一种面向V2G的电动汽车双向电能计量方法技术

本发明专利技术提供一种面向V2G的电动汽车双向电能计量方法，属于电动汽车电能计量领域。所述方法包括：建立电动汽车连接在电网上的双向交互模型；其中，所述双向交互模型包括：电网电压u(t)、电网线路负载Z

【技术实现步骤摘要】
一种面向V2G的电动汽车双向电能计量方法


[0001]本专利技术涉及电动汽车电能计量领域，特别涉及是指一种面向V2G的电动汽车双向电能计量方法。

技术介绍

[0002]传统燃油汽车产生的环境与资源问题日益突出，各国相继出台严厉措施限制燃油车，新能源汽车在缓解石油短缺压力、减少汽车尾气排放，推动汽车制造业转型升级和交通运输业可持续发展方面发挥着重要作用。但是，大规模的电动汽车接入电网对电网的运行也带来了不小的挑战。
[0003]电动汽车入网技术(Vehicle to Grid,V2G)描述了电动汽车连接在电网中进行双向充放电的系统。电动汽车一方面可以作为负载对电网产生影响，另一方面又可以作为分布式储能设备在用电高峰时为电网其他用户提供电能。目前，V2G技术已受到国内外学者的广泛关注，并取得了一系列成果。绝大多数学者的研究重点在智能调度，电池寿命，充放电策略等方面，极少有文献涉及V2G充放电的电能计量问题。由于电动汽车充放电系统的非线性特性，使得目前的电能计量方法存在不合理问题，而且据电力部门统计，每台充电桩大约有5％-30％的电能损失(电表计数与电动汽车充电量之间不一致)，其原因是目前电能表计量原理是基于正弦信号假设导致的。然而，当今电网中接入大量的非线性负载，使得电网中存在畸变信号。基波表已经不能满足当下电网环境中的电能计量。谐波功率是负的，并且回馈给电网变为电网垃圾，这部分电能是由非线性负载从电网中吸取的基波电能转化而来，它不仅无用，反而有害，而现行的电能计量方法把这部分电能从非线性负载在电网中吸取的基波电能中扣除。目前国内外广大学者建立的绝大多数电动汽车充电模型，是用于分析电动汽车对电网的影响或者电网的优化调度、经济效益等方面。这些模型均是从系统角度建立的，不能直接用于电能计量。
[0004]由于大量非线性负载的接入，当前电网中信号类型非常复杂。除了谐波信号、简谐波信号，电网中还存在其它形式的畸变信号，尤其是类似冲击信号等非稳态的畸变信号根本无法用谐波模型描述。电网中典型的非稳态畸变信号有冲击信号和波动信号，假设对于第k次冲击或波动，电网电路中的电流i
k
(t)为
[0005]i
k
(t)＝(1+α
k
(t))I
mk sin(ω0t+φ
k
)
ꢀꢀ
(1)
[0006]式中，α
k
(t)为第k次冲击函数，I
mk
、φ
k
分别为电流幅值和电流相位，ω0为标准工频角频率，t表示时刻。为了计量的方便，计量时间的零点以α
k
(t)发生的时刻为准。若信号为冲击性信号，α
k
(t)可近似地表示为
[0007]其中，M
k
＞0
ꢀꢀ
(2)
[0008]式中，M
k
为第k次冲击信号幅值；t
k
为第k次冲击信号持续时间；
[0009]若信号为波动信号，α
k
(t)可近似地表示为
[0010][0011]式中，M
k
为第k次波动信号幅值；t
k
为第k次波动信号持续时间。
[0012]由于波动出现的时刻是不确定的，持续的时间t
k
是随机的。当M
k
＞1时，波动电流的幅值大于基波电流的幅值，电压下跌；当M
k
<1时，波动电流的幅值小于基波电流的幅值，电压上升。
[0013]畸变信号条件下，电网中某一计量点处的电压u(t)和流入计量点处的电流i(t)可用如下公式表示：
[0014]u(t)＝u
I
(t)+u
S
(t)
ꢀꢀ
(4)
[0015]i(t)＝i
I
(t)+i
S
(t)
ꢀꢀ
(5)
[0016]式中，u
I
(t)、u
S
(t)分别为计量点处的基波电压和畸变电压，i
I
(t)、i
S
(t)分别为计量点处的基波电流和畸变电流。
[0017]在此基础上，学者们建立了电动汽车在电网中的充电模型和放电模型，并提出了充电或放电时的电能计量公式。
[0018]以电动汽车在电网中充电为例，图1为电动汽车在电网中的充电模型。如图1所示，电路的左边为电网(Power grid)简化模型。u(t)是电网瞬时电压；i(t)是线路中瞬时电流；Z
l
作为充电时电网侧的线路负载；电路右边为电动汽车(Electrical vehicle)简化模型，充电时将电动汽车等效成纯负载Z。设计量时间为T，为了方便讨论，假设T＝N
·
T0，T0为基波周期，N表示冲击/波动次数，N为整数。在第k次冲击或波动时，计量点a处的瞬时功率p
ak
(t)为
[0019]p
ak
(t)＝u
ak
(t)
·
i
k
(t)
ꢀꢀ
(6)
[0020]式中，u
ak
(t)表示在第k次冲击或波动时，计量点a处点电压；u
ak
(t)表示第k次冲击或波动计量点a处电压；
[0021]结合公式(4)和(5)，可得
[0022][0023]其中，U
akI
(t)为第k次冲击或波动时计量点a处的基波电压,i
kI
(t)为第k次冲击或波动时的基波电流，u
akS
(t)为第k次冲击或波动时计量点a处的畸变电压,i
kS
(t)为第k次冲击或波动时的畸变电流。
[0024]所以第k次冲击或波动时计量点a处的平均功率(有功功率)P
ak
为：
[0025][0026]式中，P
akI
、P
akIs
、P
aksI
、P
aks
分别为第k次冲击或波动时，计量点a处的基波功率、基波电压与畸变电流作用产生的功率、畸变电压与基波电流作用产生的功率及畸变功率。
[0027]假设在功率计量时间T内共有N次冲击或波动，N为随机正整数，则计量点a处的平均功率P
a
为：
[0028][0029]式中，P
I
、P
IS
、P
SI
、P
S
分别计量点a处的基波功率、基波电压与畸变电流作用产生的功率、畸变电压与基波电流作用产生的功率及畸变功率。
[0030]综合各项研究，得出了电动汽车连接在电网中充电时结论：
[0031]P
I
＞0，基波电压与基波电流产生的功率为正，即基波功率为正，说明在电动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向V2G的电动汽车双向电能计量方法，其特征在于，包括：建立电动汽车连接在电网上的双向交互模型；其中，所述双向交互模型包括：电网电压u(t)、电网线路负载Z
l1
、Z
l2
、Z
l3
、电网中其他负载Z、电动汽车双向逆变器、电动汽车电池电动势E和电动汽车内部负载Z
ev
；电网电压依次串联Z
l2
、Z
l3
后，接入电动汽车双向逆变器，Z
ev
和E串联后并联于电动汽车双向逆变器的两端，Z和Z
l1
串联后并联于电网电压的两端；根据建立的双向交互模型，确定电动汽车在畸变信号下，充电时计量的电能和放电时计量的电能。2.根据权利要求1所述的面向V2G的电动汽车双向电能计量方法，其特征在于，在畸变信号条件下，电网电压u(t)为：u(t)＝U
m sin(ω0t+ψ
k
)其中，U
m
为电网电压幅值；ω0为标准工频角频率；ψ
k
为第k次冲击或波动的电压相位；t为时刻。3.根据权利要求2所述的面向V2G的电动汽车双向电能计量方法，其特征在于，取电网中，位于Z
l2
、Z
l3
之间的线路上的点为计量点a；设Z
l2
、Z
l3
都为纯电阻负载R
l
，电动汽车在电网中充电或电动汽车向电网中放电时，计量点a处的电压为：u
a
(t)＝u(t)-R
l
i
a
(t)其中，u
a
(t)为计量点a处电压；i
a
(t)为计量点a处的电流；以电动汽车充电方向为正方向，电动汽车向电网中放电时，在畸变信号条件下对于第k次冲击或波动，计量点a处电流为：i
ak
(t)＝-(1+α
k
(t))I
mk sin(ω0t+φ
k
)其中，i
ak
(t)表示第k次冲击或波动计量点a处电流；α
k
(t)表示第k次冲击函数；I
mk
、φ
k
分别为第k次冲击或波动的电流幅值、电流相位。4.根据权利要求3所述的面向V2G的电动汽车双向电能计量方法，其特征在于，对于第k次冲击或波动，计量点a处电压为：u
ak
(t)＝u(t)-R
l
i
ak
(t)＝U
m sin(ω0t+ψ
k
)+R
l
[1+α
k
(t)]I
mk sin(ω0t+φ
k
)＝U
m sin(ω0t+ψ
k
)+R
l
I
mk sin(ω0t+φ
k
)+R
l
α
k
(t)I
mk sin(ω0t+φ
k
)＝U
m sinω0tcosψ
k
+U
m sinψ
k cosω0t+R
l
I
mk sinω0tcosφ
k
+R
l
I
mk sinφ
k cosω0t+R
l
I
mk
α
k
(t)sin(ω0t+φ
k
)＝u
akI
(t)+u
akS
(t)u
akI
(t)＝U
m sinω0tcosψ
k
+U
m sinψ
k cosω0t+R
l
I
mk sinω0tcosφ
k
+R
l
I
mk sinφ
k cosω0t＝(U
m cosψ
k
+R
l
I
mk cosφ
k
)sinω0t+(U
m sinψ
k
+R
l
I
mk sinφ
k
)cosω0t＝U
akIm sin(ω0t+θ
k
)
u
akS
(t)＝R
l
I
mk
α
k
(t)sin(ω0t+φ
k
)其中，u
ak
(t)表示第k次冲击或波动计量点a处电压；u
akI
(t)、u
akS...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔家瑞，张宁宁，杨旭，张帅，李擎，王嘉玮，阎群，周静怡，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：