一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括依次連接的充電站信息發(fā)送與接收模塊、充電站控制模塊、控制策略輸出模塊和充電樁信息接收與發(fā)送模塊；所述充電站信息發(fā)送與接收模塊分別與電網(wǎng)調(diào)度中心和所述充電樁信息接收與發(fā)送模塊連接。該系統(tǒng)通過規(guī)?；妱悠噮⑴c頻率波動響應(yīng)，并根據(jù)充電站實(shí)時(shí)可利用充放電功率情況，有序安排充電站內(nèi)電動汽車充放電。
【專利說明】 一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，更具體涉及一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
:
[0002]隨著可再生能源的發(fā)展，對自動發(fā)電控制(AGC)的要求越來越高，而電動汽車的快速發(fā)展給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了契機(jī)。AGC的主要作用是維持電網(wǎng)發(fā)電和負(fù)荷的平衡，但是隨著可持續(xù)能源的大量涌入，使得未來電網(wǎng)需求平衡不能僅僅依靠傳統(tǒng)能源。如果電動汽車電池能量參與到電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)中來，AGC就能夠同時(shí)從發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)響應(yīng)頻率波動，協(xié)助傳統(tǒng)發(fā)電站。電動汽車參與頻率調(diào)節(jié)方式主要有兩種:集中控制和分散控制，一般情況下規(guī)?；潆娬緝?nèi)可采用集中控制方式，而對于分散安裝的充電樁較難實(shí)現(xiàn)集中控制，選擇分散控制。本申請研究的是規(guī)?；潆娬纠肰2G技術(shù)輔助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，充分利用電動汽車(EV)優(yōu)點(diǎn)如響應(yīng)速度快、能提供巨大即時(shí)電能，提出充電機(jī)滿足電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度的需要，安排充電站內(nèi)電動汽車有序充放電過程。該方案不僅能充分利用電動汽車的優(yōu)勢，而且還能實(shí)現(xiàn)不同頻率調(diào)節(jié)資源之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，提高了電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，也使得可再生能源入網(wǎng)更加便利高效。


【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過規(guī)?；妱悠噮⑴c頻率波動響應(yīng)，并根據(jù)充電站實(shí)時(shí)可利用充放電功率情況，有序安排充電站內(nèi)電動汽車充放電。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括依次連接的充電站信息發(fā)送與接收模塊、充電站控制模塊、控制策略輸出模塊和充電樁信息接收與發(fā)送模塊；所述充電站信息發(fā)送與接收模塊分別與電網(wǎng)調(diào)度中心和所述充電樁信息接收與發(fā)送模塊連接。
[0005]本發(fā)明提供的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述充電站信息發(fā)送與接收模塊用于接收所述電網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)控指令和充電站內(nèi)各充電樁信息并將所述信息發(fā)送至所述電網(wǎng)調(diào)度中心；
[0006]所述充電站控制模塊用于實(shí)現(xiàn)充電站的充放電優(yōu)化控制；
[0007]所述控制策略輸出模塊用于將優(yōu)化控制策略輸出至所述所述充電樁信息接收與發(fā)送模塊；
[0008]所述充電樁信息接收與發(fā)送模塊用于收集充電站內(nèi)各充電樁信息并將所述信息發(fā)送至所述充電站信息發(fā)送與接收模塊。
[0009]本發(fā)明提供的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述充電站信息發(fā)送與接收模塊包括電網(wǎng)負(fù)荷頻率信號接收單元和充電站信息反饋單元；所述電網(wǎng)負(fù)荷頻率信號接收單元是接收在電網(wǎng)負(fù)荷波峰或波谷時(shí)，電網(wǎng)的發(fā)電功率與負(fù)荷需求不匹配導(dǎo)致電網(wǎng)頻率波動的信息；所述充電站信息反饋單元是收集充電站內(nèi)各充電樁信息并將所述信息發(fā)給電網(wǎng)調(diào)度中心。
