一种面向有源智能电网的电动汽车调频集中调度控制方法

摘要

本发明公开了一种面向有源智能电网的电动汽车调频集中调度控制方法，其步骤包括：检测电动汽车是否接入电网；接口电路获取电动汽车电池初始荷电状态、实时荷电状态、用户充电需求和期望离开时间；在充电站层，基于电池及用户数据信息，计算电动汽车期望充/放电功率；计算电动汽车可用调频容量；在中间代理层，计算电动汽车总的调频容量和期望充/放电功率；同时与AGC系统通信，给充电站层派遣调节任务；根据中间代理层下行调节任务，对电动汽车进行充/放电控制。本发明通过集中调度控制，派遣电动汽车充/放电功率，抑制区域电网控制误差和互联电网联络线功率偏移，同时完成用户充电需求，提高电网频率质量和电网的经济性和可控性。

说明书

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，涉及一种面向有源智能电网的电动汽车参与电网二次频率调节的集中调度控制方法。

背景技术

电动汽车能有效缓解能源危机和环境污染，世界各国相继出台政策支持电动汽车产业化发展，尤其是在中国，电动汽车产业化发展得到了政府大力扶持，因而电动汽车入网将日益普及。

作为移动储能单元，电动汽车充/放电功率具有快速的调节特性和响应特性，具备参与电网频率调节的天然优势，因而电动汽车参与电网二次频率调节的集中调度控制受到重视。电力系统二次频率调节的目的是通控制过互联电网区域控制误差，抑制电网频率波动和联络线功率偏差。通常，根据区域控制误差，调度中心集中安排调节计划，并分配给各发电厂，安排机组出力，实现电力供需匹配。然而，相对传统发电机组，单辆电动汽车功率可忽略不计，同时作为一种交通工具，电动汽车电池能量必须满足用户用车需求。 

因此，如何建立电动汽车分层调度集中控制，同时完成电网调节需求和用户充电需求，是目前亟待解决的问题。 

发明内容

本发明的目的是：基于电动汽车的快速调节和响应特性，提出电动汽车参与电网二次频率调节的分层调度集中控制方法，在满足电动汽车用户用车需求的同时，抑制电网区域控制误差和互联电网联络线功率偏移。

考虑到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种面向有源智能电网的电动汽车调频集中调度控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：检测电动汽车是否接入电网，如果接入电网则执行步骤2，否则电动汽车离开/未接入电网，不能接收调度集中控制，无法参与电网二次频率调节；

步骤2：接口电路IC(Interface Circuit)通过车载终端，获取电动汽车电池初始荷电状态、实时荷电状态、用户充电需求和期望离开时间；

步骤3：在充电站层（包括单个充电桩），为了确保电动汽车用户的期望电池荷电状态，基于车载终端上传的电池及用户数据信息，计算电动汽车期望充/放电功率；根据电动汽车当前充/放电功率，计算电动汽车可用调频容量（包括上调频和下调频容量）；

步骤4：在中间代理层，根据充电站层上行的电动汽车调频容量，计算电动汽车总的调频容量；根据上行的电动汽车期望充/放电功率，计算电动汽车总的期望充/放电功率；同时，与AGC(Automation Generation Control)系统通信，根据区域控制误差以及电动汽车的调频容量和期望充/放电功率，给充电站层派遣调节任务；

步骤5：根据中间代理层下行调节任务，结合电动汽车的期望充/放电功率，在充电站层，分派调节任务，发布调节命令，控制充/放电机，对电动汽车进行充/放电控制；

步骤6：执行步骤1，判断电动汽车用户是否离开电网。

进一步，电动汽车的调频容量计算方法为：

a) 在充电站层：

b) 在中间代理层：

在上述式中，为电动汽车最大V2G功率；为当前V2G功率；为充电站内电动汽车数量；为充电站内电动汽车上调频容量；为充电站内电动汽车上调频容量；为所有电动汽车上调频容量；为所有电动汽车下调频容量。

进一步，电动汽车的期望充/放电功率计算为：

a) 在充电站层：

如果电动汽车需要进行能量补给，其期望充/放电功率为：

          

式中：和分别为充电站内进行能量补给的电动汽车的期望充/放电功率；为充电站内进行能量补给电动汽车的数量；为用户期望荷电状态；为接入电网时刻电动汽车初始荷电状态；为电动汽车接入电网时间；为用户期望离开时间；为电动汽车电池额定容量；

