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體現(xiàn)環(huán)境友好和能源可持續(xù)特點(diǎn)的電動(dòng)汽車(chē)正得到全球矚目，“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略明確將節(jié)能與新能源汽車(chē)列入十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一。下一階段，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)將成為支持電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的新方向。智能化的充電終端和充電服務(wù)模式與相關(guān)策略正得到廣泛的研究。

大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用將產(chǎn)生巨大充電需求，極易造成電網(wǎng)局部過(guò)載，影響電能質(zhì)量，增加電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化控制的難度。通過(guò)控制引導(dǎo)手段協(xié)調(diào)大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)充電的時(shí)間與功率，可以改善上述問(wèn)題并提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。這些價(jià)值將以電價(jià)差等方式反饋給用戶，起到激勵(lì)參與調(diào)控的目的。現(xiàn)有研究認(rèn)為，分時(shí)電價(jià)政策下的有序充電收益已足以促使用戶安裝智能控制終端。

有序充電主要存在集中式和分布式兩種控制模式。集中式控制涉及大量離散變量和非線性問(wèn)題，對(duì)控制中心的運(yùn)算和通信能力提出了較高要求。分布式控制將充電優(yōu)化決策下移到單個(gè)終端，控制中心發(fā)布指導(dǎo)信號(hào)而在本地完成充電規(guī)劃，有效分解了運(yùn)算負(fù)擔(dān)，為擴(kuò)大控制群體規(guī)模提供了可能，出現(xiàn)了基于數(shù)學(xué)優(yōu)化和基于博弈論的兩種優(yōu)化方法。

前者通過(guò)交替方向乘子法、AIMD方法和拉格朗日松弛法等數(shù)學(xué)手段將原集中優(yōu)化問(wèn)題分解求解。后一類(lèi)方法則基于購(gòu)售電雙方以及規(guī)制部門(mén)利益目標(biāo)不同而存在博弈。由于無(wú)論是電網(wǎng)還是充電服務(wù)商都不具備對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的直接調(diào)度權(quán)，因此需要通過(guò)價(jià)格信號(hào)或充電服務(wù)計(jì)劃等手段引導(dǎo)用戶充電行為或向用戶換取充電控制權(quán)力。有研究指出，電動(dòng)車(chē)群接入智能電網(wǎng)充電時(shí)，存在以電網(wǎng)或充電服務(wù)商為主導(dǎo)的主從博弈，用以決定最優(yōu)的充電價(jià)格和電量。

集中充電模式下，求解各個(gè)集群充電約束對(duì)應(yīng)的影子價(jià)格，可以作為價(jià)格引導(dǎo)的參照。分時(shí)電價(jià)下電動(dòng)汽車(chē)的響應(yīng)策略與定價(jià)也有大量研究。實(shí)時(shí)電價(jià)機(jī)制對(duì)于引導(dǎo)電動(dòng)車(chē)群有序充電具有更顯著的意義，可以更好地發(fā)揮電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間彈性大、響應(yīng)迅速的特點(diǎn)。已有研究指出，在一定條件下，動(dòng)態(tài)電價(jià)使得削峰填谷的社會(huì)效益與電動(dòng)車(chē)主縮減成本的自身目標(biāo)相一致，并給出了合作與非合作博弈情況下，通過(guò)電價(jià)引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)削峰填谷的充要條件。

• 有學(xué)者建立了能源服務(wù)商主導(dǎo)、電動(dòng)汽車(chē)充電聚合商跟隨的主從博弈模型用以求解服務(wù)商定價(jià)策略。其中充電聚合商通過(guò)提供折扣電價(jià)向用戶直接獲取充電控制權(quán)，但是這種折扣主要來(lái)自于電動(dòng)汽車(chē)反向輸電以及分享能源服務(wù)商分布式發(fā)電和供熱的收益，對(duì)于雙方參與的積極性都難以保證。
• 有學(xué)者考慮電壓合格條件，研究主從博弈下住宅區(qū)電動(dòng)汽車(chē)代理商定價(jià)策略，引導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)充電決策，但其盈利模式類(lèi)似于固定比率的充電服務(wù)費(fèi)，對(duì)于實(shí)際中可以直接接入電網(wǎng)進(jìn)行充電的用戶吸引力不足。
• 有學(xué)者提出配備儲(chǔ)能裝置的充電服務(wù)商可以同時(shí)參與日前-日內(nèi)市場(chǎng)，利用價(jià)差獲利，并建立了可轉(zhuǎn)換為線性規(guī)劃的主從博弈模型。但是由于假設(shè)實(shí)時(shí)市場(chǎng)電價(jià)始終為日前的1.2倍，代理商只進(jìn)行日前定價(jià)，實(shí)際場(chǎng)景中引導(dǎo)作用有限；求解過(guò)程中，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)完全依賴儲(chǔ)能裝置，并進(jìn)行售電套利，但未計(jì)入運(yùn)行成本。

電力傳輸與功率變換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（上海交通大學(xué)） 、美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室、國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員認(rèn)為，充電服務(wù)商以實(shí)時(shí)電價(jià)方式下達(dá)價(jià)格信號(hào)，更符合電動(dòng)汽車(chē)充電特點(diǎn)，能夠更有效地引導(dǎo)充電決策，同時(shí)更準(zhǔn)確地跟蹤電網(wǎng)變化。這一機(jī)制中，能夠交互電價(jià)信號(hào)，并在本地實(shí)現(xiàn)自主決策的用戶側(cè)智能終端至關(guān)重要。

圖1 基于價(jià)格信號(hào)的電動(dòng)汽車(chē)充電引導(dǎo)流程

研究人員認(rèn)為電動(dòng)汽車(chē)與服務(wù)商作為購(gòu)售電的雙方，之間存在充電服務(wù)商主導(dǎo)的主從博弈。這一主從博弈在數(shù)學(xué)上可表述為雙層規(guī)劃問(wèn)題，其中下層問(wèn)題是線性規(guī)劃，通過(guò)將對(duì)應(yīng)KKT 條件代入上層，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為混合整數(shù)線性規(guī)劃求解，得到充電服務(wù)商日前定價(jià)策略。

從上述KKT條件的K-T乘子中可以得到與單臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)可充電時(shí)段、需充電量和充電電價(jià)有關(guān)的邊際充電價(jià)格。經(jīng)過(guò)智能終端規(guī)劃，電動(dòng)汽車(chē)將選擇在電價(jià)較低時(shí)段充電，進(jìn)行充電的時(shí)段中的最高電價(jià)即為充電邊際電價(jià)。充電服務(wù)商結(jié)合電網(wǎng)實(shí)時(shí)電價(jià)、日前購(gòu)電協(xié)議和實(shí)時(shí)充電信息滾動(dòng)發(fā)布實(shí)時(shí)電價(jià)，僅通過(guò)交互電價(jià)信號(hào)即可對(duì)各電動(dòng)汽車(chē)充電實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)。

仿真結(jié)果顯示，這一基于主從博弈的充電引導(dǎo)方法及其定價(jià)策略具有良好的負(fù)荷響應(yīng)性質(zhì)，可以降低用戶充電成本并為服務(wù)商聚合充電資源提供服務(wù)創(chuàng)造了條件。

以上研究成果發(fā)表在2019年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2，論文標(biāo)題為“基于主從博弈的充電服務(wù)商充電引導(dǎo)方法及其定價(jià)策略”，作者為史一煒、馮冬涵、Ella Zhou、方陳。