[0010] 本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述充電站控制模塊根據(jù)接收到相應(yīng)的調(diào)配負(fù)荷指令和當(dāng)前充電站的情況優(yōu)化充電站的充放電順序；所述優(yōu)化充電站的充放電順序控制過程包括的步驟為建立充電站電動汽車充放電優(yōu)化模型。[0011 ] 本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述充電站電動汽車充放電優(yōu)化模型的建立過程為:
[0012]確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；
[0013]確定所述模型的約束。
[0014]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)通過下式確定:
[0015]_:1 +
[0016]其中，m為根據(jù)電動汽車控制間隔，將一天劃分為的點(diǎn)數(shù)，t為時(shí)間，PL(t)為t時(shí)刻接入電動汽車后電網(wǎng)負(fù)荷功率，Ρω為電動汽車未參與調(diào)頻的電網(wǎng)負(fù)荷功率額定值；
[0017]所述約束包括峰荷不小于全天各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的負(fù)荷約束、充放電系數(shù)約束、任意時(shí)刻電動汽車充放電狀態(tài)唯一約束、電池容量下限約束和用戶需求約束。
[0018]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述峰荷不小于全天各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的負(fù)荷約束通過下式確定:
[0019]ip 2i ?c X； - Pc、- V Cc.-； -C:r；:.Γηη-η?.“、警%顏
[0020]Cc|fj 冊—z—-
[0021]
[0022]式中，LP為電網(wǎng)日負(fù)荷峰值，P0(t)為t時(shí)刻電網(wǎng)的基本負(fù)荷，CijC(t)為t時(shí)刻第i輛車的充電系數(shù)，cijD(t)為t時(shí)刻第i輛車的放電系數(shù)，PijC(t)為t時(shí)刻第i輛車的充電功率，Ρ?,οω為t時(shí)刻第i輛車的放電功率，PCN為額定充電功率，t為1、2……m ；
[0023]所述充放電系數(shù)約束通過下式確定:
[0024]0 ^ CijC(t) ^ 1
[0025]0 ^ CijD(t) ^ 1
[0026]所述任意時(shí)刻電動汽車充放電狀態(tài)唯一約束通過下式確定:
[0027]CijC(t)|-|CijD(t) ( 1
[0028]所述電池容量下限約束通過下式確定:
[0029]BijS(t)彡 Bl
[0030]式中，Bi>s(t)為t時(shí)刻第i輛車的電池荷電狀態(tài)，為電池容量下限；
[0031]所述用戶需求約束通過下式確定:
[0032]?::、■ y1: c；;; tt； qr._— I > Cy0
X — % f
[0033]式中，nD為電動汽車的放電效率，PiN為電動汽車的額定充放電功率，ti,d為第i輛車充電結(jié)束時(shí)間，tija為第i輛電動汽車的起始充電時(shí)間，CiJ為第i輛電動汽車的充電需求，Ho1為電動汽車的充電效率。
[0034]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述可利用充放電功率Pbattoy通過下式確定:
[0035]Pbattery = H PLbattery
[0036]其中，Pu3attwy為頻率波動時(shí)AGC分配給充電站的負(fù)荷功率，η為充放電站的響應(yīng)系數(shù)；
[0037]*|
[0038]SOC為電動汽車的荷電狀態(tài)，SOCmin與SOCmax分別為充電站荷電狀態(tài)上下限。
[0039]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:將所述確定的可利用充放電功率發(fā)送至所述電網(wǎng)調(diào)度中心，所述電網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)此時(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行情況，決定充電站此時(shí)是向電網(wǎng)輸送功率還是吸收功率，并將該指令下發(fā)給充電站；充電站再根據(jù)自身優(yōu)化控制目標(biāo)進(jìn)行配合。