如果电动汽车维持电池荷电状态，其期望充/放电功率为：

     ，

式中：和分别为充电站内维持电池能量的电动汽车的期望充/放电功率；为充电站内维持电池能量电动汽车的数量；上调节因子和下调节因子满足如下关系：

当时：

当时：

当时：

         ，

当时：

式中：为电动汽车电池当前荷电状态；为电动汽车电池允许最小荷电状态；为电动汽车电池允许最大荷电状态；

b) 在中间代理层：

               ，

式中：和分别为电动汽车总的期望充放电功率；p为电动汽车充电站数量。

进一步，电动汽车的调节任务集中派遣控制为：

a) 在中间代理层：

中间代理层与AGC系统通信，给电动汽车充电站层派遣调节任务为：

式中：

其中：

在上述式中，为决策变量，满足；ACE为区域控制误差；为所有电动汽车总的调节任务；为每个充电站电动汽车的调节任务；

b) 在充电站层：

在充电站内，根据中间代理层下行调节任务和电动汽车的期望充/放电功率，给每辆电动汽车派遣调节任务；

如果电动汽车维持电池荷电状态，其调节任务为：

式中：和分别为充/放电效率；为维持电池荷电状态的电动汽车总的调节任务，且满足：

     ，

如果电动汽车进行能量补给，其调节任务为：

式中：为进行能量补给的电动汽车总的调节任务，且满足：

     。

本发明的有益效果是： 

本发明通过集中调度控制，派遣电动汽车充/放电功率，抑制区域电网控制误差和互联电网联络线功率偏移，同时完成用户充电需求，提高电网频率质量和电网的经济性和可控性。

附图说明

图1为电动汽车参与电网二次频率调节的分层调度集中控制框架；

图2为电动汽车参与电网二次频率调节的控制流程。 

具体实施方式

本发明基于电动汽车分散入网特征，建立电动汽车参与电网二次频率调节的分层控制框架结构。该框架结构包括：电动汽车中间代理层、充电站层、接口电路IC(Interface Circuit)和用户。中间代理层由“总期望充/放电功率”、“总调频容量计算”和“V2G(Vehicle to Grid)控制”组成，负责与AGC(Automation Generation Control)系统进行通信，给电动汽车充电站层派遣调节任务。“总期望充/放电功率”模块计算充电站层上行的电动汽车期望充/放电功率；“总调频容量计算”模块计算充电站层上行的电动汽车可用调频容量；基于AGC系统的区域控制误差和负荷频率控制以及电动汽车的期望充/放电功率和可用调频容量，“V2G控制”模块给各充电站层安排调节任务。在充电站层（包括单辆EV(Electric Vehicle)），主要包含“期望充/放电功率”、“调频容量计算”和“V2G控制”。根据电动汽车用户充电需求和当前电池荷电状态，“期望充/放电功率”模块计算期望充/放电功率；“调频容量计算”模块实时计算电动汽车可用调频容量（包括下调频容量和上调频容量），并上行给中间代理层；“V2G控制”模块根据中间代理层下行调节任务，分派调节任务给单辆EV。接口电路（包括IMS(Information Management System)和充/放电机）与电动汽车车载终端通信，上行电池荷电状态（由电池管理系统BMS(Battery Management System)进行管理）和用户充电需求，并根据下行调节任务，控制充/放电机，对电动汽车进行充/放电控制。

在上述方案中，分层调度集中控制的原理是：中间代理层根据上行调频容量、区域控制误差和电动汽车期望充/放电功率，动态地协调上、下频率调节任务；充电站层根据用户充电需求、实时电池荷电状态和电动汽车当前功率，实时计算期望充/放电功率和可用上、下调频容量。通过中间代理层和充电站层的控制，完成互联电网区域调节需求和电动汽车用户的充电需求。

