一种基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法

摘要

本发明提出了一种基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法，在现有的峰谷充电电价差的基础上，考虑EV用户的用电感受和个性化需求，实现更多类型的EV用户电价浮动。本发明在EV用户充电过程中，通过竞争图谱获取该EV用户的贵宾(Very Important Person,VIP)等级，EV用户可根据VIP等级获取对应的经济补偿或增值服务，实现在服务过程中给EV用户更加个性化的体验。

说明书

技术领域

本发明属于基于计算机的电力交易技术领域，具体地说，涉及一种基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法。

背景技术

电动汽车(electric vehicle，EV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。随着新能源汽车的普及与推广，在环保的理念下，电力驱动的新能源的电动汽车(electric vehicle，EV)越来越普及，而针对其充电的管理也面对着更多的调整。

需求响应(demand response，DR)即电力需求响应的简称，是指当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。它是需求侧管理(DSM)的解决方案之一。

竞争图谱：将EV充电特征所有指标进行竞争比较，形成竞争比较列表(图谱)，并以此确定EV用户的贵宾级别。

我国将EV充电站需求响应分为传统需求响应方法和“源-荷-储”优化互补需求响应方法。传统需求响应方法以充放电价优化为目标，开展EV充电站需求响应。但传统需求响应只考虑了价格和激励引导下的EV充电负荷控制，对于含分布式能源的EV充电站适用性不强。“源-荷-储”优化互补需求响应方法充分利用EV充电站内的分布式能源、储能装置，实现EV参与需求响应的优化调度。但“源-荷-储”优化互补需求响应方法只考虑了能量的最优控制，未考虑EV用户的个性化需求和充电体验。

传统需求响应方法以充放电价优化为目标，开展EV充电站需求响应，主要有以下几种：

(1)考虑需求响应不确定性的电动汽车负荷Sigmoid云模型预测：基于EV用户的收益度与响应行为之间的不确定关系，采用Sigmoid模型控制需求响应。

(2)基于需求响应的电动汽车充放电电价与时段研究：以EV用户参与V2G成本最低为目标，开展价格型EV用户需求侧响应策略。

(3)计及激励型需求响应的电动汽车聚合商充电优化调度：构建经济激励型EV充电模型，以EV聚合商收益最大为目标，实现EV主动需求响应。

(4)基于迟滞模型的集群电动汽车参与实时需求响应V2G控制策略研究：通过迟滞控制模型有序控制EV集群的充放电过程，以参与需求响应。

(5)面向微网运营商的电动汽车参与需求侧响应调控策略：以EV充电站运行成本最小为目标，构建了多种需求响应策略。

而“源-荷-储”优化互补需求响应方法充分利用EV充电站内的分布式能源、储能装置，实现EV参与需求响应的优化调度，具体有以下几种方式：

(1)需求响应的电动汽车充电站多时间尺度随机优化调度：“源-荷-储”资源互补优化，实现EV充电站对价格和激励两种需求响应。

(2)考虑电动汽车充电和需求侧响应的光伏微电网多目标优化调度：以EV充电站微网系统的总体运行费用、电网购电费用最小为目标，通过有序控制充电站的光伏、储能、充电设施，以参与需求响应。

(3)基于滚动线性规划的光伏充电站自动需求响应：计算光伏发电功率与EV充电功率的不确定性，采用需求滚动可行域模型进行EV充电站需求响应控制。

上述的所有的现有技术中，EV充电站“源-荷-储”优化互补需求响应方法多样，但“源-荷-储”优化互补需求响应方法只考虑了能量的最优控制，未考虑EV用户的个性化需求和充电体验。无法给用户个性化的体验。

发明内容

本发明针对现有的EV充电市场的扩大及服务的过于粗略的问题，提出了一种基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法，在现有的峰谷充电电价差的基础上，考虑EV用户的用电感受和个性化需求，实现更多类型的EV用户电价浮动。本发明在EV用户充电过程中，通过竞争图谱获取该EV用户的贵宾(Very Important Person,VIP)等级，EV用户可根据VIP等级获取对应的经济补偿或增值服务，实现在服务过程中给EV用户更加个性化的体验。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法，对电动汽车(electric vehicle，EV)的用户即EV(electric vehicle)用户的需求进行分析并根据分析结果进行相应的响应，所述基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法具体包括以下步骤：

