مدل برنامه‌ریزی دوسطحی پیشنهاددهی قیمت بهینه تجمیع‌کننده خودروهای الکتریکی در شبکه توزیع

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق - دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

چکیده

در این مقاله مدلی جهت پیشنهاددهی قیمت یک تجمیع‌کننده خودروهای الکتریکی در شبکه توزیع به‌منظور فروش انرژی V2G ارائه‌شده است. قیمت پیشنهادی تجمیع‌کننده جهت فروش V2G از طریق مدل مسئله بهینه‌سازی دوسطحی میان بهره‌بردار مستقل شبکه توزیع (DSO) و تجمیع‌کننده خودروهای الکتریکی و با استفاده از مفهوم مسئله تئوری بازی استکلبرگ تعیین می‌گردد. در مدل دوسطحی پیشنهادشده، تجمیع‌کننده خودروهای الکتریکی قیمت پیشنهادی فروش V2G و برنامه‌ریزی شارژ و دشارژ خودروها را باهدف بیشینه نمودن سود خود در سطح بالای مسئله ارائه می‌دهد. از سوی دیگر در سطح پایین مسئله، بهره‌بردار شبکه توزیع با توجه به قیمت پیشنهادی تجمیع‌کننده و قیمت بازار برق و باهدف کمینه‌سازی هزینه‌ها، برنامه‌ریزی جهت تعیین سهم تأمین انرژی موردنیاز خود از شبکه سراسری یا تجمیع‌کننده خودروهای الکتریکی را انجام می‌دهد. در نقطه تعادل این بازی، قیمت پیشنهادی تجمیع‌کننده و انرژی موردنیاز بهره‌بردار شبکه جهت دریافت از V2G و شبکه سراسری تعیین می‌گردد. با استفاده از شرایط بهینگی کیروش کاهن تاکر مسئله بهینه‌سازی دوسطحی پیشنهادی به یک مسئله ریاضی تک سطحی غیرخطی با شرایط مساوی تبدیل می‌شود. نتایج عددی به‌دست‌آمده جهت بررسی کارایی مدل پیشنهاددهی قیمت تجمیع‌کننده خودروهای الکتریکی تحلیل‌شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Bilevel Programming Model of Electric Vehicles’ Aggregator for Bidding Strategy in the Distribution Network

نویسندگان [English]

  • M. R. Fallahzadeh
  • A. Zangeneh
Department of Electrical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, a bidding strategy model is presented for electric vehicles’ (EVs) aggregator to sell the aggregated energy in the distribution network. The bidding price of the EVs’ Aggregator is determined through the Stackelberg game theory. It is modeled based on a bilevel programming problem between distribution system operator (DSO) and the aggregator.  In the upper level of proposed bilevel model, the aggregator offered its optimal bidding price and EVs’ charge and discharge scheduling to maximize its profit. On the other hand, according to the price of the electricity market and bidding by the aggregator, DSO tries to optimally schedule the portion of energy which is supplied from either main grid or EVs’ aggregator to minimize its cost. In the equilibrium point of the problem, the optimal bidding price of the aggregator and the purchased energy from the aggregator and main grid is determined. The proposed bilevel programming problem is transformed into a single level mathematical programming problem with equilibrium constraints (MPEC) using the Karush-Kuhn-Tucker optimality conditions. The obtained numerical results is used to assess the proposed bidding strategy of EVs’ aggregator.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electric vehicles’ aggregator
  • bilevel programming
  • vehicle to grid (V2G)
  • distribution network