结合附图1和附图2，本发明具体实施方式如下：

基于传统燃油汽车分析方法，建立电动汽车入网特征模型和用户充电需求模型，并搭建电动汽车分散入网集中调度分层控制系统框架，然后执行以下步骤：

步骤1：检测电动汽车是否接入电网，如果接入电网则执行步骤2，否则电动汽车离开/未接入电网，不能接受集中调度控制，无法参与电网二次频率调节；

步骤2：接口电路IC(Interface Circuit)通过车载终端，获取电动汽车电池初始荷电状态、实时荷电状态、用户充电需求和期望离开时间；

步骤3：在充电站层（包括单个充电桩），为了确保电动汽车用户的期望电池荷电状态，基于车载终端上行的电池荷电状态及用户充电需求信息，计算电动汽车期望充/放电功率；根据电动汽车当前充/放电功率，计算电动汽车可用调频容量（包括上调频和下调频容量）；

步骤4：在中间代理层，根据充电站层上行的电动汽车调频容量，计算电动汽车总的调频容量；根据充电站层上行的电动汽车期望充/放电功率，计算电动汽车总的期望充/放电功率；同时，与AGC(Automation Generation Control)系统通信，根据区域控制误差以及电动汽车的调频容量和期望充/放电功率，给充电站层派遣调节任务；

步骤5：根据中间代理层下行调节任务，结合电动汽车的期望充/放电功率，在充电站层，分派调节任务，发布调节命令，控制充/放电机，对电动汽车进行充/放电控制；

步骤6：执行步骤1，判断电动汽车用户是否离开电网。

在上述实施方案中，电动汽车采用的调频控制策略与方法如下：

(1) 电动汽车调频容量计算

a) 在充电站层

b) 在中间代理层

在上述式中，为电动汽车最大V2G功率；为当前V2G功率；为充电站内电动汽车数量；为充电站内电动汽车上调频容量；为充电站内电动汽车上调频容量；为所有电动汽车上调频容量；为所有电动汽车下调频容量。

(2) 电动汽车期望充/放电功率计算

a) 在充电站层

如果电动汽车需要进行能量补给，其期望充/放电功率为

                    

式中：和分别为充电站内进行能量补给的电动汽车的期望充/放电功率；为充电站内进行能量补给电动汽车的数量；为用户期望荷电状态；为接入电网时刻电动汽车初始荷电状态；为电动汽车接入电网时间；为用户期望离开时间；为电动汽车电池额定容量。

如果电动汽车维持电池荷电状态，其期望充/放电功率为

式中：和分别为充电站内维持电池能量的电动汽车的期望充/放电功率；为充电站内维持电池能量电动汽车的数量；上调节因子和下调节因子满足如下关系：

当时

当时

当时

当时

式中：为电动汽车电池的荷电状态；为电动汽车电池允许最小荷电状态；为电动汽车电池允许最大荷电状态。

b) 在中间代理层

式中：和分别为电动汽车总的期望充放电功率；p为电动汽车充电站数量。

(3) 电动汽车V2G派遣控制

a) 在中间代理层

中间代理层与AGC系统通信，给电动汽车充电站层派遣调节任务为：

式中：

其中：

在上式中，为决策变量，满足；ACE(Area Control Error，简称ACE)为区域控制误差；为电动汽车总的调节任务；为每个充电站的调节任务。

b) 在充电站层

在充电站内，根据中间代理层下行调节任务和电动汽车的期望充/放电功率，给每辆电动汽车派遣调节任务。

如果电动汽车维持电池荷电状态，其调节任务为：

式中：和分别为充/放电效率；为维持电池荷电状态的电动汽车总的调节任务，且满足

如果电动汽车进行能量补给，其调节任务为：

式中：为进行能量补给的电动汽车总的调节任务，且满足

综上所述，本发明基于电力系统二次调频集中控制思想，建立了电动汽车集中调度调频分层控制结构，包含充电站层和中间代理层。在充电站层，根据电动汽车的当前充/放电功率，计算电动汽车的调频容量；根据电动汽车荷电状态和用户充电需求，计算电动汽车期望充/放电功率；根据中间代理层下行调节任务，并结合电动汽车期望充/放电功率，给电动汽车分派调节任务。在中间代理层，根据充电站层上行调频容量，计算电动汽车总的调频容量；根据充电站层上行期望充/放电功率，计算电动汽车总的期望充/放电功率；与自动发电控制系统通信，根据电动汽车总的调频容量和期望充/放电功率以及电网区域控制误差，给电动汽车充电站派遣调频任务。本发明通过集中调度控制，派遣电动汽车充/放电功率，抑制区域电网控制误差，同时完成用户充电需求，提高电网的经济型和可控性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。