuarr-12（1）
14、式中：uarr为17.47；arr为3.41。电动汽车每天行驶距离的概率密度函数为fs(s)=1s1s2exp|-(lns-s)222s（2）式中：s为3.24；s为8.92。电动汽车充电所需时常Tmn可以用充电效率、SOC和充电功率等因素表示Tmn=()Smoc,n-Smoc,iniEmsmchaPmcha（3）式中：Smoc,ini为第m辆电动汽车的初始荷电状态；Smoc,n为第m辆电动汽车的期望荷电状态；Ems为第m辆电动汽车的电池容量；mcha为第m辆电动汽车的充电效率；Pmcha为第m辆电动汽车的充电功率。其中，将每个时段充电负荷叠加，可以得到电动汽车总的充电功率为Pev(t)=m=
15、1MPm(t)（4）式中：Pev(t)为t时刻电动汽车总充电功率；Pm(t)为t时刻电动汽车m的充电功率；M为电动汽车数量。1.3电动汽车SOC价格弹性需求响应模型本文考虑电动汽车参与需求响应时，采用激励型需求响应模式，在分时定价的基础上引入弹性价格机制，根据用户参与度调整价格弹性系数，使电动汽车用户在谷时电价、谷时负荷时进行充电，从而使系统运行成本最低。根据电动汽车充电特征分析可知，电动汽车当前SOC对价格弹性矩阵的存在客观影响7。若电动汽车SOC非常低，例如10%，由于其需要立即充电，其弹性系数为0；若如果前一个时刻电动汽车已经接近充满，电动汽车SOC较高，例如80%，则其充弹性较大，可以
16、进行停止充电。所以不同SOC的条件下电动汽车的弹性量应该不同。根据上述分析，得到以下公式kii=qkii/qipi/pi（5）kij=qkij/qipi/pi（6）胥 栋，等 基于电动汽车价格弹性需求响应的综合能源系统优化调度74Vol.25，No.4 July，2023POWER DSM|式中：k为电动汽车第k个SOC分段；kii、kij分别为k段SOC区间电动汽车条件下的用电量调整对于弹性矩阵中自弹性系数和交叉弹性系数产生的影响；qkii为i时段电价变化引起的k段SOC区间电动汽车在i时段的用电变化量；qkij为j时段电价变化引起的k段SOC区间电动汽车在i时段的用电变化量。进一步，在本文中提出的基于SOC因子的电价弹性系数矩阵的基础上，i时段内弹性电价k段SOC区间充电负荷转移量qk(i)与各类弹性电价价格调整量的表达式为qk(i)=ti jijp(i)p(j)qk(t)（7）式中：t为i时间段内任意一个时间。1.4电动汽车参与综合能源系统调度模型综合能源系统调度中心系统根据电动汽车参与综合能源系统调度模型，通过当前时段区域内发电量、电力总负荷、热负荷和当前时段充电负荷等数据以及