مراجع

[1] K. Parks, P. Denholm, and T. Markel, "Cost and emissions associated with plug-in hybrid vehicle charging," National Renewable Energy Laboratory (NREL), Tech.Rep, May 2007.
[2] G. K. Venayagamoorthy, G. Braband, “Carbon reduction potential with intelligent control of power systems,” in Proc. 17th World Congr., Int. Federation Autom. Control, Seoul, Korea, p. 13 952–13 957, Jul. 6–11, 2008.
[3] IEA (OECD/IEA), "Technology Roadmap Electric and plug-in hybrid electric vehicles," http://www.iea.org/about/copyright.asp, 2009.
[4] K. J. Yunus, Plug-In Electric Vehicle Charging Impacts on Power Systems, chalmers university of technology Göteborg, Sweden, 2010.
[5] A. d. (. Guibert, "Batteries and super capacitors cells for the fully electric vehicle," http://www.smart-systemsintegration.org/public/electricvehicle/batteryworkshopdocuments/presentations/Anne%20de%20Guibert%20Saft.pdf/download, 2009.
[6] W. Kempton, V. Udo, K. Huber, K. Komara, S. Letendre, S. Baker, D. Brunner, N. Pearre, "A Test of Vehicle-to-Grid (V2G) for Energy Storage and Frequency Regulation in the PJM System," November 2008. https://www1.udel.edu/V2G/resources/test-v2g-in-pjm-jan09.pdf
  [7] جمشید آقایی، سید احسان باقری، سجاد شفیعی، طاهر نیکنام و سید محسن باقری، «بررسی پاسخ‌گویی شبکه توزیع هوشمند به عملکرد خودروها الکتریکی هیبریدی قابل اتصال به شبکه،» مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 47، شماره 1، صفحه 11-20، 1396.  
[8] E. Akhavan-Rezai, M. F. Shaaban, E. F. El-Saadany, A. Zidan, "Uncoordinated Charging Impacts of Electric Vehicles on Electric Distribution Grids: Normal and Fast Charging Comparison," IEEE Conf. on Power and Energy Society General Meeting, 2012.
[9] P. Denholm and W. Short, "An Evaluation of Utility System Impacts and Benefits of Optimally Dispatched Plug-In Hybrid Electric Vehicles," National Renewable Energy Laboratory, 2006.
[10] K. Clement-Nyns, E. Haesen, J. Driesen, "The impact of vehicle-to-grid on the distribution grid," Electric Power Systems Research, vol. 81, no. 1, pp. 185-192, 2011.
[11] M. Singh, P. Kumar, I. Kar, "A Multi Charging Station for Electric Vehicles and Its Utilization for Load Management and the Grid Support," IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 4, no. 2, pp. 1026-1037, 2013.
[12] S. Deilami, A. S. Masoum, P. S. Moses, M. A. S. Masoum, "Real-Time Coordination of Plug-In Electric Vehicle Charging in Smart Grids to Minimize Power Losses and Improve Voltage Profile," IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 2, no. 3, pp. 456-467, 2011.
[13] مهدی تورانی، محمدرضا آقاابراهیمی و حمیدرضا نجفی، «برنامه‌ریزی شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی در ریزشبکه بر پایه مسافرت روزانه خودروها،» مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 46، شماره 4، صفحه 65-76، 1395. 
[14] حسن براتی و فرشید عشیر، «مدیریت و کمینه‌سازی هزینه انرژی با ساختار نیروگاه مجازی و در نظرگرفتن خودروهای الکتریکی هیبریدی قابل اتصال به شبکه،» مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، پذیرفته شده، مقاله آماده انتشار.
[15] F. Askari, M. R. Haghifam ; J. Zohrevand ; A. Khoshkholgh, "An Economic Model for Power Exchange of V2Gs in Parking Lots," Integration of Renewables into the Distribution Grid, " CIRED, May 2012.
[16] Kristoffer Weywadt, "Optimal bidding strategy for PHEV fleet aggregators - A bilevel model" Master Thesis, Power Systems Laboratory, ETH Zurich 2012
[17] Marina González Vayá, and Göran Andersson, "Optimal Bidding Strategy of a Plug-In Electric Vehicle Aggregator in Day-Ahead Electricity Markets Under Uncertainty" , IEEE transactions on power systems, vol. 30, no. 5,  pp. 2375 – 2385, September 2015
[18] Stylianos I. Vagropoulos, Anastasios G. Bakirtzis, "Optimal Bidding Strategy for Electric Vehicle Aggregators in Electricity Markets‌" IEEE transactions on power systems, vol. 28, no. 4, pp.  4031 – 4041, November 2013.
[19] C. Hutson, G. K. Venayagamoorthy, K. A. Corzine, "Intelligent Scheduling of Hybrid and Electric Vehicle Storage Capacity in a Parking Lot for Profit Maximization in Grid Power Transactions," IEEE Conf. on Energy, Nov. 2008.
[20] G. Zhang, G. Zhang, Y. Gao, J. Lu, "Competitive Strategic Bidding Optimization in Electricity Markets Using Bilevel Programming and Swarm Technique," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 58, no. 6, pp. 2138-2146, 2011.
[21] M. A. Amouzegar, "A Global Optimization Method for Nonlinear Bilevel Programming Problems," IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics, vol. 29, no. 6, pp. 771-777, 1999.
[22] J. M. Lopez-Lezama, A. Padilha-Feltrin, J. Contreras, J. I. Munoz, "Optimal Contract Pricing of  Distributed Generation in Distribution Networks," IEEE Trans. on Power Systems, vol. 26, no. 1, pp. 128-136, 2011.
[23] M. Carrion, J. M. Arroyo; A, J. Conejo, "A Bilevel Stochastic Programming Approach for Retailer Futures Market Trading," IEEE Trans. on Power Sys., vol. 24, no. 3, pp. 1446-1456, 2009.
[24] J. M. Arroyo, "Bilevel programming applied to power system vulnerability analysis under multiple contingencies," IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 4, no. 2, pp. 178-190, 2009.
[25] M. J. Rider, J. M. Lopez-Lezama, J. Contreras, A. Padilha-Feltrin, "Bilevel approach for optimal location and contract pricing of distributed generation in radial distribution systems using mixed-integer linear programming," IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 7, no. 7, pp. 724-734, 2012.
[26] R. E. Rosenthal, "GAMS: A User’s Guide Washington, DC: GAMS Development Corporation," 1998. [Online]. Available: [Online]. Available:http:/www.gams.com/dd/docs/bigdocs/GAMSUsersGuide.pdf
[27] "Nordpool marker website.," [Online]. Available: http://www.nordpoolspot.com/Marketdata1.
[28] Ghasemi A, mortzavi SS, mashhour E. "Hourly demand response and battery energy storage for imbalanced reduction of smart distribution company embedded with electric vehicles and wind farms.renew energy" 2016,85:124-36.
[29] Morales JM,Perez-Ruiz J. "Point estimate scheme to solve the probabilistic power flow". IEEE Trans Power Syst 2007,22:1597-601
[30] Delgado C, Dominguez-Navarro JA, "point estimate method for probabilistic load flow of an unbalanced power distribution system with correlated wind and solar sources". Electr power energy Syst 2014, 61:267-78.
[31] Ali Shayegan-Rad, Ali Badri, Ali Zangeneh, "Day-ahead scheduling of virtual power plant in joint energy and regulation reserve markets under uncertainties" Elsevier Energy 121 (2017) 114-125.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار