Optimal Operation of Renewable-energy Vehicle Energy Stations Considering Dynamic Pricing

WANG Jun; WANG Xin; ZHU Jinda; DU Wei

doi:10.7500/AEPS20230808007

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Optimal Operation of Renewable-energy Vehicle Energy Stations Considering Dynamic Pricing

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Optimal Operation of Renewable-energy Vehicle Energy Stations Considering Dynamic Pricing
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 22, Pages: 182-190(2024)
- 作者机构：
  
  1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 211106
  2.南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），江苏省南京市 211106
  3.电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室，江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2021YFB2601600);Jiangsu Provincial Key R&D Program of China(BE2020081)
- DOI：10.7500/AEPS20230808007
  CLC：
- Received：08 August 2023，
  
  Revised：2024-02-26，
  
  Published Online：10 May 2024，
  
  Published：25 November 2024
- 稿件说明：
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王俊,王馨,朱金大等.考虑动态定价的新能源汽车能源站优化运行[J].电力系统自动化,2024,48(22):182-190.

WANG Jun,WANG Xin,ZHU Jinda,et al.Optimal Operation of Renewable-energy Vehicle Energy Stations Considering Dynamic Pricing[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(22):182-190.
王俊,王馨,朱金大等.考虑动态定价的新能源汽车能源站优化运行[J].电力系统自动化,2024,48(22):182-190. DOI： 10.7500/AEPS20230808007.

WANG Jun,WANG Xin,ZHU Jinda,et al.Optimal Operation of Renewable-energy Vehicle Energy Stations Considering Dynamic Pricing[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(22):182-190. DOI： 10.7500/AEPS20230808007.

摘要

“碳达峰∙碳中和”战略目标下，新能源汽车大规模发展。新能源汽车能源站作为关键配套设施，其价格制定和优化运行是构建可持续商业模式、提升运营经济性的关键之一。文中针对兼顾电动汽车、氢燃料汽车和天然气汽车用能需求的新能源汽车能源站运营优化问题，提出了考虑动态定价的优化运行模型。首先，基于新能源汽车能源站的基本结构，构建了市场环境下考虑负荷管理的运营模式；其次，基于电制氢、电转气、多类型储能设备的能源转换与能量时移能力，兼顾对新能源汽车的负荷管理，将新能源汽车用能价格作为变量，提出了考虑动态定价的新能源汽车能源站优化运行模型；最后，通过算例验证了所提方法的有效性，并分析了动态定价与负荷管理对新能源汽车能源站运营收益的影响。

Abstract

Under the strategic goal of “carbon emission peak and carbon neutrality”

the renewable-energy vehicles are developing on a large scale. As a key supporting facility

the pricing and optimal operation of renewable-energy vehicle energy station are one of the key factors in constructing sustainable business models and enhancing operational economics. An optimal operation model considering dynamic pricing is proposed for the operation optimization of renewable-energy vehicle energy stations

which takes into account the energy demand of electric vehicles

hydrogen fuel vehicles

and natural gas vehicles. Firstly

based on the fundamental structure of renewable-energy vehicle energy stations

an operation mode considering load management in a market environment is constructed. Secondly

based on the energy conversion and energy time-shifting capabilities of electrolytic hydrogen production

electricity-to-gas conversion

and multiple types of energy storage devices

taking into account the load management of renewable-energy vehicles and using the energy price of renewable-energy vehicles as a variable

an optimal operation model considering dynamic pricing for renewable-energy vehicle energy stations is proposed. Finally

the effectiveness of the proposed method is validated through case studies

and the impact of dynamic pricing and load management on the operation revenues of renewable-energy vehicle energy stations is analyzed.

关键词

Keywords

references

国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》［EB/OL］.（ 2020-11-02 ）［ 2023-08-03 ］. https：//www.gov.cn/xinwen/2020-11/02/content_5556762.htm https://www.gov.cn/xinwen/2020-11/02/content_5556762.htm .

The General Office of the State Council issued the “New Energy Vehicle Industry Development Plan （ 2021 — 2035 ）”［EB/OL］. （ 2020-11-02 ）［ 2023-08-03 ］. https：//www.gov.cn/xinwen/2020-11/02/content_5556762.htm https://www.gov.cn/xinwen/2020-11/02/content_5556762.htm .

