计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法技术

本发明专利技术涉及一种计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，属于电动汽车调频技术领域，包括：S1：参与调频服务的电动汽车在接入充电站时主动向充电站上报调频相关信息；S2：对参与调频的汽车设计分组转换策略，S3：对电动汽车的需求充电计划进行优化，调整其为满足行驶需求而进行充电的时段；S4：对电动汽车集群调频备用容量进行实时预测；S5：建立分层分布式调频控制框架；S6：对调频任务进行实时分配；S7：对单辆电动车的调频任务进行分布式排序。本发明专利技术能够在保证整体调频效果的前提下，降低电动汽车充电负荷的集中性，减少大规模电动汽车并网的负面影响，能够减少整体计算量，降低对中心节点的要求，并提升调频可靠性。

Distributed frequency modulation control method of electric vehicle considering optimization of charging plan

【技术实现步骤摘要】
计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法
本专利技术属于电动汽车调频
，涉及一种计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法。
技术介绍
因单辆电动汽车的电池容量及输出功率有限，故往往采取由聚合商统一管理电动汽车集群，然后以电动汽车聚合商为单元参与提供调频服务的模式。在研究电动汽车集群参与系统调频的控制策略时，有两个必须重视的问题：一是作为交通工具，电动汽车必须在满足车主行驶需求的前提下参与调频；二是电动汽车集群中包含大数量的车辆，因此有必要研究针对大规模电动汽车的有效控制方式。针对电动汽车调频的国内外研究一般考虑了车主行驶需求的满足或者车主经济收益的最大化，但往往忽略了电动汽车在接受调频目的的调度之后对电网侧造成不利影响的可能性。电动汽车集群的需求充电负荷曲线会因参与调频而发生改变，在某些情况下可能会增大电网的供电压力。文献《Gridfrequencyregulationstrategyconsideringindividualdrivingdemandofelectricvehicle》提出了计及车主行驶需求的电动汽车集群调频控制策略，该策略设定电动汽车均在临近出发时退出调频，然后充电至需求电量后立刻开始行驶。文献《ImplementationofautonomousdistributedV2GtoelectricvehicleandDCchargingsystem》中的自主调频控制方案也设定在接近车主预设离网时刻时切换至智能充电模式，为满足出行计划而进行充电。然而，由于同类型车辆的行驶规律相似，大量电动汽车会聚集在相近的时段进行充电，从而造成电网峰谷差加大。在文献《EVDispatchControlforSupplementaryFrequencyRegulationConsideringtheExpectationofEVOwners》的研究中，进行单辆电动汽车的调频调度时，实时调整预定的V2G功率以补偿由不确定性调度导致的电池电量变化，从而确保达到车主预期的荷电状态。但是这种方法仅对充电功率进行调整，并未对充电时段进行安排设计，因此无法避免出现集中性的充电负荷高峰。文献《MultiobjectiveOptimizationforFrequencySupportUsingElectricVehicles:AnAggregator-BasedHierarchicalControlMechanism》提出了电动汽车参与调频的多目标优化控制策略，可以实现最小化电网频率偏差，按容量比例分配调频信号，最大程度支持双向V2G，以及避免频繁充放电造成电池退化，但并未将降低电动汽车充电负荷对电网的负面影响纳入优化目标。文献《Non-CooperativeandCooperativeOptimizationofSchedulingWithVehicle-to-GridRegulationServices》提出了电动汽车聚合商和电动汽车之间的Stackelberg博弈方法，能够激励电动汽车为电网提供调频服务。然而提出的博弈方法在引导电动汽车确定自身充、放电功率时，重点在于保证调频效果以及最大化车主和聚合商的收益，忽略了集群充电负荷对电网侧可能造成的影响。同时，目前电动汽车集群的调频策略大多采用传统的集中式控制结构。文献《EVDispatchControlforSupplementaryFrequencyRegulationConsideringtheExpectationofEVOwners》构建了依次由电网控制中心、电动汽车聚合商、充电站和单辆电动汽车组成的分层集中式控制架构。