[0040]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述充電站控制模塊設(shè)有顯示界面，所述顯示界面包括所述充電樁信息:所述信息包括根據(jù)所述電網(wǎng)頻率波動的范圍確定所述充電站的充電價(jià)格P1^:
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[0041]驪 s., ,.Λ.,
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[0042]其中，C1X2X3為、C4分別為規(guī)定頻率范圍內(nèi)的基準(zhǔn)電價(jià)；Af為電網(wǎng)頻率波動，kpk2、k3、k4分別為對應(yīng)頻率范圍內(nèi)的電價(jià)系數(shù)。
[0043]和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果
[0044]1、本發(fā)明通過規(guī)?；妱悠噮⑴c頻率波動響應(yīng)，根據(jù)充電站實(shí)時(shí)可利用充放電功率情況，設(shè)計(jì)控制器有序安排充電站內(nèi)電動汽車充放電；
[0045]2、本發(fā)明對所有電力用戶主動進(jìn)行有序用電管理，主動調(diào)整用電負(fù)荷曲線，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的最優(yōu)；
[0046]3、本發(fā)明在滿足用戶充電需求的約束下，在負(fù)荷高峰及波動較大的時(shí)期能夠向電網(wǎng)送電，達(dá)到削峰填谷、減小頻率波動的目的；
[0047]4、本發(fā)明盡快調(diào)節(jié)發(fā)電功率和負(fù)荷需求的關(guān)系，減小頻率波動的危害；
[0048]5、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)充電站的充放電優(yōu)化控制，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷波動最小化為目標(biāo)，優(yōu)化充電站內(nèi)各充電樁的充放電行為；
[0049]6、本發(fā)明能充分利用電動汽車的優(yōu)勢，而且還能實(shí)現(xiàn)不同頻率調(diào)節(jié)資源之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，提高了電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，也使得可再生能源入網(wǎng)更加便利高效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1為充電站有序充放電控制系統(tǒng)模塊信息交流示意圖；
[0051]圖2為本發(fā)明的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻響應(yīng)曲線圖；
[0052]圖3為本發(fā)明的計(jì)及V2G效應(yīng)的負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)曲線圖；
[0053]圖4為本發(fā)明的遺傳算法流程圖；
[0054]圖5為本發(fā)明的充電機(jī)顯示界面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0055]下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0056]實(shí)施例1:
[0057]如圖1 - 5所示，本例的發(fā)明一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括依次連接的充電站信息發(fā)送與接收模塊、充電站控制模塊、控制策略輸出模塊和充電樁信息接收與發(fā)送模塊；所述充電站信息發(fā)送與接收模塊分別與電網(wǎng)調(diào)度中心和所述充電樁信息接收與發(fā)送模塊連接。
[0058]充電站信息發(fā)送與接收模塊，包括電網(wǎng)負(fù)荷頻率信號接收單元、充電站信息反饋單元。電網(wǎng)負(fù)荷頻率信號接收單元主要是接收在電網(wǎng)負(fù)荷波峰或波谷時(shí)，電網(wǎng)的發(fā)電功率與負(fù)荷需求不匹配，導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降或上升，也就是電網(wǎng)頻率波動的信息，因此需要在這時(shí)盡快調(diào)節(jié)發(fā)電功率和負(fù)荷需求的關(guān)系，減小頻率波動的危害。充電站信息反饋單元的主要任務(wù)是每隔一段時(shí)間收集充電站內(nèi)各充電樁信息(是否接入電動汽車、是否愿意入網(wǎng)、可提供充放電功率、用戶充電時(shí)間要求)，該時(shí)間可設(shè)定；并將這些信息發(fā)給電網(wǎng)調(diào)度中心，電網(wǎng)中心如有負(fù)荷調(diào)度需求就根據(jù)接收到的信息分配給充電站參與調(diào)頻的負(fù)荷功率。
