CN104269896A - 适用于大规模电动汽车有序充放电的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大规模电动汽车有序充放电的控制方法，通过依据最新的用户充电需求信息启动有序充放电控制策略计算，依次计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充放电需求边界曲线、集合充电负荷指导曲线和每辆电动汽车各自的充电或放电功率，并按该最终确定的充放电功率控制充放电机对电动汽车进行充电或放电，实现有序充放电控制。本发明的控制方法依赖计算简单的优化模型，计算效率高，对控制中心硬件环境要求低，有效节约计算资源，并且，能够实现充电成本最小化、改善电网系统的负荷峰谷差。

Description

适用于大规模电动汽车有序充放电的控制方法

技术领域

本发明涉及一种适用于大规模电动汽车有序充放电的控制方法，属于大规模电动汽车有序充放电控制方法领域。 

背景技术

电动汽车由于其节能、减排、高效的优势日益突出，得到了世界各国政府的关注和大力支持。随着电动汽车的大规模接入电网，研究表明，其无序充电将给电网的安全可靠运行带来威胁。为此，我国已有城市，如深圳等地，已设计专门针对电动汽车充放电的分时电价机制以引导电动汽车参与削峰填谷。另一方面，电动汽车充电服务商或电动汽车用户通过参与有序充电可以最大限度地降低其运营成本或充电成本。特别是电动汽车的动力电池还具备放电能力，合理协调的电动汽车的充放电过程，有助于进一步减小系统电力负荷峰谷差，提高电网运行的安全性和经济性。根据我国目前电动汽车充电设施规划，安装电动汽车充放电机的停车场、电动汽车专用充电站以及在城市中心道路旁安装的充放电机将成为电动汽车补充电能的重要场所。这类充电场所的充放电功率可通过有线或无线通信的方式由控制中心远程控制，以实现大规模电动汽车的有序充放电控制。有序充电控制中心接收来自电网发送的充电负荷裕度及分时电价信息，并接受来自用户在充放电机上提交的充电需求信息和电动汽车电池信息，智能决策电动汽车的有序充放电过程，在满足客户充电需求约束下，实现系统充电成本最小化等目标。 

现有的大规模电动汽车有序充放电控制方法一般只考虑了电动汽车充电，并没有考虑电动汽车的放电能力，因此未能最大限度利用电动汽车的分布式储能特性，实现充电成本最小化，改善系统负荷峰谷差的目的。本发明则基于电动汽车的集合充放电需求边界曲线提出了一种不依赖于求解复杂数学优化问题的大规模电动汽车有序充放电控制方法。就调研目前国内已安装的电动汽车充电设施及其监控系统情况来看，并没有大规模电动汽车有序充放电控制方法的运用。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于大规模电动汽车有序充放电的控制方法，能够最大限度利用电动汽车的分布式储能特性，实现充电成本最小 化，达到改善系统负荷峰谷差的目的。 

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下： 

一种适用于大规模电动汽车有序充放电的控制方法，其特征在于：所述的控制方法是基于电动汽车有序充放电控制中心的主控机和该有序充放电控制中心管辖范围内的充放电机实施的，所述主控机加载有有序充放电策略计算模块，以下简称策略计算模块，所述充放电机加载有充放电桩客户端程序，以下简称为客户端，具体包括以下步骤： 

步骤(1)：初始化 

步骤(1-1)：主控机的策略计算模块初始化： 

a)所述策略计算模块预置以下参数：有序充放电控制中心管辖范围内的充放电机数量N、每台充放电机i的最大充电功率和最大放电功率其中，i＝1，2，3，…，N，表示所述充放电机的编号； 

b)所述策略计算模块输入当日充放电负荷裕度信息和当日电价信息，其中，当日充电负荷裕度信息M(t)和当日放电负荷裕度信息m(t)，分别表示在第t个时间段电网允许所述有序充放电控制中心用来进行电动汽车充电和放电的最大负荷功率，单位均为kW，当日电价信息包括：充电单位成本c(t)，表示在第t个时间段内的充电单价，单位为元/kWh，t＝1，2，3，…，96，每一个时间段的长度均为15min，并且定义每一个时间段的起始时刻为控制时间点； 

步骤(1-2)：充放电机的客户端信息初始化： 

充放电机i的客户端输入用户充电需求信息，包括：充放电机i所接电动汽车的预期停靠时间τ_i、离开时期望的最低电池充电水平最高允许电池充电水平和最低允许电池充电水平以及充放电机i所接电动汽车的电池容量B_i和电池当前充电水平

步骤(2)：在新的电动汽车接入充放电机i时，所述充放电机i的客户端按步骤(1-2)进行信息初始化，以更新所述用户充电需求信息，并将该更新的用户充电需求信息发送给所述主控机的策略计算模块； 

所述主控机的策略计算模块接收到有序充放电控制中心管辖范围内所有充放电机客户端发送的客户需求信息，并且在任意一台或以上充放电机客户端发送 的用户充电需求信息发生变化的情况下，或者，在当前时间到达控制时间点的情况下，所述策略计算模块依据最新的用户充电需求信息启动有序充放电控制策略计算，即依次执行步骤(3)至步骤(5)； 

步骤(3)：所述主控机的策略计算模块按下述步骤计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充放电需求边界曲线， 

步骤(3-1)：根据当前时间τ₀与所述所有充放电机所接电动汽车各自的预期停靠时间τ_i，确定从当前时刻起每辆电动汽车剩余的停靠时间段数和从当前时刻起的所有电动汽车剩余的停靠时间段数的最大值J_max＝max(J_i)，从而得到充电协调控制的时间段数J＝min(J_max，96)，设定计算有序充放电策略的时间长度最长为一天，表示小于x的最大整数； 

步骤(3-2)：按照如下公式计算接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的累计充电电量上界，定义为该电动汽车从当前时刻起第k个时间段的累计充电电量的上界，则： 

$e_i^{\max }\left(0\right)=0$

$e_i^{\max }\left(k\right)=\min (e_i^{\max }(k-1)+P_i^c\mathrm{\Δt},({\mathrm{SOC}}_i^{\max }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中：Δt是一个控制时间段的时间长度，取15min； 

按照如下公式计算接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的累计充电电量下界，定义为该电动汽车从现在时刻算起第k个时间段的累计充电电量的下界，从当前时刻起到未来的J个时间段，在每个时间段引入放电阶段辅助变量和充电阶段辅助变量则： 

${\hat{e}}_i\left(0\right)=0,{\tilde{e}}_i\left(k\right)=({\mathrm{SOC}}_i^D-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i,k=J_i,J_i+1,...,J$

${\hat{e}}_i\left(k\right)=\max ({\hat{e}}_i(k-1)-P_i^d\mathrm{\Δt},({\mathrm{SOC}}_i^{\min }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J_i$

${\hat{e}}_i\left(k\right)={\hat{e}}_i\left(J_i\right),k=J_i+1,...,J$

${\tilde{e}}_i(k-1)=\max ({\tilde{e}}_i\left(k\right)-P_i^c\mathrm{\Δt},({\mathrm{SOC}}_i^{\min }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$e_i^{\min }\left(k\right)=\max ({\hat{e}}_i\left(k\right),{\tilde{e}}_i\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中：Δt是一个控制时间段的时间长度，取15min； 

步骤(3-3)：按照如下述公式计算站内接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的充电功率上下界，定义和分别为该电动汽车从当前时刻起第k个时间段的充电功率下界和上界，则： 

$p_i^{\min }\left(k\right)=-P_i^d,k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$p_i^{\max }\left(k\right)=P_i^c,k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$p_i^{\max }\left(k\right)=p_i^{\min }\left(k\right)=0,k=J_i+1,...,J$

步骤(3-4)：按照如下公式计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充放电需求边界曲线，包括集合累积充电电量上下界和集合充电功率上下界，分别用E^max(k)、E^min(k)、P^max(k)、P^min(k)表示， 

$E^{\max }\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{e}_i^{\max }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

$E^{\min }\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{e}_i^{\min }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

$P^{\max }\left(k\right)=\min (\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{\max }\left(k\right),M\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

$P^{\min }\left(k\right)=\max (\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{\min }\left(k\right),m\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中，M(k)和m(k)分别表示从当前时刻起第k个时间段控制中心的充电负荷裕度和放电负荷裕度； 

步骤(4)：依据步骤(3)计算得到的集合充放电需求边界曲线，依次执行以下步骤以计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充电负荷指导曲线： 

步骤(4-1)：构造所有电动汽车的集合充电负荷指导功率曲线决策变量P^ref(k)，k＝1，2，...，J，表示所有电动汽车从当前时刻起第k个时间段的总指导充电功率； 

步骤(4-2)：按下式确定控制目标函数： 

$\begin{array}{cc}\min & \underset{k=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{P}^{\mathrm{ref}}\left(k\right)\×c\left(k\right)\×\mathrm{\Δt}\end{array}$

其中c(k)表示从当前时刻起第k个时间段的购电价格，单位为元/kWh：使得在J个时间段中所有电动汽车的充电总成本最小，以此作为控制目标函数； 

步骤(4-3)：要求在各时间段所有电动汽车的总指导充电功率不能超过其集合充电功率上下界，确定约束条件： 

P^min(k)≤P^ref(k)≤P^max(k)，k＝1，2，...，J 

同时，所有电动汽车的总充电指导功率随时间的积分值满足所有电动汽车集合累积充电电量的上下界， 

$E^{\min }\left(k\right)\≤\underset{h=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}^{\mathrm{ref}}\left(h\right)\mathrm{\Δt}\≤E^{\max }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中表示所有电动汽车从第1个时间段到第k个时间段的集合充电负荷指导功率所对应消耗的累积电量； 

步骤(4-4)：求解步骤(4-1)至步骤(4-3)建立的线性规划模型，计算出接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充电负荷指导功率曲线P^ref(k)； 

步骤(5)：依据步骤(4)计算得到的集合充电负荷指导功率曲线P^ref(k)后，依次执行如下步骤，计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的每辆电动汽车各自的充电或放电功率： 

步骤(5-1)：根据接入所述控制中心管辖范围内充放电机的每辆电动汽车各自的当前充电水平离开时期望的最低电池充电水平电池容量B_i和所接充放电机i的最大充电功率根据以下公式计算每辆电动汽车的充电灵活度： 

${\mathrm{\Γ}}_i=J_i-D_i,\∀i=\mathrm{1,2},...,N$

其中： 

$D_i=\frac{({\mathrm{SOC}}_i^D-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i}{P_i^c\mathrm{\Δt}}$

D_i表示：接入充放电机i的电动汽车充电到离开时期望的最低充电水平所需要的时间段数； 

步骤(5-2)：根据电动汽车的充电灵活度，计算接入充放电机i的电动汽车当前时段所需充电的最小充电功率为： 

$o_i=\left\{\begin{array}{c}\max (-P_i^d,(1-{\mathrm{\&Gamma;}}_i)P_i^c),{\mathrm{\&Gamma;}}_i\&GreaterEqual;1\\ \min (P_i^c,(1-{\mathrm{\&Gamma;}}_i)P_i^c),{\mathrm{\&Gamma;}}_i<1\end{array}\right.$

步骤(5-3)：为减少不必要放电对电动汽车动力电池寿命的不良影响，给接入充放电机i的电动汽车配置初始的充放电功率： 

p_i＝max(0，o_i) 

并且定义电动汽车所配置的初始充放电功率为未最终确定的充放电功率； 

步骤(5-4)：给所有电动汽车配置初始的充电功率后，按照如下公式计算当前时段的剩余集合充电负荷指导功率

$P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)=P^{\mathrm{ref}}\left(1\right)-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i$

步骤(5-5)： 

若剩余集合充电负荷指导功率大于0，则将未最终确定充放电功率的电动汽车按照充电灵活度从小到大进行排序，选取充电灵活度最小的电动汽车，将其充放电功率最终确定为： 

$p_i=\min (P_i^c,P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)+p_i)$

并转跳至步骤(5-6)； 

若剩余集合充电负荷指导功率小于0，则将未最终确定充放电功率的电动汽车按照充电灵活度从大到小进行排序，选择充电灵活度最大的电动汽车，将其充放电功率调整为： 

$p_i=\max (o_i,P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right))$

并转跳至步骤(5-6)； 

若剩余集合充电负荷指导功率等于0，则将所有未最终确定充放电功 率设定为最终确定的充放电功率，并跳转至步骤(6)； 

步骤(5-6)：更新当前时段的剩余集合充电负荷指导功率

$P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)=P^{\mathrm{ref}}\left(1\right)-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i$

