電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，采用多層級多目標(biāo)控制策略，電動(dòng)汽車有序充電和充放電控制策略根據(jù)控制主體和控制目標(biāo)的不同劃分為多個(gè)層級。當(dāng)電動(dòng)汽車接納多個(gè)主體的控制以實(shí)現(xiàn)各個(gè)層級的控制目標(biāo)時(shí)，各層級將受到上級和下級控制目標(biāo)的約束。各控制層級同時(shí)存在時(shí)，各層控制的范圍、控制的目標(biāo)存在相互的約束關(guān)系。本發(fā)明的有序充電控制方法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車有序充電及電網(wǎng)的互動(dòng)，減少電動(dòng)汽車對電網(wǎng)的不利影響，同時(shí)利用電動(dòng)汽車充電靈活可調(diào)特性及儲(chǔ)能能力對電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行支持，可促進(jìn)電動(dòng)汽車充電設(shè)施的推廣和應(yīng)用。該方法操作簡單，管理方便，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的用于電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制。
【專利說明】電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 規(guī)?；瘧?yīng)用的電動(dòng)汽車將對電網(wǎng)產(chǎn)生深刻的影響。一方面，不加管控的電動(dòng)汽車 充電將使電網(wǎng)負(fù)荷峰值發(fā)生增長，降低電網(wǎng)可靠性和運(yùn)行效率，另一方面電動(dòng)汽車具有可 控負(fù)荷和儲(chǔ)能單元的雙重屬性，是未來電網(wǎng)可以利用的重要資源。目前我國電網(wǎng)配電網(wǎng)架 薄弱，自動(dòng)化程度低，調(diào)度手段落后，對廣泛分布在用電側(cè)、隨機(jī)性強(qiáng)的電動(dòng)汽車進(jìn)行管理 將對電網(wǎng)監(jiān)測、通訊和控制的能力提出挑戰(zhàn)。認(rèn)清電動(dòng)汽車對電網(wǎng)的影響，利用智能電網(wǎng)技 術(shù)使電動(dòng)汽車成為電網(wǎng)的有機(jī)部分，在電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和規(guī)劃中考慮電動(dòng)汽車與電 網(wǎng)的互動(dòng)，是在電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用前景下，應(yīng)采取的應(yīng)對策略。
[0003] 電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用下，其充電需求將對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，如電動(dòng)汽車充電需 求可能增加電網(wǎng)負(fù)荷高峰，甚至?xí)鼍植颗潆娋W(wǎng)的承受能力，電網(wǎng)需要新增裝機(jī)容量、改 造相應(yīng)輸配電設(shè)備，使得電網(wǎng)運(yùn)行效率降低。電動(dòng)汽車充電設(shè)施還會(huì)帶來諧波、電壓波動(dòng) 等問題，影響公共電能質(zhì)量。利用智能電網(wǎng)技術(shù)，電網(wǎng)可對電動(dòng)汽車充電進(jìn)行管理，避免電 動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)造成不利影響，同時(shí)還可利用電動(dòng)汽車充電的靈活性提高電網(wǎng)的運(yùn)行效 率，遠(yuǎn)期考慮電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的雙向能量轉(zhuǎn)換（V2G)后，電動(dòng)汽車還作為分散式儲(chǔ)能單元， 提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
[0004] 電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)方法尚未達(dá)成共識(shí)，隨著研究的深入和示范工程的開展， 電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)用例也在不斷地豐富當(dāng)中。電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)目標(biāo)、模式和控 制方法也有待進(jìn)行探索。電動(dòng)汽車有序充電與電網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)已在國內(nèi)外受到了廣泛關(guān)注， 總體上國內(nèi)外研究處于起步和探索階段，亟待在規(guī)?；妱?dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)方式、控制 策略等方面進(jìn)行研究，為大規(guī)模電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)奠定理論及工程應(yīng)用基礎(chǔ)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，以實(shí)現(xiàn) 電動(dòng)汽車有序充電及與電網(wǎng)的互動(dòng)，減少電動(dòng)汽車對電網(wǎng)的不利影響，同時(shí)利用電動(dòng)汽車 充電靈活可調(diào)特性及儲(chǔ)能能力對電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行支持。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào) 的有序充電控制方法，該方法采用多層級多目標(biāo)的控制方式，所述層級按照優(yōu)先級依次包 括區(qū)域電網(wǎng)管理層、配電網(wǎng)管理層、集成管理層、本地能量管理層和用戶管理層，其中，區(qū)域 電網(wǎng)管理層的控制是在區(qū)域電網(wǎng)中，通過電價(jià)信號對電動(dòng)汽車的充放電進(jìn)行引導(dǎo)，幫助實(shí) 現(xiàn)電力供需平衡，或者通過中間平臺(tái)對分散電動(dòng)汽車的充放電能力進(jìn)行聚合，參與廣域電 網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行。