步骤1：对EV用户的特征指标进行改进权重聚类分析，获得EV用户的分类；

步骤2：对EV用户的特征指标采用竞争图谱进行分析，获得EV用户的VIP等级；

步骤3：通过分析EV充电站参与需求响应的综合收益来判断EV充电站是否需要参与对EV用户的需求响应；并制定参与需求响应的相应策略；

步骤4：对于判断为需要参与对EV用户的需求进行需求响应的EV充电站，按照EV用户的VIP等级来参与相应的需求响应，提供根据VIP等级来区分的差异化收益和增值服务；

步骤5：对已经参与需求响应的VIP用户进行等级调整，从而激励EV用户参与EV充电站进行需求响应的力度。

为了更好地实现本发明，进一步地，在所述步骤1中，对于用户的分类的操作为：采用改进权重法聚类方法，按照EV用户的充电起止时间、充电功率、充电电量、充电位置、充电价格曲线、EV用户充电网龄、EV用户活跃度、EV用户信用进行聚类，具体采用改进权重法聚类方法进行聚类的操作为：

步骤1.1：首先，依据行业的典型经验值输入n

步骤1.2：通过指标评价标准值γ

步骤1.3：在得到指标评价改进信息熵函数γ

步骤1.4：在得到改进信息熵Q

式中，i＝1,2，...，n

步骤1.5：采用改进权重σ

为了更好地实现本发明，进一步地，在所述步骤2中，在对EV用户进行分类后，基于EV充电站的竞争图谱分析对EV用户的等级进行划分的具体操作为：

步骤2.1：在EV充电站的竞争图谱中，设参与竞争的EV用户有n

步骤2.2：设特征指标有n

步骤2.3：设f为竞争函数，得到EV用户的竞争成本C

步骤2.4：设EV用户竞争优势值的取值范围为0至100，并设

步骤2.5：在得到标准化后的成本

式中，m＝1，2，3，...，n

步骤2.6：将EV充电站内的EV用户的竞争优势值进行排除排序，并划分VIP用户等级和等级对应可享受的增值服务。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤5的具体操作为，在每次EV用户通过需求响应获得补贴后，对获得补贴的EV用户的竞争优势值进行降低，具体操作为：

对于第n

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤3的具体操作为：

步骤3.1：对EV充电站收益与EV用户的电费进行分析，获得EV充电站的收益V

步骤3.2：电网公司发出需求响应的价格激励信号，EV充电站根据EV用户充电、储能和分布式光伏发电的情况来判断是否参与需求响应；并对于判断为需要进行需求响应的EV充电站制定EV充电站对价格的响应函数；

步骤3.3：结合步骤3.1的EV充电站的收益V

步骤3.4：通过步骤3.3计算得到的EV充电站的收益，进行EV充电站是否参与需求响应的判断。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤3.1的具体操作为：

步骤3.1.1：设EV充电站购电时段的时长为t

步骤3.1.2：在得到收益V

式中，r＝1，2，...，T

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤3.2中制定响应函数的具体操作为：

设EV充电站参与需求响应的时长为t

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤3.3的具体操作为：

设参与需求响应前的的EV充电站收益为V

max(ω

min(ω

为了更好地实现本发明，进一步地，分别设定比较值Δv和Δu，当步骤3.3中计算得到的EV充电站增量收益ω

为了更好地实现本发明，进一步地，在所述步骤4中，具体分为两个部分：

部分一：在EV充电站参与需求响应后，根据EV充电站内的EV用户数量和VIP等级对EV用户进行充电功率调整，以满足EV用户的个性化需求，提高EV用户参与需求响应的体验，具体的操作为：

采用EV用户参与需求响应前后的曲线相似度来描述EV用户参与需求响应的体验，设EV用户参与需求响应的时间为t

式中，t取值范围在[1,t

部分二：EV充电站是需求响应方案的制定者，在EV充电站增量收益ω

设EV充电站内参与需求响应的EV用户有n

式中，n＝1,2,3，...，n

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

本发明针对当前研究中存在的EV用户个性化需求和充电体验不足的问题，提出了一种基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法，该方法全面考虑了EV充电站需求响应下的EV用户用电感受和个性化需求，基于竞争图谱构建EV用户充电贵宾等级体系，并对不同的EV用户提供差异化充电服务。

附图说明

图1为本发明具体流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例提出了一种基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法，对电动汽车(electric vehicle，EV)的用户即EV(electric vehicle)用户的需求进行分析并根据分析结果进行相应的响应，如图1所示，所述基于竞争图谱的电动汽车充电站需求响应方法具体包括以下步骤：

