一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法及装置

摘要

本发明提供了一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法及装置，其中方法包括：获取电动汽车数据、下发基础充电功率值P0、判断电网频率值波动范围所在的频率调节区是调节Ⅰ段、调节Ⅱ段还是死区，并据此调节集群充电功率，其中死区对应的集群充电功率为P0不变，因而可以避免频繁的充放电转换。本发明考虑了电网频率的调节死区，避免了电动汽车充电功率不必要的变化，同时设定基础充电功率值P0(一般是大于0)，使得电动汽车可以全程处于充电状态，避免了电池频繁的充放电转换，既能更好地满足用户充电需求，也减少了对电池的寿命的损耗。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车充电控制技术领域，尤其涉及一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法及装置。

背景技术

单辆电动汽车参与频率调整作用十分有限，但随着电动汽车的普及，大量电动汽车并入电网将会产生巨大的调频容量。电动汽车通过交流充电桩或非车载充电机并入电网，本质上都是经过AC-DC变流器接入电网，通过对变流器开关管的控制，可以控制电动汽车并入电网时进行充电或者向电网馈电，并且功率值可控。电网频率调整的本质是对有功功率进行调整，目前电动汽车参与电网频率调整主要以V2G(vehicle-to-grid)模式进行，如图1所示；

横轴为电网频率偏离工频(零点50Hz)的偏离值，大于工频时为正向偏离，小于工频时为反向偏离；纵轴为电动汽车的充放电功率值，电网负荷较低时，频率正向偏离工频，电动汽车正向响应频率变化，进行充电；电网负荷较高时，频率反向偏离工频，电动汽车反向响应频率变化，进行放电，从而达到抑制频率波动的效果。频率可调节范围以及电动汽车最大充放电功率受到充放电机和电动汽车电池的限制

(1)电池是电动汽车造车的最主要成本之一，V2G模式下，电动汽车电池频繁地在充电和放电两种状态之间转换，会加速电动汽车电池损耗，对电池循环寿命影响较大；(2)电网频率有一定的安全范围(工频附近)，在此范围内不需要进行调节，而上述V2G模式只要频率波动不为0，电动汽车充电功率就会改变，不合理；(3)电动汽车并网变流器由电力电子器件构成，响应频率变化的速度很快，缺少电网频率调整所需要的惯性阻尼特性。本专利针对以上的技术缺点提出了一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法及装置。

发明内容

本发明提供了一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法及装置，用于解决电动汽车电池损耗、充电功率波动等技术问题。

本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法，包括：

S1：通过各个集群控制中心获取电动汽车的荷电状态SOC；

S2：每隔预设时间向集群控制中心发送基础充电功率值P₀；

S3：通过数据采集与监视控制系统实时检测电网频率值；

S4：判断电网频率值波动范围所在的频率调节区，所述频率调节区包括调节Ⅰ段、调节Ⅱ段和死区，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为死区，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为调节Ⅰ段，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀+ΔP1，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为调节Ⅱ段，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀-ΔP2；

S5：将集群充电功率按待充SOC比例分配至各个电动汽车。

优选地，

所述调节Ⅱ段的频率范围为(f_min,f_{d_L})，所述死区的频率范围为(f_{d_L},f_{d_H})，所述调节Ⅰ段的频率范围为(f_{d_H},f_max)；

其中，f_min为预设的频率最小值，f_max为预设的频率最大值，f_{d_L}和f_{d_H}为预设的死区频率范围限值。

优选地，

所述调节Ⅱ段对应的集群充电功率为：

所述死区对应的集群充电功率为：P＝P₀；

所述调节Ⅰ段对应的集群充电功率为：

其中，P为集群充电功率，P₀为额定充电功率，P_max和P_min为预设的充电功率范围限值，f_N为工频，f为检测到的电网频率值。

优选地，所述步骤S3之后还包括：对检测到的电网频率值通过惯性环节进行滤波处理。

优选地，所述P_max和P_min的值根据电动汽车的充电功率可调节范围确定；

电动汽车的充电功率可调节范围通过各个集群控制中心从电动汽车获取。

本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制装置，包括：

获取模块，用于通过各个集群控制中心获取电动汽车的荷电状态SOC；

基础充电功率值发送模块，用于每隔预设时间向集群控制中心发送基础充电功率值P₀；

检测模块，用于通过数据采集与监视控制系统实时检测电网频率值；

判断调节模块，用于判断电网频率值波动范围所在的频率调节区，所述频率调节区包括调节Ⅰ段、调节Ⅱ段和死区，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为死区，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为调节Ⅰ段，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀+ΔP1，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为调节Ⅱ段，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀-ΔP2；