[0007] 所述區(qū)域電網(wǎng)管理層以因系統(tǒng)調(diào)峰容量不足而導(dǎo)致的棄風(fēng)電量最小為目標(biāo)，建立 目標(biāo)函數(shù)，約束條件來自電動(dòng)汽車整體的功率上下限及整體的能量需求，該層級的控制模 型如下：
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在于：該方法采用多層 級多目標(biāo)的控制方式，所述層級按照優(yōu)先級依次包括區(qū)域電網(wǎng)管理層、配電網(wǎng)管理層、集成 管理層、本地能量管理層和用戶管理層，其中，區(qū)域電網(wǎng)管理層的控制是在區(qū)域電網(wǎng)中，通 過電價(jià)信號對電動(dòng)汽車的充放電進(jìn)行引導(dǎo)，幫助實(shí)現(xiàn)電力供需平衡，或者通過中間平臺(tái)對 分散電動(dòng)汽車的充放電能力進(jìn)行聚合，參與廣域電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在 于：所述區(qū)域電網(wǎng)管理層以因系統(tǒng)調(diào)峰容量不足而導(dǎo)致的棄風(fēng)電量最小為目標(biāo)，建立目標(biāo) 函數(shù)，約束條件來自電動(dòng)汽車整體的功率上下限及整體的能量需求,該層級的控制模型如 下：
PW為常規(guī)電源的計(jì)劃出力，表示第j個(gè)時(shí)段區(qū)域電網(wǎng)中常規(guī)電源的總體出力； PWj為風(fēng)電功率的預(yù)測值，表示第j個(gè)時(shí)段區(qū)域電網(wǎng)中各風(fēng)電場的總體出力； ρυ為負(fù)荷預(yù)測值，表示第j個(gè)時(shí)段區(qū)域電網(wǎng)中的總負(fù)荷； PEVj為區(qū)域電網(wǎng)管理系統(tǒng)在第j個(gè)時(shí)段對電動(dòng)汽車的總體功率調(diào)度命令； EEVn為電動(dòng)汽車在η個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)所需的電能總量； At為計(jì)算時(shí)段長度； η為計(jì)算時(shí)段數(shù)量； PEVft表示第j時(shí)段內(nèi)電動(dòng)汽車的整體功率上限； PEVnu_表示第j時(shí)段內(nèi)電動(dòng)汽車的整體功率下限。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在 于：所述配電網(wǎng)管理層根據(jù)配電網(wǎng)的運(yùn)行目標(biāo)對電動(dòng)汽車充放電進(jìn)行引導(dǎo)和控制，通過設(shè) 定線路下電動(dòng)汽車充電站的直接管理，達(dá)到線路負(fù)荷峰谷平衡的目標(biāo)；目標(biāo)函數(shù)按照設(shè)定 線路各時(shí)刻負(fù)荷的方差最小建立，同樣在對充電站的功率控制中，滿足充電站的上下限功 率限值以及用電需求，該層級的控制數(shù)學(xué)模型為：
Ρυ表示第j個(gè)時(shí)段該線路下負(fù)荷的平均功率； PEVj為配電網(wǎng)管理層在第j個(gè)時(shí)段對充電站的功率調(diào)度命令； EEVn為充電站在η個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)所需的電能； At為計(jì)算時(shí)段長度； η為計(jì)算時(shí)段數(shù)量； PlWMj為第j時(shí)段內(nèi)電動(dòng)汽車充電站的功率上限； FWmj為第j時(shí)段內(nèi)電動(dòng)汽車充電站的功率下限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在 于：所述集成管理層接收配電網(wǎng)管理層對其整體的充放電控制命令，將充放電功率分配給 管轄的各個(gè)電動(dòng)汽車，在一定的總功率限制下，對各用戶功率限制的分配：當(dāng)系統(tǒng)中有N個(gè) 子用戶，系統(tǒng)的當(dāng)前正向總功率限制為P s+，反向總功率限制為Ρη各子用戶的充放電功率 需求分別為Pp P2, p3. .. ρν，蘭
A > p.s+或
< /V時(shí)，子用戶的需求受到限制，此時(shí) 按照用戶的優(yōu)先級進(jìn)行功率分配，實(shí)現(xiàn)對各子用戶的充電功率進(jìn)行協(xié)調(diào)配置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在 于，各電動(dòng)汽車用戶的優(yōu)先級定義為：
