一种计及配电网拥塞的电动汽车参与二次调频控制策略

摘要

本发明公开了一种计及配电网拥塞的电动汽车参与二次调频控制策略，先采集电动汽车的SOC，根据SOC将电动汽车分为处于V2G状态的EVdc组和处于充电状态的EVc组；再分别计算两组电动汽车的可控容量；之后，根据两组电动汽车的可控容量，对每辆电动汽车进行调频功率的分配；最后，实时监测配电网的运行状态，计算其CCIF指数，在CCIF指数过高时限制电动汽车的充电功率，被限制的部分调频容量重新进行调频功率的分配。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统优化调度领域，具体涉及一种计及配电网拥塞的电动汽车参与二次调频控制策略。

背景技术

建设新能源电网是我国电力系统的发展趋势，大规模具有间歇性、不确定性及波动性新能源电源大规模并网，使得电力系统频率稳定控制问题愈加复杂。电动汽车除去本身的负荷属性，还可以作为移动储能装置，现在电动汽车的保有量逐年增长，庞大的电动汽车群将能为电力系统频率调节贡献大量的调频容量支持，且电动汽车与传统机组相比，一般具有较快的反应速度，可以对频率变化做出更加迅速的反应，适合参与电力系统的频率调节。因此，越来越多的集群电动汽车参与调频的策略被提出，用以解决电网频率稳定性问题。

只有大量EV参调度才能实现二次调频，但是电动汽车具有很强的社会属性，需要征求EV车主意愿，为让更多车主同意自己的电动汽车与电网互联，可以采用某种通信协议，针对电动汽车用户的特点,统筹电网和车主双方考量,提出了利于双方的协议，增强了车主同意电动汽车并网的意愿，使得大量的电动汽车可以参与调度。

此外，大量电动汽车并网后的调频容量估算以及分配同样是重要问题。为解决这一问题，目前已经出现了基于概率论计算电动汽车调频容量的方法，此方法可以使各电动汽车充合理分配调频容量。但此方法仅从电网调度这一上级层面考虑电动汽车参与调频的问题，并未考虑电动汽车本身的SOC及其与电动汽车调频功率的耦合，因此难以充分发挥集群电动汽车的调频能力。

为了尽可能充分的利用电动汽车的可控调频能力，一种考虑了电动汽车SOC的影响，并比较了单向充电以及双向V2G两种充电模式的控制策略被提出， 但在进行仿真时将所有电动汽车设置为同一SOC初始值，并未考虑现实情况不同电动汽车的并网状态的随机性，无法彻底研究SOC对调频的影响。

事实上，要想充分发挥每辆电动汽车的调频能力应该在并网时提取电动汽车的SOC并每隔一段时间重新提取SOC，主要原因有两个方面。一方面，电动汽车作为交通工具，其并网时的初始SOC具有很强的随机性，需要根据实际初始SOC才能根据每辆车的情况分配调频任务，且不同电动汽车拥有不同的充放电功率，每隔一段时间重新提取SOC可以保证每次提取的SOC具有时效。另一方面，电动汽车在参与调频的同时应该满足车主的出行要求，需要每隔一段时间重新提取SOC，保证电动汽车不会因为过度放电影响车主用车。

此外，电动汽车不仅具有储能电源的属性，还具有负荷属性。在负荷高峰时电动汽车大量充电可能引起配电网拥塞，拥塞将威胁系统安全，增加调度和运行难度，限制可再生能源发电的普及。目前的电动汽车参与调频策略中都是只考虑电动汽车的储能属性，尚未出现考虑其负荷属性的调频策略。因此需要进一步探索计及配电网拥塞的电动汽车参与二次调频控制策略。

发明内容

本发明提供了一种计及配电网拥塞的电动汽车参与二次调频控制策略，包含如下步骤：

步骤A.采集电动汽车的SOC，根据SOC将电动汽车分为两组，分别是处于V2G状态的EVdc组和处于充电状态的EVc组；

步骤B.计算步骤A中两组电动汽车的可控容量；

步骤C.在步骤B所计算的容量基础上，对每辆电动汽车进行调频功率的分配；

步骤D.实时监测配电网的运行状态，计算其CCIF指数，在CCIF指数过高时限制电动汽车的充电功率，被限制的部分调频容量返回步骤C重新进行调频功率的分配。

优选地，在步骤A中，对整个电动汽车群中的电动汽车的SOC进行统计，设置一个阈值SOCb，当检测到有某电动汽车处于较低的SOC,其SOC小于SOCb，需要以一定的充电功率进行充电才能满足车主的出行要求，将其划分在EVc组，他将处于单向充电状态；当检测到有某电动汽车处于较高的SOC,其SOC大于或者等于SOCb，已经可以满足车主的出行要求，将其划分在EVdc组，他将处于V2G状态。

