電動汽車聚合商在聯合能源-調節市場中的靈活性量化定價與競標調度策略

核心概念

該文提出了一種電動汽車聚合商在聯合能源和頻率調節市場中的實時競標和調度策略，重點關注電動汽車靈活性的量化、定價和利用，以最大限度地提高聚合商的利潤，同時兼顧電動汽車用户的充電需求和偏好。

摘要

文獻綜述

研究動機

• 全球減碳目標推動可再生能源和電動汽車的增長。
• 電動汽車充電負載的整合以及可再生能源的不確定性和波動性，可能加劇電力波動和電壓偏差，威脅電力系統的可靠性。
• 電動汽車的彈性和車聯網技術的進步，為通過協調電動汽車充電來減輕這些負面影響提供了有希望的解決方案。

研究問題

• 如何有效協調日益增長的電動汽車數量，以提高電力系統的可靠性。
• 如何量化電動汽車用户的靈活性貢獻並給予適當補償。
• 如何在電動汽車聚合商的聯合能源-調節市場競標中整合靈活性採購。
• 如何響應調節信號來調度電動汽車。

現有研究的不足

• 現有的靈活性量化方法通常忽略了電動汽車聚合商可以從電動汽車中獲得的實際靈活性，並且市場收入不是基於電動汽車的實際靈活性貢獻來分配的。
• 現有的電動汽車聚合商競標策略通常忽略了電動汽車用户的利益，這可能導致他們抵制參與市場。
• 現有的電動汽車調度方法要麼忽略了電動汽車聚合商的利潤最大化，要麼忽略了電動汽車用户的偏好和公平性。
• 現有的電動汽車調度方法計算量大，不切實際。

研究貢獻

1. 提出了一種考慮調節規定的電動汽車靈活性量化方法。通過將電動汽車靈活性視為一種商品，電動汽車聚合商可以根據電動汽車的競標靈活性供應曲線設定靈活性價格並採購靈活性。
2. 提出了一種包含靈活性採購的電動汽車聚合商在聯合能源-調節市場中的競標模型，旨在最大限度地降低電動汽車聚合商的總成本，同時尊重電動汽車的充電需求。然後，使用隨機模型預測控制技術重新構建競標問題，從而實現實時競標。
3. 提出了一種優化的功率調度協議，該協議可確保電動汽車聚合商的盈利能力，同時尊重電動汽車的靈活性偏好和承諾數量。可以使用參數線性規劃在運行時間之前推導出調度問題的仿射映射控制策略，允許在每次發出調節信號時在線索引最優解。

研究方法

電動汽車靈活性量化和定價

• 基於電動汽車用户的充電需求數據確定電動汽車的功率和能量邊界。
• 將電動汽車的靈活性定義為在預定義的功率和能量邊界內各種充電軌跡的允許範圍。
• 提出了一種基於電動汽車用户提供靈活性的意願的靈活性定價方法。

電動汽車聚合商競標模型

• 提出了一種包含靈活性採購的電動汽車聚合商多週期聯合優化競標模型。
• 採用隨機模型預測控制技術將調節信號的概率描述整合到競標模型中，使電動汽車聚合商能夠通過以時間遞減的方式解決開環約束最優控制問題來動態調整其競標策略，從而確保在每個運行小時之前及時做出決策。

電動汽車聚合商功率調度模型

• 提出了一種基於電動汽車靈活性競標的成本最小化功率分配協議。
• 採用參數線性規劃將調度問題轉換為一個只需在整個時間段內求解一次的問題，從而大大降低了計算複雜度。

案例研究

• 使用包含 100 輛電動汽車的電動汽車聚合商進行模擬。
• 模擬結果表明，與其他兩種競標策略相比，所提出的競標策略在平衡電動汽車聚合商的盈利能力和電動汽車用户的利益方面表現最佳。

總結

該文提出了一種電動汽車聚合商在聯合能源和頻率調節市場中的實時競標和調度策略，重點關注電動汽車靈活性的量化、定價和利用，以最大限度地提高聚合商的利潤，同時兼顧電動汽車用户的充電需求和偏好。

統計資料

PJM 調節信號每 2 秒發送一次 (∆d = 2s)，總共 1800 次 (D = 1800)。
模擬中使用的電動汽車電池容量為 50 kWh。
電動汽車充電效率 ηc 為 90%，放電效率 ηd 為 93%。
模擬中，根據電動汽車用户的靈活性偏好將電動汽車分為四種類型：保守型、謹慎型、積極型和冒險型，對應的 αn 值分別為 0.2、0.6、1 和 1.4。
模擬時間跨度為 24 小時。
能源和調節市場價格來自 PJM 2023 年 4 月的歷史數據。
頻率調節場景的發生概率基於 PJM 2020 年 4 月的 RegD 數據。

引述

從以下內容提煉的關鍵洞見

Bidding and Dispatch Strategies with Flexibility Quantification and Pricing for Electric Vehicle Aggregator in Joint Energy-Regulation Market

by Manqi Xu, Ye... 於 arxiv.org 11-05-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.02089.pdf