其中，L為當(dāng)前時(shí)刻； Bi為第i輛電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的額定容量； Tmdi為第i輛電動(dòng)汽車預(yù)期離開時(shí)刻； SOCQi為第i輛電動(dòng)汽車初始荷電狀態(tài)； S〇Cmdi為第i輛電動(dòng)汽車目標(biāo)荷電狀態(tài)； 該優(yōu)先級的取值范圍為〇?1，值越大表明充電的優(yōu)先級越高，同時(shí)放電的優(yōu)先級越 低；各車輛的功率限值由優(yōu)先級和系統(tǒng)總功率限值的乘積得出，即： pli+ = PRIiXps+ Pii-= (l-PRIi)Xps_ 其中，Pli+為充電功率限值，P+為放電功率限值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在 于：所述本地能量管理層實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與其他負(fù)荷和電源的協(xié)調(diào)運(yùn)行，控制目標(biāo)是保證本 地電能質(zhì)量的同時(shí)，最大程度滿足電動(dòng)汽車用戶的充電需求。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在 于：設(shè)定本地能量管理層所管理的微網(wǎng)系統(tǒng)包含有風(fēng)電機(jī)組、光伏、電動(dòng)汽車充電站及生活 負(fù)荷，以利用電動(dòng)汽車充放電管理實(shí)現(xiàn)本地最大程度利用可再生能源發(fā)電的目標(biāo)，建立微 網(wǎng)系統(tǒng)對電動(dòng)汽車充電站的控制方式，該層級的控制模型如下：
pwj為第j個(gè)時(shí)段內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的平均輸出功率； Ppvj為第j個(gè)時(shí)段內(nèi)光伏系統(tǒng)的平均輸出功率； ρυ為第j個(gè)時(shí)段除充電站外微網(wǎng)系統(tǒng)中負(fù)荷的平均功率； PEVj為微網(wǎng)系統(tǒng)第j個(gè)時(shí)段對充電站的功率調(diào)度命令； EEVn為充電站在η個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)所需的電能； At為計(jì)算時(shí)段長度；； η為計(jì)算時(shí)段數(shù)量； PlWMj為第j時(shí)段內(nèi)電動(dòng)汽車充電站的功率上限； FWmj為第j時(shí)段內(nèi)電動(dòng)汽車充電站的功率下限。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在 于：所述用戶管理層的控制目標(biāo)是保障用戶的充電需求并降低充電費(fèi)用，該層利用車載或 非車載智能終端實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的充電過程優(yōu)化管理；充放電控制器作為用戶對車輛充放電 控制的接口，實(shí)現(xiàn)用戶預(yù)先設(shè)定的預(yù)計(jì)充電時(shí)間、目標(biāo)荷電狀態(tài)參數(shù)，最終的充放電控制命 令可由充放電控制器下達(dá)給車載充放電機(jī)執(zhí)行；電動(dòng)汽車用戶根據(jù)接收的信息結(jié)合自身的 行駛需求，按照用戶層級控制方式對各種信息做出選擇和響應(yīng)決策。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)的有序充電控制方法，其特征在 于：電動(dòng)汽車用戶根據(jù)接收到的信息做出充放電決策時(shí)，包括如下兩種控制方式： (1) 若電動(dòng)汽車不允許向電網(wǎng)回饋電能，僅根據(jù)約束條件決策計(jì)算時(shí)段的充電功率，控 制目標(biāo)為充電費(fèi)用最低，其控制策略的數(shù)學(xué)模型為：
(2) 若電動(dòng)汽車允許向電網(wǎng)回饋電能，根據(jù)約束條件決策在各計(jì)算時(shí)段進(jìn)行充電還是 放電以及充放電功率的大小，控制目標(biāo)為用戶總支出費(fèi)用最低，其中包括放電引起電池壽 命折損而帶來的成本；此處忽略充放電功率、充放電過程等因素對電池壽命的影響，將電池 壽命折損近似為：& =
，CB為單位容量的電池價(jià)格屯為電池全壽命循環(huán)次數(shù)；同 時(shí)為了避免過度充電和放電，整個(gè)過程電池的SOC應(yīng)保持在設(shè)定范圍[socmin，socmax]之內(nèi)， 其控制策略的數(shù)學(xué)模型為： minU =
{k.+p^u + k._p^2. - ζΒ) + c.+ {p. - Ρ.+)λ? + c._(P._ - ρ.)λ.)Μ)
其中，At為計(jì)算時(shí)段長度； N為計(jì)算時(shí)段數(shù)量； Pi為電動(dòng)汽車在計(jì)算時(shí)段i的充放電功率； Tplugin為電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的時(shí)刻； Tmd為電動(dòng)汽車預(yù)期離開時(shí)刻； socQ為動(dòng)力電池的初始荷電狀態(tài)； SOCi為第i個(gè)計(jì)算時(shí)段結(jié)束時(shí)的荷電狀態(tài)； socmd為目標(biāo)荷電狀態(tài)； P。為充電設(shè)施和車載充電機(jī)功率限制的最小值； hi為各計(jì)算時(shí)段的充電電價(jià)； c2i為各計(jì)算時(shí)段的放電電價(jià)； pi+為各計(jì)算時(shí)段的充電功率限制； Pp為各計(jì)算時(shí)段的放電功率限制； λ i為各時(shí)段違背充放電功率限制的懲罰系數(shù)； B為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池容量。
【文檔編號】H02J7/00GK104253470SQ201410497211
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】李洪峰, 連湛偉, 徐鵬, 鄧建慎, 陳志剛, 李國杰, 楊茜, 郝戰(zhàn)鐸, 江艦, 唐宇 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司