更优选地，在步骤B中对步骤A中分成的两组电动汽车分别进行可控容量计算。对于处于单向充电状态的电动汽车来说，其可控容量大小除了受充电桩功率限制以外，还要考虑调频能力，应在满足用户出行需求的前提下尽可能减小充电功率。对于处于V2G状态的电动汽车来说，其正常情况下处于既不充电又不放电的状态，其可控容量大小受到充电桩最大功率值约束。

再进一步优选地，在步骤C中，根据步骤B所求得的各组可控容量，将调频任务下发到两个车组。当系统负荷陡增需要上调频率时，处于EVc电动汽车群的个体根据自身SOC水平按占比分配调频权重，具有高SOC值的EV优先承担调频任务，且分配更多的调频容量；当系统负荷减小需要下调频率时， EVdc电动汽车群中SOC值的个体拥有更高的充电优先级，可以更早充电且拥有更高的充电功率。

最优选地，在步骤D中为避免发生配电网拥塞，实时监测配电 网的负载水平与其变压器容量承载能力情况，计算其CCIF指数，其 计算式为：

充电时：

放电：

其中，P

附图说明

图1 是本发明计及配电网拥塞的电动汽车参与二次调频控制策略流程图

图2是本发明电动汽车参与调频的控制框架图

图3是本发明配电网拥塞管理框架图

图4是采用本发明计及配电网拥塞的二次调频控制策略前后频率波动对比图

图5是采用本发明计及配电网拥塞的二次调频控制策略前后CCIF对比图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明。图1是本发明电动汽车参与调频的控制框架图。各充电桩将电动汽车的实时状态如SOC、功率等信息上报至集群充电站，综合集群充电站提供的可调容量范围及负荷预测等信息，配电网管理系统得到本配电网可控容量以及负荷信息，将信息上报至电网调度中心。电网调度中心集合辖区内所有配电网信息，将调频信号通过配电网管理系统以及集群充电站逐级下发，向各个EV发送调频指令，控制充电桩充放电功率。本发明配电网拥塞管理框架图如图2所示，本发明拥有分级式配电网拥塞管理系统，在电动汽车调频过程中，一级控制系统对应与充电桩，二级控制系统对应于集群充电站，三级控制系统对应于配电网管理系统。

步骤A：采集电动汽车的SOC，根据SOC将电动汽车分为两组，分别是处于V2G状态的EVdc组和处于充电状态的EVc组。

步骤A1：在整个电动汽车群中的每台电动汽车并网时，对其SOC进行统计，通过充电桩将SOC值上报至集群充电站。

步骤A2：由于电动汽车的充放电行为会导致其SOC发生变化，为了不影响用户正常使用，每隔半小时重新统计电动汽车的SOC。

步骤A3：设置一个阈值SOCb，当检测到有某电动汽车处于较低的SOC,其SOC小于SOCb，需要以一定的充电功率进行充电才能满足车主的出行要求，将其划分在EVc组，他将处于单向充电状态；当检测到有某电动汽车处于较高的SOC,其SOC大于或者等于SOCb，已经可以满足车主的出行要求，将其划分在EVdc组，他将处于V2G状态。

步骤B：计算步骤A中两组电动汽车的可控容量。

步骤B1：调度中心采用概率统计方法，依据系统运行历史数据， 对将来一段时间段所需的电动汽车调频容量N进行估计，集群充电站 在这段时间内拥有的可调度容量为P。电网调度中心会向集群充电站 发出需要此车群承担的调频信号N，当N≤P时，电动汽车可以正常 参与调频；但会有N＞P情况发生，此时首先将可用的P全部调用， 之后将电动汽车的调频功率将限定在允许范围内的最大值，令电动汽 车尽可能大的承担调频功率，最后将剩余的调频功率交给调频机组或 者其他类型的调频资源分担。电动汽车在两种充电状态下具有不同的 可控容量，因此需要分别计算。