步骤1：对EV用户的特征指标进行改进权重聚类分析，获得EV用户的分类；

步骤2：对EV用户的特征指标采用竞争图谱进行分析，获得EV用户的VIP等级；

步骤3：通过分析EV充电站参与需求响应的综合收益来判断EV充电站是否需要参与对EV用户的需求响应；并制定参与需求响应的相应策略；

步骤4：对于判断为需要参与对EV用户的需求进行需求响应的EV充电站，按照EV用户的VIP等级来参与相应的需求响应，提供根据VIP等级来区分的差异化收益和增值服务；

步骤5：对已经参与需求响应的VIP用户进行等级调整，从而激励EV用户参与EV充电站进行需求响应的力度。

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，在所述步骤1中，对于用户的分类的操作为：采用改进权重法聚类方法，按照EV用户的充电起止时间、充电功率、充电电量、充电位置、充电价格曲线、EV用户充电网龄、EV用户活跃度、EV用户信用进行聚类，EV用户充电特征指标选取如表1所示。

表1EV用户特征指标

具体采用改进权重法聚类方法进行聚类的操作为：

步骤1.1：首先，依据行业的典型经验值输入n

步骤1.2：通过指标评价标准值γ

步骤1.3：在得到指标评价改进信息熵函数γ

步骤1.4：在得到改进信息熵Q

式中，i＝1,2，...，n

步骤1.5：采用改进权重σ

表2 EV用户分类表

本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，在所述步骤2中，在对EV用户进行分类后，基于EV充电站的竞争图谱分析对EV用户的等级进行划分的具体操作为：

步骤2.1：在EV充电站的竞争图谱中，设参与竞争的EV用户有n

步骤2.2：设特征指标有n

步骤2.3：设f为竞争函数，得到EV用户的竞争成本C

步骤2.4：设EV用户竞争优势值的取值范围为0至100，并设

步骤2.5：在得到标准化后的成本

式中，m＝1，2，3，...，n

步骤2.6：将EV充电站内的EV用户的竞争优势值进行排除排序，并划分VIP用户等级和等级对应可享受的增值服务。其中增值服务包括免费洗车、小商品兑换等内容。EV用户VIP等级如表3所示。

表3 EV用户VIP等级

本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，在EV充电站需求响应环节，通过分析EV充电站参与需求响应的综合收益，判断EV充电站是否参与需求响应。所述步骤3的具体操作为：

步骤3.1：EV充电站的收益来主要源于购电与销售电价之间的价格差异；对EV充电站收益与EV用户的电费进行分析，获得EV充电站的收益V

步骤3.1.1：设EV充电站购电时段的时长为t

步骤3.1.2：在得到收益V

式中，r＝1，2，...，T

步骤3.2：电网公司发出需求响应的价格激励信号，EV充电站根据EV用户充电、储能和分布式光伏发电的情况来判断是否参与需求响应；并对于判断为需要进行需求响应的EV充电站制定EV充电站对价格的响应函数；具体操作为：

设EV充电站参与需求响应的时长为t

步骤3.3：EV充电站在制定需求响应方案时，目标是提高EV充电站收益，降低EV用户收益。结合步骤3.1的EV充电站的收益V

设参与需求响应前的的EV充电站收益为V

max(ω

min(ω

步骤3.4：通过步骤3.3计算得到的EV充电站的收益，进行EV充电站是否参与需求响应的判断。

步骤3.5：分别设定比较值Δv和Δu，当步骤3.3中计算得到的EV充电站增量收益ω

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，在EV充电站参与需求响应后，根据EV充电站内的EV用户数量和VIP等级进行EV用户充电功率调整，以满足EV用户的个性化需求，提高EV用户参与需求响应的体验。在所述步骤4中，具体分为两个部分：

部分一：在EV充电站参与需求响应后，根据EV充电站内的EV用户数量和VIP等级对EV用户进行充电功率调整，以满足EV用户的个性化需求，提高EV用户参与需求响应的体验，具体的操作为：

采用EV用户参与需求响应前后的曲线相似度来描述EV用户参与需求响应的体验，设EV用户参与需求响应的时间为t

式中，t取值范围在[1,t

部分二：EV充电站是需求响应方案的制定者，在EV充电站增量收益ω

设EV充电站内参与需求响应的EV用户有n

式中，n＝1,2,3，...，n

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，为避免EV用户达到一定VIP级别后需求响应参与度降低的问题，本发明设置了EV用户需求响应获得补贴后，降低竞争优势值的方式，激励EV用户参与EV充电站需求响应力度。具体设置在所述步骤5中，具体操作为，在每次EV用户通过需求响应获得补贴后，对获得补贴的EV用户的竞争优势值进行降低，具体操作为：

对于第n

本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。