功率分配模块，用于将集群充电功率按待充SOC比例分配至各个电动汽车。

优选地，

所述调节Ⅱ段的频率范围为(f_min,f_{d_L})，所述死区的频率范围为(f_{d_L},f_{d_H})，所述调节Ⅰ段的频率范围为(f_{d_H},f_max)；

其中，f_min为预设的频率最小值，f_max为预设的频率最大值，f_{d_L}和f_{d_H}为预设的死区频率范围限值。

优选地，

所述调节Ⅱ段对应的集群充电功率为：

所述死区对应的集群充电功率为：P＝P₀；

所述调节Ⅰ段对应的集群充电功率为：

其中，P为集群充电功率，P₀为额定充电功率，P_max和P_min为预设的充电功率范围限值，f_N为工频，f为检测到的电网频率值。

优选地，该装置还包括：滤波模块，用于对检测到的电网频率值通过惯性环节进行滤波处理。

优选地，所述P_max和P_min的值根据电动汽车的充电功率可调节范围确定；

电动汽车的充电功率可调节范围通过各个集群控制中心从电动汽车获取。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

1.本发明的控制方法下参与调频，考虑了电网频率的调节死区，避免了电动汽车充电功率不必要的变化。

2.本发明的控制方法下参与调频，电动汽车全程处于充电状态，避免了电池频繁的充放电转换。既能更好地满足用户充电需求，也减少了对电池的寿命的损耗。

3.本发明考虑到电动汽车是通过电力电子接口接入电网，其响应频率变化的速度可以达到毫秒级，在频率检测端添加了惯性阻尼环节，在一定程度上抑制了电动汽车充电功率的突变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为电动汽车以V2G模式参与调频时的下垂曲线示意图；

图2为本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法中电动汽车集群以G2V模式参与调频时的下垂曲线的示意图；

图3为本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法的一个实施例的示意图；

图4为本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法及装置，用于解决电动汽车电池损耗、充电功率波动等技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提出的控制方法思路是以“少充电”等效为“向电网馈电”，以“多充电”等效为“存储电网过剩的发电量”，用G2V(Grid-to-Vehicle)模式达到同样的V2G调频效果。将图1所示曲线整体向上平移至横坐标以上，考虑到电网频率波动有一定的安全范围，给曲线加入死区，便得到了形如图2所示的G2V方式下，电动汽车集群参与系统调频的下垂特性曲线。图2中f_N可以为工频。

请参阅图3，本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法的一个实施例，包括：

101：通过各个集群控制中心获取电动汽车的荷电状态SOC；

102：每隔预设时间向集群控制中心发送基础充电功率值P₀；

103：通过数据采集与监视控制系统实时检测电网频率值；

104：判断电网频率值波动范围所在的频率调节区，频率调节区包括调节Ⅰ段、调节Ⅱ段和死区，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为死区，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为调节Ⅰ段，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀+ΔP1，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为调节Ⅱ段，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀-ΔP2；

105：将集群充电功率按待充SOC比例分配至各个电动汽车。

上述方案中ΔP1和ΔP2可以是一个定值。也可以根据具体情况对ΔP1和ΔP2进行设定。

本发明考虑了电网频率的调节死区，避免了电动汽车充电功率不必要的变化，同时设定基础充电功率值P₀(一般是大于0)，使得电动汽车可以全程处于充电状态，避免了电池频繁的充放电转换，既能更好地满足用户充电需求，也减少了对电池的寿命的损耗。