步骤B2：计算EVc组的电动汽车群可控容量。对于处于单向充 电状态的电动汽车来说，其可控容量大小除了受充电桩功率限制以 外，还要考虑调频能力，应在满足用户出行需求的前提下尽可能减小 充电功率。

Δp

其中n1为EVc组电动汽车数量，Δp

步骤B3：计算EVdc组的电动汽车群可控容量。对于处于V2G状 态的电动汽车来说，其正常情况下处于既不充电又不放电的状态，其 可控容量大小受到充电桩最大功率值约束。

Δp

其中n2为EVdc组电动汽车数量，Δp

步骤C：在步骤B所计算的容量基础上，对每辆电动汽车进行调 频功率的分配。

步骤C1：电网调度中心向集群充电站分配调度任务A，集群充电 站将调度任务分配给两个电动汽车组。

其中，A1、A2为车组EVc、EVdc所需承担的调频容量，P1为EVc 可控总容量，P2为EVdc可控总容量。

步骤C2：根据集群充电站分配给EVc车组的调频任务，将任务下发给每一辆电动汽车。当系统负荷陡增需要上调频率时，处于EVc电动汽车群的个体根据自身SOC水平按占比分配调频权重，具有高SOC值的EV优先承担调频任务，且分配更多的调频容量。

p1＝(SOC

其中p1为EVc组中每辆EV可以提供的最大充电功率，SOC

步骤C3：根据集群充电站分配给EVdc车组的调频任务，将任务 下发给每一辆电动汽车。当系统负荷减小需要下调频率时，处于EVc电动汽车群的个体根据自身SOC水平按占比分配调频权重，具有低SOC值的个体拥有更高的充电优先级，可以更早充电且拥有更高的充 电功率。

p2＝(SOC

其中，p2为EVdc组中每辆EV提供的最大放电功率，SOC

步骤D：实时监测配电网的运行状态，计算其CCIF指数，在CCIF 指数过高时限制电动汽车的充电功率，被限制的部分调频容量返回步 骤C进行调频功率的重新分配。

步骤D1：实时监测配电网的负载水平与其变压器容量承载能力 的关系，计算电网CCIF指数。

充电时：

放电时：

其中，P

对于任一EV，应满足：

其中SOC

步骤D2：设定阈值以及分级，当CCIF达到不同级别阈值后对EV 的充放电功率进行不同约束。设定阈值C1、C2，充放电限制P

步骤D3：当CCIF指数超过阈值时，配电网拥塞管理系统的三级 系统将控制信号逐级下达，通过一级系统将处于忙碌状态将高充电功 率的电动汽车划入车组EV

相较于现有技术，本发明具有如下优点：

1、不同于以往的电动汽车调频策略，本策略充分考虑了电动汽车的负荷属性，在电动汽车参与二次调频的控制策略基础上，提出通过综合测量与预测的配电网拥塞管理框架来控制电动汽车的调频策略，通过在电动汽车端进行充放电功率的限制，使得电动汽车充分发挥移动储能特性并且尽量避免其负荷属性为配电网带来负面影响。

2、不同于以往的集中式配电网拥塞管理系统，本策略搭建了分布分级式配电网拥塞管理框架。与集中式控制相比，集中式控制过程中，与控制中心之间的数据传输量与受控网络的大小和可控资源的数量成正比，实时计算整个配电网的状态估计值和最优主控制器整定值需要很高的计算能力。而本系统划分三个级别，只在不同级别的ACU和控制中心之间传输必需的数据，因此数据传输量显著减少，控制速度与精度有显著提高。

3、由于分级控制系统以及SACU的存在，使得系统可以更方便的添加新的分布式能源并网。由一级控制系统专门进行局部测量与控制，将测得数据储存至SACU数据库，适用范围广泛，易推广至除电动汽车外的各种分布式能源的应用。

4、由于本策略每隔30min重新统计一次电动汽车SOC，使得集群充电站所获取的电动汽车群调频能力都是较为实时的数据，可以更准确的分配调频任务，充分利用了电动汽车的调频容量也避免了下发的调频任务电动汽车无法完成的情况。