[0059]充電站控制器模塊主要是以電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)頻需求為首要目標(biāo)，其次以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷波動最小化為第二目標(biāo)，優(yōu)化充電站內(nèi)各充電樁的充放電行為，實(shí)現(xiàn)充電站的充放電優(yōu)化控制?？刂浦行挠梢慌_HP Proliant DL388 Gen8服務(wù)器和兩臺Hp ProliantDL580 G7服務(wù)器及兩臺DELL Power Edge R910機(jī)架式服務(wù)器構(gòu)成。
[0060]連接所述控制系統(tǒng)中的模塊的紐帶是通信模塊，實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送與接收。硬件部分包括GPRS接口、TCP/IP以太網(wǎng)接口、CAN總線通信接口、PLC通信接口、Zigbee總線通信接口、3G無線通信接口和4G無線通信接口，其實(shí)現(xiàn)信息發(fā)送接收模塊與控制模塊之間的通?目。
[0061]控制策略輸出模塊主要為數(shù)據(jù)通信模塊，硬件部分包括、TCP/IP以太網(wǎng)接口、CAN總線通信接口，將控制器的控制命令發(fā)送至各充電樁。
[0062]充電樁信息接收與發(fā)送模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊和通信模塊，分別采集電動汽車的電池管理系統(tǒng)中當(dāng)前電動汽車的電池及充放電狀態(tài)信息，然后通過TCP/IP以太網(wǎng)接口、CAN總線通信接口、3G無線通信接口或4G無線通信接口發(fā)送至電網(wǎng)調(diào)度中心。
[0063](1)充電站響應(yīng)電網(wǎng)頻率波動的響應(yīng)特性
[0064]電網(wǎng)頻率是電能質(zhì)量的三個(gè)重要指標(biāo)之一，頻率偏差過大時(shí)將導(dǎo)致用電設(shè)備不正常運(yùn)行或產(chǎn)生故障，電網(wǎng)頻率恒定的保持，需要所有發(fā)電企業(yè)共同參與。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)頻率波動時(shí)，使頻率恢復(fù)至穩(wěn)定的方法主要分兩種:一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的頻率響應(yīng)曲線如圖2所示:
[0065]當(dāng)外界負(fù)荷發(fā)生變動時(shí)，頻率就會發(fā)生變化，這時(shí)首先起作用的是一次調(diào)頻，它是指個(gè)機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與改變機(jī)組所帶的負(fù)荷，以來緩沖外界負(fù)荷變化，這個(gè)過程系統(tǒng)自發(fā)的調(diào)節(jié)，但它不能使頻率恢復(fù)至50Hz，只能緩和頻率的變化程度。要使頻率恢復(fù)至50Hz，還需二次調(diào)頻，二次調(diào)頻是指利用同步器(調(diào)頻器)來參與調(diào)節(jié)，這個(gè)過程是人為的根據(jù)頻率變化來調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，目前有兩種方式，一是由調(diào)總下令各廠調(diào)整負(fù)荷，二是機(jī)組采用AGC方式來改變機(jī)組負(fù)荷，只有這樣通過增減一些機(jī)組負(fù)荷，才能達(dá)到最終的功率平衡，才能實(shí)現(xiàn)頻率波動穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)。
[0066]本發(fā)明是響應(yīng)AGC 二次調(diào)頻方式，對充電站內(nèi)的負(fù)荷及功率進(jìn)行調(diào)配。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，頻率f是一個(gè)很重要的電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，
[0067](I)