文献《HierarchicallyAdaptiveFrequencyControlforEVs-IntegratedSmartGridwithRenewableEnergy》设计了基于自适应动态规划的电动汽车聚合商调频控制器，在稳定智能电网频率方面表现出优越的性能，其中聚合商以集中式控制方式对单辆电动汽车进行调度。文献《TheEffectofEVAggregatorswithTime-VaryingDelaysontheStabilityofaLoadFrequencyControlSystem》建立了包含多个电动汽车聚合商考虑时变时延的负荷频率控制模型，其中控制中心对各聚合商之间、聚合商对所管理的电动汽车均采用集中式控制。然而，对于包含大量车辆的电动汽车集群而言，集中式控制结构处理调频相关信息时的计算量过大，对中心控制节点的要求极高，并且可靠性较低，一旦出现通信故障将严重影响调频性能。因此，一些研究者提出将能够大幅降低对通信的依赖性，且自然具有并行计算能力的分布式控制结构对电动汽车集群进控制。文献《CooperativeControlofWindPowerGeneratorandElectricVehiclesforMicrogridPrimaryFrequencyRegulation》提出了考虑实际限制的风电机组和电动汽车协同调频策略，并对比了集中式和分布式控制结构对调频的影响，证明分布式控制可以减小时间延迟，且不需要在通信网络上耗费过高成本。在文献《YokoyamaA.ImplementationofautonomousdistributedV2GtoelectricvehicleandDCchargingsystem》的自主V2G分布式控制方案中，电动汽车基于与系统频率偏差相关的下垂特性参与调频。但是这些研究中没有考虑到集群中电动汽车在参与调频时的优先顺序问题，未能实现单辆电动汽车层面的有序调度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种计及充电时段优化的电动汽车集群分布式调频策略。首先，为了减少电动汽车充电负荷对电网造成的压力，根据电动汽车申报信息设计了调频分组转换策略，然后以满足行驶需求和最小化负荷方差为目标对接入电网的电动汽车进行充电时段优化。同时，针对大数量电动汽车的控制问题，建立了基于分布式排序的电动汽车集群调频控制框架，通过邻近充电站间数据互传和二次归并实现了单辆电动汽车层面的有序调度。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，包括：S1：参与调频服务的电动汽车在接入充电站时主动向充电站上报调频相关信息；S2：对参与调频的汽车设计分组转换策略，不满足在网时长和诚信度条件的电动汽车不参与调频，其集合称为非调频组；满足前述两个条件的电动汽车具备参与调频的资格，其集合称为调频组；调频组包括上调频组和下调频组，上调频组的电动汽车只进行放电以响应系统上调频指令，而下调频组的电动汽车只进行充电以响应系统下调频指令，通过预设条件切换电动汽车的调频组；S3：对电动汽车的需求充电计划进行优化，调整其为满足行驶需求而进行充电的时段；S4：对电动汽车集群调频备用容量进行实时预测；S5：建立分层分布式调频控制框架；S6：对调频任务进行实时分配；S7：对单辆电动车的调频任务进行分布式排序。进一步，步骤S1中，所述主动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，其特征在于：包括：/nS1：参与调频服务的电动汽车在接入充电站时主动向充电站上报调频相关信息；/nS2：对参与调频的汽车设计分组转换策略，不满足在网时长和诚信度条件的电动汽车不参与调频，其集合称为非调频组；满足前述两个条件的电动汽车具备参与调频的资格，其集合称为调频组；调频组包括上调频组和下调频组，上调频组的电动汽车只进行放电以响应系统上调频指令，而下调频组的电动汽车只进行充电以响应系统下调频指令，通过预设条件切换电动汽车的调频组；/nS3：对电动汽车的需求充电计划进行优化，调整其为满足行驶需求而进行充电的时段；/nS4：对电动汽车集群调频备用容量进行实时预测；/nS5：建立分层分布式调频控制框架；/nS6：对调频任务进行实时分配；/nS7：对单辆电动车的调频任务进行分布式排序。/n

【技术特征摘要】
1.一种计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，其特征在于：包括：
S1：参与调频服务的电动汽车在接入充电站时主动向充电站上报调频相关信息；
S2：对参与调频的汽车设计分组转换策略，不满足在网时长和诚信度条件的电动汽车不参与调频，其集合称为非调频组；满足前述两个条件的电动汽车具备参与调频的资格，其集合称为调频组；调频组包括上调频组和下调频组，上调频组的电动汽车只进行放电以响应系统上调频指令，而下调频组的电动汽车只进行充电以响应系统下调频指令，通过预设条件切换电动汽车的调频组；
S3：对电动汽车的需求充电计划进行优化，调整其为满足行驶需求而进行充电的时段；
S4：对电动汽车集群调频备用容量进行实时预测；
S5：建立分层分布式调频控制框架；
S6：对调频任务进行实时分配；
S7：对单辆电动车的调频任务进行分布式排序。