以下对进一步方案进行描述：

调节Ⅱ段的频率范围为(f_min,f_{d_L})，死区的频率范围为(f_{d_L},f_{d_H})，调节Ⅰ段的频率范围为(f_{d_H},f_max)；

其中，f_min为预设的频率最小值，f_max为预设的频率最大值，f_{d_L}和f_{d_H}为预设的死区频率范围限值。

死区的频率范围(f_{d_L},f_{d_H})可以包含工频f_N，即将死区的频率范围设定在工频附近，可以使得在工频附近的充电功率保持不变，减少工频附件充放电转换及电动汽车电池损耗，防止充电功率在工频附近波动。

调节Ⅱ段对应的集群充电功率为：此时，ΔP2可以是

死区对应的集群充电功率为：P＝P₀；

调节Ⅰ段对应的集群充电功率为：此时，ΔP1可以是

其中，P为集群充电功率，P₀为额定充电功率，P_max和P_min为预设的充电功率范围限值，f_N为工频，f为检测到的电网频率值。

步骤103之后还包括：对检测到的电网频率值通过惯性环节进行滤波处理。考虑到电动汽车是通过电力电子接口接入电网，其响应频率变化的速度可以达到毫秒级，在频率检测端添加了惯性阻尼环节，在一定程度上抑制了电动汽车充电功率的突变。

P_max和P_min的值根据电动汽车的充电功率可调节范围确定；

电动汽车的充电功率可调节范围通过各个集群控制中心从电动汽车获取。

以上是对本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法的一个实施例进行详细的描述。以下将对本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图4，本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制方法的另一个实施例，包括：

步骤1：电动汽车接入电网后即时上报荷电状态(SOC)以及充电功率可调节范围，由各个集群控制中心汇总上报至电网控制中心。

步骤2：电网控制中心每过一时段(10—15min)向各个集群下发一个基础充电功率值P。

步骤3：数据采集与监视控制系统(SCADA)实时检测电网频率值，将检测到的频率值经过惯性环节进行滤波处理。

步骤4：根据图2曲线判断滤波后的频率值的波动范围是否达到了需要进行调节的程度。不超出则集群功率不变仍然为P，正向偏离和反向偏离超出死区时分别按调节Ⅰ段和调节Ⅱ段调节功率，集群充电功率分别为P+ΔP1和P-ΔP2。

步骤5：将集群充电功率按待充SOC比例分配至各个电动汽车。

以下是对本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制装置进行详细的描述。

本发明提供的一种电动汽车参与电网频率调整的充电控制装置，包括：

获取模块，用于通过各个集群控制中心获取电动汽车的荷电状态SOC；

基础充电功率值发送模块，用于每隔预设时间向集群控制中心发送基础充电功率值P₀；

检测模块，用于通过数据采集与监视控制系统实时检测电网频率值；

判断调节模块，用于判断电网频率值波动范围所在的频率调节区，频率调节区包括调节Ⅰ段、调节Ⅱ段和死区，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为死区，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为调节Ⅰ段，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀+ΔP1，若电网频率值波动范围所在的频率调节区为调节Ⅱ段，则调节集群控制中心的集群充电功率为P₀-ΔP2；

功率分配模块，用于将集群充电功率按待充SOC比例分配至各个电动汽车。

调节Ⅱ段的频率范围为(f_min,f_{d_L})，死区的频率范围为(f_{d_L},f_{d_H})，调节Ⅰ段的频率范围为(f_{d_H},f_max)；

其中，f_min为预设的频率最小值，f_max为预设的频率最大值，f_{d_L}和f_{d_H}为预设的死区频率范围限值。

调节Ⅱ段对应的集群充电功率为：

死区对应的集群充电功率为：P＝P₀；

调节Ⅰ段对应的集群充电功率为：

其中，P为集群充电功率，P₀为额定充电功率，P_max和P_min为预设的充电功率范围限值，f_N为工频，f为检测到的电网频率值。

该装置还包括：滤波模块，用于对检测到的电网频率值通过惯性环节进行滤波处理。

P_max和P_min的值根据电动汽车的充电功率可调节范围确定；

电动汽车的充电功率可调节范围通过各个集群控制中心从电动汽车获取。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。