[0068]它反映了系統(tǒng)發(fā)電功率與系統(tǒng)負(fù)荷之間的動態(tài)平衡，外界負(fù)荷頻率是不斷變化的，當(dāng)其不等于發(fā)電機(jī)功率時(shí)，就會導(dǎo)致頻率變化，而且由于原動機(jī)輸入功率變化緩慢，功率波動就在所難免，而充電站的負(fù)荷功率的一大優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，所以將充電站作為電網(wǎng)頻率控制的一種方式可以有效的減小電網(wǎng)的頻率波動。
[0069]負(fù)荷的功率-頻率特性表達(dá)式為
[0070]Pl = a0PLe+aiPLe (f/fe) +a2PLe (f/fe)2+...+anPLef/fen (2)
[0071]Pl = a0+a1f1+a2f12+...+aj^f^ (3)
[0072]其中，為綜合負(fù)荷功率，f為電網(wǎng)頻率，f；分別為對應(yīng)的額定值，= PL/PLe,
fj — f/fe j..+? — I ο
[0073]a0?an為零次方負(fù)荷(電熱、照明等)，一次方負(fù)荷(切削機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等)，二次方負(fù)荷(網(wǎng)損)……負(fù)荷所占的比例系數(shù)。
[0074]當(dāng)電網(wǎng)頻率由變到&時(shí)，即頻率波動為At = f\-f2，功率的變化為AP1 =PJf1) -PJf2)，充電站的可利用充放電功率用電動汽車的荷電狀態(tài)SOC來表征，SOCmin與SOCmax分別為充電站荷電狀態(tài)上下限，頻率波動△ f是充放電站的負(fù)荷響應(yīng)
[0075]Pbattery = H PLbattery⑷
[0076]其中，Pu3attwy為頻率波動時(shí)AGC分配給充放電站的負(fù)荷功率，η為充放電站的響應(yīng)系數(shù)，Pbattery為充電站參與調(diào)頻的實(shí)際可用充放電功率。
Κ--— - —-,.x
[0077]^W
[0078]充電站實(shí)時(shí)可利用充放電功率特性與調(diào)度中心的信息交流
[0079]在時(shí)刻t時(shí)，計(jì)算可利用充放電功率并發(fā)送至電網(wǎng)調(diào)度中心，調(diào)度中心根據(jù)此時(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行情況，決定充電站此時(shí)是向電網(wǎng)輸送功率還是吸收功率，并將該指令下發(fā)給充電站，充電站再根據(jù)自身優(yōu)化控制目標(biāo)進(jìn)行配合。
[0080]t時(shí)刻可利用充電負(fù)荷
[0081]Ρ?ζ-Χ'?；(Λ-?.(:> ；m

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[0082]t時(shí)刻可利用放電負(fù)荷
[0083]?s - = T ?:t --->

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[0084]充電站有序充放電充電站控制模塊的控制方法
[0085]隨著未來電動汽車的發(fā)展與普及，將會有大量電動汽車廣泛隨機(jī)接入電網(wǎng)，其無序充放電行為將對電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生非常不利的影響。我國從“九五”開始明確支持電動汽車的發(fā)展和示范運(yùn)行，北京、上海、深圳等示范城市紛紛開展了電動汽車充電設(shè)施的建設(shè)工作。國家電網(wǎng)公司在“十二五”期間，將建設(shè)充換電站2351座、充電樁22萬個(gè)?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著未來電動汽車的普及，將有大量電動汽車接人電網(wǎng)充放電。如果沒有相應(yīng)的政策和手段來對其充放電行為進(jìn)行引導(dǎo)，那么大規(guī)模的電動汽車無序充放電行為將對電力系統(tǒng)的運(yùn)行與規(guī)劃產(chǎn)生非常不利的影響。
[0086]因此我們需要對充放電站內(nèi)電動汽車充放電進(jìn)行有序控制，當(dāng)前我國推行的有序用電管理措施，多是在負(fù)荷高峰電力供需不平衡的時(shí)候啟用，這種情況下，政府、供電企業(yè)和用戶都處于被動，尤其是用戶生產(chǎn)活動的調(diào)節(jié)屬于被動調(diào)節(jié)，會造成一定的損失。所以應(yīng)該對有序用電的概念進(jìn)行擴(kuò)展，發(fā)展到所有電力用戶主動進(jìn)行有序用電管理，主動調(diào)整用電負(fù)荷曲線，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的雙贏。