中共中央政治局召开会议分析研究当前经济形势和经济工作［EB/OL］.（ 2023-07-31 ）［ 2023-08-03 ］. http：//zgdsw.com/article/648.html http://zgdsw.com/article/648.html .

The Political Bureau of the Central Committee of the Communist Party of China convened a meeting to analyze and study the current economic situation and economic work ［EB/OL］. （ 2023-07-31 ）［ 2023-08-03 ］. http：//zgdsw.com/article/648.html http://zgdsw.com/article/648.html .

2023年上半年全国机动车达4.26亿辆驾驶人达5.13亿人新能源汽车保有量达 1620 万辆［EB/OL］.（ 2023-07-08 ）［ 2023-08-03 ］. https：//www.mps.gov.cn/n2254098/n4904352/c9106327/content.html https://www.mps.gov.cn/n2254098/n4904352/c9106327/content.html .

By the first half of 2023 ， the number of motor vehicles in China reached 426 million， with 513 million drivers， and the ownership of new energy vehicles reached 16.2 million ［EB/OL］. （ 2023-07-08 ）［ 2023-08-03 ］. https：//www.mps.gov.cn/n2254098/n4904352/c9106327/content.html https://www.mps.gov.cn/n2254098/n4904352/c9106327/content.html .

YANG D C ， HE S W ， WANG M ， et al . Bidding strategy for virtual power plant considering the large-scale integrations of electric vehicles ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2020 ， 56 （ 5 ）： 5890 - 5900 .

甘伟 . 计及新能源汽车接入的综合能源系统协同规划［D］. 武汉：华中科技大学， 2021 .

GAN Wei . Coordinated planning of integrated energy system considering integrating new energy vehicles ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2021 .

朱继忠，何晨可，陈婧韵，等 . 综合能源系统环境下电动汽车充换电设施规划综述［J］. 南方电网技术， 2022 ， 16 （ 1 ）： 14 - 32 .

ZHU Jizhong ， HE Chenke ， CHEN Jingyun ， et al . Overview of electric vehicle charging and swapping facilities planning under the environment of integrated energy system ［J］. Southern Power System Technology ， 2022 ， 16 （ 1 ）： 14 - 32 .

TAN K M ， RAMACHANDARAMURTHY V K ， YONG J Y . Integration of electric vehicles in smart grid： a review on vehicle to grid technologies and optimization techniques ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2016 ， 53 ： 720 - 732 .

黄帅博，陈蓓，高降宇 . 基于马尔可夫决策过程的电动汽车充电站能量管理策略［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 10 ）： 92 - 99 .

HUANG Shuaibo ， CHEN Bei ， GAO Jiangyu . Energy management strategy of electric vehicle charging station based on Markov decision process ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 10 ）： 92 - 99 .

胡寰宇，艾欣，胡俊杰，等 . 考虑电动汽车移动储能特性的智能楼宇群能量管理方法［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 10 ）： 227 - 235 .

HU Huanyu ， AI Xin ， HU Junjie ， et al . Energy management method of smart building cluster considering mobile energy storage characteristics of electric vehicles ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 10 ）： 227 - 235 .

陈思，张焰，薛贵挺，等 . 考虑与电动汽车换电站互动的微电网经济调度［J］. 电力自动化设备， 2015 ， 35 （ 4 ）： 60 - 69 .

CHEN Si ， ZHANG Yan ， XUE Guiting ， et al . Microgrid economic dispatch considering interaction with EV BSS ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2015 ， 35 （ 4 ）： 60 - 69 .

DOU Xun ， WANG Jun ， WANG Zhen ， et al . A decentralized multi-energy resources aggregation strategy based on bi-level interactive transactions of virtual energy plant ［J］. International Journal of Electrical Power and Energy Systems ， 2021 ， 124 ： 10635 .

EL-TAWEEL N A ， KHANI H ， FARAG H E Z . Hydrogen storage optimal scheduling for fuel supply and capacity-based demand response program under dynamic hydrogen pricing ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 4531 - 4542 .