2.根据权利要求1所述的计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，其特征在于：步骤S1中，所述主动向充电站上报调频相关信息，包括目标电量SOCaim、在网停留时长ΔT、诚信度ρ以及当前电池荷电状态SOC；
电动汽车目标电量SOCaim是车主期望在离开充电站出发时电动汽车的电池电量，其定义如下式所示：
SOCaim＝SOCmin+ΔSOCD+ΔSOCM(1)
式中：SOCmin是电池电量下限；ΔSOCD是电动汽车通勤路程需要消耗的电量；ΔSOCM是电量裕度；
诚信度ρ是用于衡量电动汽车车主可能违背申报计划，在申报的在网停留时长结束之前离开电网情况的参数，其定义下式所示：



式中：是该辆电动汽车的历史平均申报在网时长；是该辆电动汽车的历史平均实际在网时长；ρup和ρdown分别为诚信度的上限和下限阈值，当电动汽车的诚信度高于上限时，该辆电动汽车将视为可完全信任，其诚信度取为1，而当诚信度低于下限时，该辆电动汽车将视为完全不可信任，其诚信度取为0。


3.根据权利要求1所述的计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述对参与调频的汽车设计分组转换策略，具体包括：
令电动汽车接入充电站时的SOC充至目标电量所需的时长为ΔT*，若电动汽车的在网时长ΔT≤ΔT*，则电动汽车不参与调频，持续充电直至离开，若电动汽车的诚信度低于下限，易于在调频过程中脱离电网从而影响调频效果，则也设置其不参与调频，只有同时满足ΔT＞ΔT*和ρ＞ρdown两个条件的电动汽车能够参与提供调频服务；
对于分入调频组的电动汽车，若其接入充电站时的荷电状态SOC0大于所设置的分界电量，则该辆电动汽车被分入上调频组，反之该辆电动汽车被分入下调频组；所述分界电量SOCdivide的值以令电动汽车集群能够取得相对平衡的上、下调频备用容量为原则，根据实际情况进行设置或调整；
设定上调频组内的电动汽车唯有在放电至电量低于电池电量下限SOCmin时才转换入下调频组，下调频组内的电动汽车唯有充电至电量高于电池电量上限SOCmax时才转换入上调频组；引入一个衡量电动汽车在充、放电状态之间转换频繁度的参数TIME，每当电动汽车在上、下调频组之间进行转换时，其充放电状态转换次数TIME增加一，设置充放电状态转换次数上限TIMElim，若TIME＞TIMElim，则强制令该辆电动汽车退出调频。


4.根据权利要求1所述的计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，其特征在于：步骤S3中，所述需求充电计划的优化内容包括：
(1)下调频组：针对下调频组内电量小于SOCaim的电动汽车，以15min为优化步长，对其满足行驶需求而进行充电的时段进行滚动优化；
首先计算每辆电动汽车从当前电量充至SOCaim所需的时长ΔTc，然后以电网负荷方差最小为目标函数，按照接入电网的顺序，优化每辆电动汽车的充电起始时间t0，针对第i辆电动汽车的优化具体如下式所示：



式中：V代表电网负荷方差；PL为电网日负荷；PEV,1代表在第i辆电动汽车之前进行优化的电动汽车按照优化结果进行充电所形成的总充电负荷；PEV,2代表在当前时刻已经确定充电时段的上调频组电动汽车按计划进行充电所形成的总充电负荷；Plim为电动汽车充放电功率限制；Pavg为包含电动汽车集群充电负荷在内的电网日平均负荷；j为当前时刻；DP为电动汽车离开充电站开始行驶的时间，由抵达充电站的时间与在网时长相加得到；
当抵达优化所得的充电起始时间时，下调频组内的电动汽车退出调频，充电直至电量满足SOCaim，然后重新回到下调频组参与调频，此种充电行为被定义为优化充电；
(2)上调频组：对于下调频组内的电动汽车，统一设定其在临近自身出发时间时退出调频，为了满足行驶需求而进行充电，其充电起始时间由下式得到：



式中，SOCj为电动汽车在当前j时刻的电量，ηc为电动汽车充电效率；
当上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谦，李嫣，邓小松，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50