[0087]電動汽車充放電站接收到相應(yīng)的調(diào)配負(fù)荷指令，控制器即根據(jù)當(dāng)前充電站的情況優(yōu)化本充放電站的充放電順序，以達(dá)到充放電高效最優(yōu)的控制效果。假設(shè)所研究的充放電站內(nèi)有N輛電動汽車，用Xi = [tija, tijd, BijSa, BijSd, PCN]表示決定單臺電動汽車充電負(fù)荷的主要變量。各參數(shù)依次為第i輛電動汽車的起始充電時(shí)間、終止充電時(shí)間、起始荷電狀態(tài)(S0C)、離開期望S0C、額定充電功率。起始和終止充電時(shí)間將決定電動汽車的充放電時(shí)段，起始S0C和離開期望S0C將決定電動汽車的充電需求，額定充電功率將影響電動汽車充電所需時(shí)長以及充電負(fù)荷的幅值。第i臺電動汽車的充電所需時(shí)間計(jì)算為
[0088]=.....1.......6.Τ.?ΤΙ'ten
[0089]式中為第i輛電動汽車的充電需求辦,。為第i輛電動汽車的電池容量；為電動汽車的充電效率。
[0090]如果是在連續(xù)充電的情況下，預(yù)計(jì)第i輛車充電結(jié)束時(shí)間為
[0091]tijd = tijC+ti>a(7)
[0092]車輛到電網(wǎng)(Vehicle to Grid，V2G)優(yōu)化時(shí)，電動汽車作為可控的儲能單元，在滿足用戶充電需求的約束下，在負(fù)荷高峰及波動較大的時(shí)期能夠向電網(wǎng)送電，達(dá)到削峰填谷、減小頻率波動的目的。為了實(shí)現(xiàn)峰荷最小和負(fù)荷曲線波動最小2個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，本申請?zhí)岢隽艘环N兩階段優(yōu)化法。第1階段優(yōu)化以日峰荷最小為目標(biāo)，考慮電動汽車充放電的相關(guān)約束條件；第2階段優(yōu)化在峰荷最小的所有可行解中求取日負(fù)荷波動最小的充放電控制方案。
[0093]電網(wǎng)頻率波動時(shí)充電站控制策略
[0094]此階段的優(yōu)化目標(biāo)為最小化電網(wǎng)的負(fù)荷波動。假設(shè)電動汽車控制間隔為15min，將一天劃分為96個(gè)點(diǎn)。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為:_5] _
[0096]式中:Pjt)為t時(shí)刻接入電動汽車后電網(wǎng)負(fù)荷功率，PM為電動汽車未參與調(diào)頻的電網(wǎng)負(fù)荷功率額定值。
[0097]決策變量為第i輛車t時(shí)刻的充電系數(shù)、放電系數(shù)CijthCwa)。電動汽車V2G優(yōu)化模型的約束如下。
[0098]1)峰荷不小于全天各個(gè)時(shí)間點(diǎn)負(fù)荷約束
[0099]L? > ?.- ?;>■ ^ Λ；:;:,: - C；: ,:■ -■: ?'?,#)(f)


；.=.V
[0100]
[0101] %? = tili
[0102]式中，LP為電網(wǎng)日負(fù)荷峰值，Pjt)為t時(shí)刻電網(wǎng)的基本負(fù)荷，Ci,e(t)為t時(shí)刻第i輛車的充電系數(shù)，CijD(t)為t時(shí)刻第i輛車的放電系數(shù)，PijC(t)為t時(shí)刻第i輛車的充電功率，PijD(t)為t時(shí)刻第i輛車的放電功率。
[0103]2)充放電系數(shù)約束
[0104]0 ^ CijC(t) ^ 1 (12)
[0105]0 ^ CijD(t) ^ 1 (13)
[0106]3)任意時(shí)刻電動汽車充放電狀態(tài)唯一約束
[0107]cijC(t) | + |CijD(t) I ^ 1 (14)
[0108]4)電池容量下限約束
[0109]BijS(t) ^ Bl (15)
[0110]式中，Bi>s(t)為t時(shí)刻第i輛車的電池荷電狀態(tài)，為電池容量下限。
[0111]5)用戶需求約束
[0112]?、.V i C.c ；t.η 一i^ ) > C.c=.1e.' mmme \|--'
i 1 ；'
[0113]式中，nD為電動汽車的放電效率，PiN為電動汽車的額定充放電功率。
[0114]以上建立的充放電站電動汽車充放電優(yōu)化模型，運(yùn)用遺傳算法求最優(yōu)解。遺傳算法的計(jì)算流程圖，如圖4所示。
[0115]基于電網(wǎng)頻率波動的分段電價(jià)充放電站收費(fèi)方法
[0116]電網(wǎng)頻率是表征電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要的直接的參數(shù)，它的波動范圍是有嚴(yán)格規(guī)定的，一般為±0.5Hz，希望波動越小越好，而這在充放電站內(nèi)表現(xiàn)出來的就是充電價(jià)格Pria:
f C1 * k^Af t\2 < A; < O1-
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[0118]其中，CpCyC3為、C4分別為規(guī)定頻率范圍內(nèi)的基準(zhǔn)電價(jià)；Af為電網(wǎng)頻率波動，?kp k2、k3、k4分別為對應(yīng)頻率范圍內(nèi)的電價(jià)系數(shù)。
[0119]充電站控制模塊界面設(shè)計(jì)
[0120]充放電機(jī)的顯示界面上需要顯示一些關(guān)于用戶和充電站狀態(tài)的信息，如用戶是否愿意入網(wǎng)、用戶預(yù)計(jì)取車時(shí)間、用戶充電期望，顯示屏上需要顯示給用戶和充放電站的信息有電動汽車剩余電量、預(yù)計(jì)充電時(shí)間、預(yù)計(jì)充電費(fèi)用、當(dāng)日預(yù)計(jì)電價(jià)表，充電機(jī)顯示界面如圖5所示。
[0121]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括依次連接的充電站信息發(fā)送與接收模塊、充電站控制模塊、控制策略輸出模塊和充電樁信息接收與發(fā)送模塊；所述充電站信息發(fā)送與接收模塊分別與電網(wǎng)調(diào)度中心和所述充電樁信息接收與發(fā)送模塊連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述充電站信息發(fā)送與接收模塊用于接收所述電網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)控指令和充電站內(nèi)各充電樁信息并將所述信息發(fā)送至所述電網(wǎng)調(diào)度中心； 所述充電站控制模塊用于實(shí)現(xiàn)充電站的充放電優(yōu)化控制； 所述控制策略輸出模塊用于將優(yōu)化控制策略輸出至所述所述充電樁信息接收與發(fā)送模塊； 所述充電樁信息接收與發(fā)送模塊用于收集充電站內(nèi)各充電樁信息并將所述信息發(fā)送至所述充電站信息發(fā)送與接收模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述充電站信息發(fā)送與接收模塊包括電網(wǎng)負(fù)荷頻率信號接收單元和充電站信息反饋單元；所述電網(wǎng)負(fù)荷頻率信號接收單元是接收在電網(wǎng)負(fù)荷波峰或波谷時(shí)，電網(wǎng)的發(fā)電功率與負(fù)荷需求不匹配導(dǎo)致電網(wǎng)頻率波動的信息；所述充電站信息反饋單元是收集充電站內(nèi)各充電樁信息并將所述信息發(fā)給電網(wǎng)調(diào)度中心。
4.如權(quán)利要求3所述的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述充電站控制模塊根據(jù)接收到相應(yīng)的調(diào)配負(fù)荷指令和當(dāng)前充電站的情況優(yōu)化充電站的充放電順序；所述優(yōu)化充電站的充放電順序控制過程包括的步驟為建立充電站電動汽車充放電優(yōu)化模型。
5.如權(quán)利要求4所述的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述充電站電動汽車充放電優(yōu)化模型的建立過程為: 確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)； 確定所述模型的約束。
6.如權(quán)利要求5所述的一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)通過下式確定:
1*1 其中，m為根據(jù)電動汽車控制間隔，將一天劃分為的點(diǎn)數(shù)，t為時(shí)間，Pl(t)為t時(shí)刻接入電動汽車后電網(wǎng)負(fù)荷功率，Ρω為電動汽車未參與調(diào)頻的電網(wǎng)負(fù)荷功率額定值； 所述約束包括峰荷不小于全天各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的負(fù)荷約束、充放電系數(shù)約束、任意時(shí)刻電動汽車充放電狀態(tài)唯一約束、電池容量下限約束和用戶需求約束。
7.如權(quán)利要求6所述的一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述峰荷不小于全天各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的負(fù)荷約束通過下式確定:
Lp S if Cf) - ?c>.S； ζ > * C|.