王育飞，叶俊斌，薛花，等 . 基于改进雨流计数法的梯次利用电池储能系统优化控制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 39 - 49 .

WANG Yufei ， YE Junbin ， XUE Hua ， et al . Optimal control for energy storage system with echelon utilization batteries based on improved rain-flow counting method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 39 - 49 .

郭宸显 . 新能源汽车综合能源供给站优化运行研究［D］. 济南：山东大学， 2022 .

GUO Chenxian . Study on optimal operation of comprehensive energy supply station for new energy vehicles ［D］. Jinan ： Shandong University ， 2022 .

CHENG Y ， ZHANG C W . Configuration and operation combined optimization for EV battery swapping station considering PV consumption bundling ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2017 ， 2 （ 3 ）： 1 - 18 .

茆美琴，孙树娟，苏建徽 . 包含电动汽车的风/光/储微电网经济性分析［J］. 电力系统自动化， 2011 ， 35 （ 14 ）： 30 - 35 .

MAO Meiqin ， SUN Shujuan ， SU Jianhui . Economic analysis of a microgrid with wind/photovoltaic/storages and electric vehicles ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2011 ， 35 （ 14 ）： 30 - 35 .

GAN W ， YAN M Y ， YAO W ， et al . Multi-network coordinated hydrogen supply infrastructure planning for the integration of hydrogen vehicles and renewable energy ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2022 ， 58 （ 2 ）： 2875 - 2886 .

WU X ， QI S X ， WANG Z ， et al . Optimal scheduling for microgrids with hydrogen fueling stations considering uncertainty using data-driven approach ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 253 ： 113568 .

DOU X ， WANG J ， FAN D L ， et al . Interaction mechanism and pricing strategy of hydrogen fueling station for hydrogen-integrated transportation and power systems ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2022 ， 58 （ 2 ）： 2941 - 2949 .

ZIEL F ， CROONENBROECK C ， AMBACH D . Forecasting wind power—modeling periodic and non-linear effects under conditional heteroscedasticity ［J］. Applied Energy ， 2016 ， 177 ： 285 - 297 .

袁铁江，计力，田雪沁，等 . 考虑燃料电池汽车加氢负荷的电-氢系统协同优化运行［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 16 - 25 .

YUAN Tiejiang ， JI Li ， TIAN Xueqin ， et al . Synergistic optimal operation of electricity-hydrogen systems considering hydrogen refueling loads for fuel cell vehicles ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 16 - 25 .

ZHANG J M ， SUN K ， LI C B ， et al . Economic scheduling of gaseous-liquid hydrogen generation and storage plants considering complementarity of multiple products ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2023 ， 11 （ 1 ）： 223 - 233 .

KHADEM J ， SAADAT-TARGHI M ， FARZANEH-GORD M . Mathematical modeling of fast filling process at CNG refueling stations considering connecting pipes ［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering ， 2015 ， 26 ： 176 - 184 .

马春艳，段青，郭宸显，等 . 计及峰谷分时电价的压缩天然气加气母站经济调度［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 2 ）： 584 - 595 .

MA Chunyan ， DUAN Qing ， GUO Chenxian ， et al . Economic dispatch of CNG refueling station considering peak-valley time-of-use electricity price strategy ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 2 ）： 584 - 595 .

KAGIRI C ， ZHANG Lijun ， XIA Xiaohua . A hierarchical optimization of a compressed natural gas station for energy and fueling efficiency under a demand response program ［J］. Energies ， 2019 ， 12 （ 11 ）： 1 - 24 .

李佳蓉，林今，陈凯旋，等 . 考虑尾流效应的分布式海上风电制氢集群容量优化配置［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 11 ）： 9 - 17 .

LI Jiarong ， LIN Jin ， CHEN Kaixuan ， et al . Optimal capacity configuration of distributed offshore wind power-to-hydrogen cluster considering wake effect ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 11 ）： 9 - 17 .

潘光胜，顾钟凡，罗恩博，等 . 新型电力系统背景下的电制氢技术分析与展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 10 ）： 1 - 13 .

