根据式(1),充电站运营商的目标是在所有场景下,使两阶段的总成本最小。表示每个典型场景的发生次数,该目标函数的前两行可以理解为充电设施的投资成本和运营费用,由第一阶段变量决定。具体来说是和,分别表示光伏板容量和储能电池的装机容量,以及快速充电器FC和超快速充电器RC的数量。可以看出,第一阶段变量有两种类型:连续变量和整数变量。指场地面积的租赁费。式(2)-(4)分别表示所安装的充电器的总数、光伏板容量和储能电池的装机容量的上限。
之前最后一行的脚标有些混乱(是把w,t的和w,t,j的加到一起了),现在全部改成w,t了
(1)
(2)
(3)
(4)
式(1)的最后两行表示电力交易活动中涉及的成本和收益,这两行和第二阶段变量相关联。那些Cost和Income可以继续拆成下面的样子(这个cost和income其实也是变量,但是写在这里太长了,我就把它们放到下面了)。式(5)为从电网买电的成本,取决于从电网买来充入电池的量,从电网买来通过快速充电器充入车的,从电网买来通过超快速充电器充入车的,是外部的电力价格。式(6)和(7)是V2G模式,也就是储能电池卖电给电网带来的额外的衰减成本,和电动汽车卖电给电网带来的额外的衰减成本。 是从储能电池卖回电网的电量, 是从电动车通过超快速充电器卖回电网的电量(电动车必须连着任一充电器才可以充电,但是电动车必须连着超快速充电器RC才可以卖电回电网)。这些都是参数。
关于收入,它包括三个来源。式(8)是来自光伏发电卖回电网的收入,就是光伏发的电卖回电网的量,相乘的那个就是价格。式(9)是V2G模式下,从储能电池和电动车卖电回电网获得的收入, 是从储能电池卖回电网的电量, 是从电动车通过超快速充电器卖回电网的电量,和前面式(6)和(7)是V2G模式那个衰减损失相呼应。
式 (10)是给电动汽车车队提供充电服务的收入,有三个充电的来源,PV光伏发的电,grd是电网买的,bat是电池里的,它们都可以通过fc或者rc这两类充电器充给电动汽车,是充电价格。
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
第二阶段变量的相关约束描述如下。式(11)是保证太阳能发电供给与需求的实时平衡。左边就是太阳能发电的去向,卖回电网是pv-grd,充给电池是pv-grd,通过rc/fc充电器充给汽车是pv-rc,pv-fc。右边是单位光伏系统发电量,这个是和情景w和时间t相挂钩的。是在第一阶段决定的光伏板的容量,所以这个约束其实把第一和第二阶段连接起来了。
式(12)-(16)都是关于储能电池系统的。式(12),是这个时刻,储能电池系统里面的电量有多少,它既取决于上一时刻的,也取决于这个时刻的充放电情况。比如上一个时刻储能电池系统里面有10度电,我这个时刻想再存10度,或者再放5度之类的,那么此时的状态应该为10+10或者10-5。其实这个变量就是在记录状态,因为我对于这个电量状态要有约束。加号的都是存进来的,减号的都是放出去电,那个上脚标其实就表明了流向。 和 是两个参数,表示充放电的损耗,比如储能系统实际上充给电动汽车10度电,但是实际上它内部要损耗的比10度电多,SOE记录它内部的状态。式(13),对于SOE这个状态而言,停车场上这个储能电池系统里的电量不能太低也不能太高,得在一个范围和就是那个比例,这个比例乘以第一阶段决定的 储能电池系统的安装容量,才是电量值的上下限。是在第一阶段决定的储能电池系统的容量,所以这个约束其实把第一和第二阶段连接起来了。 Kbat就是一个参数,不用理会。式(14)不是约束,就是给SOE-BAT初始t=1的时刻赋上一个符合最低水平要求的值而已,不论我第一个阶段到底决定多少的储能电池容量,反正就是这堆储能电池的初始时刻t=1时,这些电池的电池容量可以满足最低的soc min的这个要求。
公式(15)-(16)是对储能电池系统充电的速率和放电的速率进行一个约束。其实(15)就是(12)里面加的那些项,脚标都是从外部-bat,表明是充电。(16)就是(12)里面减的那些项,脚标都是bat-其他地方,表示放电。
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
下面的是针对于电动汽车的约束条件,其实电动汽车和储能系统是一样的工作原理,也是类似的约束条件。式子(17)是电动汽车电池里面的电量SOE记录情况,不仅受上一时刻影响,也受此时充放电情况的影响。式子(18)电动汽车电池里面的电量SOE不能太高也不能太低,Cap是电动汽车的电池容量,参数。式子(19)表示当车子来到停车场的时候,给这个车子电池的初始状态有多少电量赋值,那些右边都是常数。式子(20)是一个约束,是这个车走的时候,电量水平必须高于一定的值。比如是90%,Cap是40kw,也就是这个车走的时候车子里面的电量得多于40*90%。
公式(21)-(22)是电动汽车充电的速率和放电的速率进行一个约束。其实(21)就是(17)里面加的那些项,脚标都是从外部-fc或者-rc,表明是充电。(22)就是(17)里面减的那些项,脚标都是rc-其他地方,表示放电,这里只有rc没有fc,因为认为只有rc类充电器可以连上电动车之后让电动车放电。
和是分别代表了这fc和rc这两类充电器的充电速率。式子(23)就是所有会通过fc类充电器,有很多来源的电可以给这个车子充,从光伏来的,从电网来的,从电池来的,但是这些电量都不可以超过这个充电头本身的功率限制。同理式子(24)。
式子(25)是反向的,也就是这个车子连上rc充电器之后,放电给别人的,可以看脚标的方向。Rc和fc都可以由别人-它们,但是只有rc可以反向给别人,fc是不可以的,所以fc在这里的约束要少一个。
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
(24)
(25)
前面的是第二阶段的连续变量,剩下的是第二阶段的01变量。
1或0表明,编号为 的车此时是否连上了fc类别的充电器。 0或1表明,编号为 的车此时是否连上了rc类别的充电器。式子(26)对于每一个车子j,它在每个时刻只能选择一个充电器来连接。
式子(27),只有这个车子在停车场的这个期间讨论这个车子是不是连着某个类型的充电器,才有意义。它如果都还没来,那就根本不用管它,所以是可以减少运算量的。同理,式子(28),这个车子都离开停车场了我就也不用管它了,相当于每个车真正考虑的只是t-start 到t-end 这段时间怎么充,其他时间就给变量提前赋值了为0。其实,每个车现在在停车场的停留时间并不长,大部分就是3,4个小时,所以这一天时间里面有很多时间段已经被强制赋值为0了。
式子(29)是说,在每个时刻,所有连着的fc充电器的总数要小于我在第一阶段决定安装的fc充电器的数量。这个约束很重要,它连接起来了两个阶段。
式子(30)是说,在每个时刻,所有连着的rc充电器的总数要小于我在第一阶段决定安装的fc充电器的数量。这个约束很重要,它连接起来了两个阶段。
对于式(31)-(33),它们右侧的形式都是统一的,为参数乘以第二阶段的01决策变量。这本质上是为了确保当连上了某种类型的充电器之后,这个电动车才可以和其他东西之间进行电力的交换
以式(31)为例,当,左侧那些充给电动车的电是不会大于这个电动汽车的容量的,其实这就是个冗余的约束,因为公式(18)其实更为严格。但是这么做有一个好处,就是,左边的所有变量将被强制自动归零。
式(32)同理,这个车只有连上rc类充电器,那么左边那些电力交互才有意义,如果就没连上,那左边的就自然是0 了
式(33)是针对连上rc,然后车子把电给别人的情况。
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
(31)
(32)
(33)
1 0变量和1 0变量表明当前是否为G2V模式(电网的电给储能、电网的电给车子),或者V2G模式(储能的电给电网、车子的电给储能、车子的电给电网)。式子(35)是说在卖电给电网,从电网买电这两个模式里面只可以选择一个。
式子35-38同上段说的那个统一形式的一样的道理
比如说式子(35),m-G2V 为0时,左侧自然为0,说明如果不是从电网买电的这个模式,那么就不会有电从电网存到电池里面;m-G2V 为1时,左侧自然满足Zbat的约束,说明当从电网买电的这个模式开启的时候,可以有电从电网存到电池里面,这个电本来就是有一个Zbat的很大的上限约束,这个条件本来就自然成立。
(34)
(35)
(36)
(37)
(38)
1 0变量和 1 0变量分别表示是否对于储能系统、电动汽车进行充放电的操作。
式子(39)每一个时刻,这个储能系统要么充电要么放电,只能选择一个。剩下的那些还是常数乘以01变量,同上。
比如说式子(40),为0时,左侧自然为0,说明不是给储能电池充电的模式,那么就不会有电从光伏和电网给储能电池系统。 为1时,左侧自然满足Zbat的约束,说明当给储能电池充电这个模式开启的时候,可以有电从光伏和电网给储能电池系统,这个储能电池系统本来就是有一个Zbat的很大的上限约束,这个条件本来就自然成立。
(39)
(40)
(41)
(42)
(43)
1 0变量和 1 0变量分别表示是否对于储能系统、电动汽车进行充放电的操作。
式子(44)每一个时刻,这个车子要么充电要么放电,只能选择一个。剩下的那些还是常数乘以01变量,同上。
比如说式子(45),为0时,左侧自然为0,说明不是给车子充电的模式,那么就不会有电从光伏、电网、储能系统给车子。 为1时,左侧自然满足的约束,从一个车的角度来看,各种充进这个车的电力总和不会超过车的容量。
(44)
(45)
(46)