C:,:漏 式中，Lp為電網(wǎng)日負(fù)荷峰值，P0(t)為t時(shí)刻電網(wǎng)的基本負(fù)荷，Cijc(t)為t時(shí)刻第i輛車的充電系數(shù)，CijD(t)為t時(shí)刻第i輛車的放電系數(shù)，Pi, c (t)為t時(shí)刻第i輛車的充電功率，Pi,D⑴為t時(shí)刻第i輛車的放電功率，Pcn為額定充電功率，t為1、2……m ; 所述充放電系數(shù)約束通過下式確定:
O ( Cij c (t) ( I 0^ CijD(t) ^ I(13) 所述任意時(shí)刻電動汽車充放電狀態(tài)唯一約束通過下式確定:
Ci,c(t) Mci,D(t) I ( I 所述電池容量下限約束通過下式確定:
Bia (t) ^Bl 式中，BiilU)為t時(shí)刻第i輛車的電池荷電狀態(tài)，為電池容量下限； 所述用戶需求約束通過下式確定:..=t.? 二 式中，nD為電動汽車的放電效率，Pffl為電動汽車的額定充放電功率，ti,d為第i輛車充電結(jié)束時(shí)間，ti>a為第i輛電動汽車的起始充電時(shí)間，CiJ為第i輛電動汽車的充電需求，n CH為電動汽車的充電效率。
8.如權(quán)利要求3所述的一種規(guī)模化充電站電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述可利用充放電功率Pbattoy通過下式確定: P= π P
1batteryL1 Lbattery 其中，P—y為頻率波動時(shí)AGC分配給充電站的負(fù)荷功率，n為充放電站的響應(yīng)系數(shù)；
_ yJu — Sul,,tV;.SOC為電動汽車的荷電狀態(tài)，SOCmin與SOCmax分別為充電站荷電狀態(tài)上下限。
9.如權(quán)利要求8所述的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:將所述確定的可利用充放電功率發(fā)送至所述電網(wǎng)調(diào)度中心，所述電網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)此時(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行情況，決定充電站此時(shí)是向電網(wǎng)輸送功率還是吸收功率，并將該指令下發(fā)給充電站；充電站再根據(jù)自身優(yōu)化控制目標(biāo)進(jìn)行配合。
10.如權(quán)利要求3所述的一種規(guī)?；潆娬倦娋W(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述充電站控制模塊設(shè)有顯示界面，所述顯示界面包括所述充電樁信息:所述信息包括根據(jù)所述電網(wǎng)頻率波動的范圍確定所述充電站的充電價(jià)格:
? c.-λ.δ: ο.; t a:<0.: ^ I I:.- Κ.4: O::: h:< Ο,:
■ I月a.Λ.Λ.t?十 A Δ:— U— <.A: ￡ t'
VC- — k- Δ: — C5 ￡ Δ: ￡ -O,:
?醫(yī)—?—* 其中，C1、C2、C3為、C4分別為規(guī)定頻率范圍內(nèi)的基準(zhǔn)電價(jià)；Λ f為電網(wǎng)頻率波動，k1、k2、k3、k4分別為對應(yīng)頻率范圍內(nèi)的電價(jià)系數(shù)。
【文檔編號】H02J3/32GK104253444SQ201410535622
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】李武峰, 嚴(yán)輝, 李曉強(qiáng), 卞秀婷, 李凱旋, 楊磊, 丁曉赟, 朱龍琴 申請人:國家電網(wǎng)公司, 北京國網(wǎng)普瑞特高壓輸電技術(shù)有限公司, 中國電力科學(xué)研究院