深入探究

在未來電網發展趨勢下，電動汽車聚合商的角色將如何演變？

在未來電網發展趨勢下，電動汽車聚合商的角色將會更加重要，並朝著以下幾個方向演變：

從單一市場參與者向綜合能源服務提供商轉變： 未來電動汽車聚合商將不僅僅參與能源和頻率調節市場，還會拓展到容量市場、輔助服務市場等更多領域。他們將整合電動汽車、可再生能源、儲能等多種資源，為電網提供更加多元化的服務，例如峰谷調節、電壓支撐、需求響應等。
從單向信息傳遞者向雙向互動平台演變： 電動汽車聚合商將構建更加智能化的平台，實現與電動汽車用戶、電網、充電樁等多方主體的實時數據交互。通過數據分析和人工智能技術，聚合商可以更準確地預測電動汽車的充電需求和可用靈活性，並制定更優化的充電和放電策略。
從單純的利益追求者向社會責任承擔者轉變： 未來電動汽車聚合商將更加注重社會效益，在保障電網安全穩定運行的同時，也要兼顧電動汽車用戶的利益和體驗。例如，通過制定合理的價格機制和激勵措施，鼓勵用戶積極參與電網互動，並提高電動汽車電池的使用壽命。

總之，未來電動汽車聚合商將在電網中扮演更加重要的角色，他們將通過技術創新和商業模式創新，推動電動汽車與電網的深度融合，為構建清潔、高效、可持續的能源體系做出更大的貢獻。

如果電動汽車用戶可以自由選擇聚合商，那麼聚合商之間的競爭將如何影響電動汽車靈活性的價格和利用？

如果電動汽車用戶可以自由選擇聚合商，聚合商之間的競爭將會加劇，這將對電動汽車靈活性的價格和利用產生以下影響：
價格方面:

短期內價格競爭可能導致價格下降： 為了吸引更多電動汽車用戶，聚合商在初期可能會降低靈活性服務的價格，甚至推出一些優惠措施。
長期來看價格將趨於合理： 隨著市場競爭的加劇，聚合商會更加注重服務質量和技術創新，價格將會趨於合理，反映電動汽車靈活性的真實價值。
利用方面:

競爭促進聚合商提高靈活性利用效率： 聚合商需要不斷優化算法和策略，提高對電動汽車靈活性的預測和調度能力，才能在競爭中獲得優勢。
用戶選擇更加多元化，促進差異化服務： 聚合商可能會針對不同類型的電動汽車用戶提供差異化的服務和價格方案，例如針對電池容量、充電習慣、出行需求等因素進行個性化定制。
總體而言：
聚合商之間的競爭將有利於促進電動汽車靈活性的價格發現和價值體現，提高資源配置效率。同時，競爭也將倒逼聚合商不斷提升自身服務水平和技術實力，為電動汽車用戶提供更加优质、便捷的服務。
然而，過度競爭也可能帶來一些負面影響，例如：

數據安全問題： 為了爭奪用戶，聚合商可能會在數據收集和使用方面存在不規範行為，侵犯用戶隱私。
服務質量下降： 一些聚合商為了降低成本，可能會犧牲服務質量，影響用戶體驗。
因此，政府和相關部門需要制定合理的市場規則和監管措施，引導聚合商之間的良性競爭，促進電動汽車靈活性資源的健康發展。

除了能源和頻率調節市場，電動汽車靈活性還可以應用於哪些其他電力系統服務？

除了能源和頻率調節市場，電動汽車靈活性還可以應用於以下電力系統服務：

容量市場 (Capacity Market): 電動汽車聚合商可以將電動汽車的儲能能力作為容量資源參與容量市場，在電網需要時提供電力供應保障，從而獲得容量收益。
輔助服務市場 (Ancillary Services Market): 電動汽車可以提供快速響應的充放電能力，參與電壓控制、無功支持、黑啟動等輔助服務，提高電網的可靠性和穩定性。
需求響應 (Demand Response): 聚合商可以通過價格信號或激勵機制，引導電動汽車用戶在電網高峰時段減少充電或進行放電，以平抑電力負荷波動。
電網擁塞管理 (Congestion Management): 電動汽車靈活性可以通過調整充電時間和地點，緩解電網局部區域的輸電阻塞問題。
微電網和虛擬電廠 (Microgrid and Virtual Power Plant): 電動汽車可以作為微電網或虛擬電廠的重要組成部分，參與電力交易、能量管理和系統優化。
電動汽車到電網 (Vehicle-to-Grid, V2G): V2G技術允許電動汽車在電網需要時反向輸電，將電動汽車變成移動的储能单元，為電網提供更加靈活的電力支持。
隨著電動汽車保有量的持續增長和相關技術的進步，電動汽車靈活性將在電力系統中發揮越來越重要的作用，為構建更加清潔、高效、可靠的智能電網做出貢獻。