PAN Guangsheng ， GU Zhongfan ， LUO Enbo ， et al . Analysis and prospect of electrolytic hydrogen technology under background of new power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 1 - 13 .

窦迅，王俊，王湘艳，等 . 基于演化博弈的区域电-气互联综合能源系统用户需求侧响应行为分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3775 - 3786 .

DOU Xun ， WANG Jun ， WANG Xiangyan ， et al . Analysis of user demand side response behavior of regional integrated power and gas energy systems based on evolutionary game ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3775 - 3786 .

窦迅，赵文浩，郎伊紫禾，等 . 计及电转气技术的天然气-电力耦合系统运行研究综述［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 1 ）： 165 - 173 .

DOU Xun ， ZHAO Wenhao ， LANG Yizihe ， et al . A review of operation of natural gas-electricity coupling system considering power-to-gas technology ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 165 - 173 .

ZHAO Y N ， XU X D ， QADRDAN M ， et al . Optimal operation of compressor units in gas networks to provide flexibility to power systems ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 290 ： 116740 .

GIUGNO A ， SORCE A ， CUNEO A ， et al . Effects of market and climatic conditions over a gas turbine combined cycle integrated with a heat pump for inlet cooling ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 290 ： 116724 .

丁涛，贾文皓，黄雨涵，等 . 基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 23 ）： 1 - 11 .

DING Tao ， JIA Wenhao ， HUANG Yuhan ， et al . Collaborative optimization for hydrogen generation， storage， and transportation in mobile hydrogen energy systems based on distributionally robust chance constraint ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 23 ）： 1 - 11 .

郜捷，宋洁，王剑晓，等 . 支撑中国能源安全的电氢耦合系统形态与关键技术［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 19 ）： 1 - 15 .

GAO Jie ， SONG Jie ， WANG Jianxiao ， et al . Form and key technologies of integrated electricity-hydrogen system supporting energy security in China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 19 ）： 1 - 15 .

张逸，张妍，张嫣，等 . 缓减电压暂降影响的电-气综合能源系统储气装置选址定容方法［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 6 ）： 37 - 44 .

ZHANG Yi ， ZHANG Yan ， ZHANG Yan ， et al . Location and constant volume method of gas storage device in integrated electricity-gas energy system for mitigating voltage sag effect ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 37 - 44 .

孙月莹 . 考虑不确定性的多能源系统综合储能优化调度研究［D］. 沈阳：沈阳工业大学， 2021 .

SUN Yueying . Research on integrated energy storage optimal dispatch of multi-energy system considering uncertainty ［D］. Shenyang ： Shenyang University of Technology ， 2021 .

杨景旭 . 计及充电负荷时空调控特性的充换电站需求响应优化［D］. 广州：华南理工大学， 2022 .

YANG Jingxu . Optimization of demand response of charging and replacing power station considering time-space regulation characteristics of charging load ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2022 .

宁剑，江长明，张哲，等 . 可调节负荷资源参与电网调控的思考与技术实践［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 17 ）： 1 - 8 .

NING Jian ， JIANG Changming ， ZHANG Zhe ， et al . Thinking and technical practice of adjustable load resources participating in dispatching and control of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 17 ）： 1 - 8 .

窦迅，王俊，叶飞，等 . 考虑虚拟电厂组合策略的售电公司优化调度及购售电决策［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2078 - 2086 .

DOU Xun ， WANG Jun ， YE Fei ， et al . Optimal dispatching and purchase-sale decision making of electricity retailers considering virtual power plant combination strategies ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2078 - 2086 .

顾伟，任佳依，高君，等 . 含分布式电源和可调负荷的售电公司优化调度模型［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 14 ）： 37 - 44 .

GU Wei ， REN Jiayi ， GAO Jun ， et al . Optimal dispatching model of electricity retailers considering distributed generator and adjustable load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 14 ）： 37 - 44 .

窦迅，王俊，杨志宏，等 . 含交直流混合配网综合能源系统的电动汽车分群调控策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 14 ）： 4829 - 4844 .

DOU Xun ， WANG Jun ， YANG Zhihong ， et al . Cluster-based control strategies of electric vehicles for integrated energy system with AC-DC hybrid distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 14 ）： 4829 - 4844 .

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