并返回到步骤(5-5)； 

步骤(6)：所述主控机的策略计算模块将步骤(5)最终确定的每辆电动汽车的充放电功率分别发送给相应的充放电机客户端，客户端按该最终确定的充放电功率控制充放电机对电动汽车进行充电或放电，实现有序充放电控制。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

第一，本发明首先根据电动汽车的充电需求信息以及电池信息计算控制中心管辖范围内所有电动汽车集合充放电需求边界曲线；然后控制中心根据电动汽车集合充放电需求边界曲线、电力系统负荷水平信息及分时或实时电价信息，以充电成本最小化为目标，满足客户充电需求为约束条件，计算管辖范围内所有电动汽车的集合指导充电功率；最后，控制中心进而根据集合指导充电功率，快速计算并控制所管辖范围内每台电动汽车的充电或放电功率，从而实现大规模电动汽车的有序充放电控制，最大限度地降低电动汽车充放电对电网运行的负面影响并降低充电成本； 

因此，本发明的控制方法简单易行，所有用户充电信息和电池信息的输入都通过充放电机的客户端完成，每个时间段控制中心与各个充电桩的协调只需要一次数据上传和下达即可完成。并且，本发明的计算简单、快速，控制中心通过先求解简单的线性规划模型计算管辖范围内所有电动汽车的集合充电负荷指导功率，再采用简易的启发式算法，快速计算每辆电动汽车有序充放电控制策略，以实现全局电动汽车有序充放电控制，从而在满足客户充电需求和充电负荷不过载的基础上，充电成本最小化，适用于大规模电动汽车的有序充放电控制。 

第二，本发明的充电控制方法在累积充电电量下界的模型建立中引入放电阶段辅助变量和充电阶段辅助变量以此来建立电动汽车的集合充放电需求边界曲线，从而能有效考虑电动汽车作为分布式储能装置向电网馈电的特性，并能在必要时控制电动汽车向电网放电，实现充电成本最小化，并改善了电网系统的负荷峰谷差。 

综上所述，本发明的控制方法依赖计算简单的优化模型，计算效率高，对控制中心硬件环境要求低，有效节约计算资源，并且，能够实现充电成本最小化、改善电网系统的负荷峰谷差。 

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明： 

图1为本发明的控制方法的原理框图； 

图2为本发明的控制方法的程序流程框图。 

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的适用于大规模电动汽车有序充放电的控制方法，是基于电动汽车有序充放电控制中心的主控机和该有序充放电控制中心管辖范围内的充放电机实施的，主控机加载有有序充放电策略计算模块7，以下简称策略计算模块，充放电机加载有充放电桩客户端程序3，以下简称为客户端，具体包括以下步骤： 

步骤(1)：初始化 

步骤(1-1)：主控机的策略计算模块初始化： 

a)通过有序充放电控制中心参数设置模块8，策略计算模块预置以下参数：有序充放电控制中心管辖范围内的充放电机数量N、每台充放电机i的最大充电功率和最大放电功率其中，i＝1，2，3，…，N，表示充放电机的编号； 

b)通过当日充电和放电负荷裕度及当日店家信息输入模块6，策略计算模块输入当日充放电负荷裕度信息和当日电价信息，其中，当日充电负荷裕度信息M(t)和当日放电负荷裕度信息m(t)，分别表示在第t个时间段电网允许有序充放电控制中心用来进行电动汽车充电和放电的最大负荷功率，单位均为kW，当日电价信息包括：充电单位成本c(t)，表示在第t个时间段内的充电单价，单位为元/kWh，该类信息可以通过历史负荷数据，所连接配电变压器容量等信息确定，t＝1，2，3，…，96，每一个时间段的长度均为15min，并且定义每一个时间段的起始时刻为控制时间点； 

步骤(1-2)：充放电机的客户端信息初始化： 

通过调用各台充放电机的客户充电需求信息输入模块1和车辆电池信息输 入模块2，充放电机i的客户端输入用户充电需求信息，包括：充放电机i所接电动汽车的预期停靠时间τ_i、离开时期望的最低电池充电水平最高允许电池充电水平和最低允许电池充电水平以及充放电机i所接电动汽车的电池容量B_i和电池当前充电水平该电池容量B_i和电池当前充电水平 可以通过访问电动汽车的电池管理系统获得； 

步骤(2)：在新的电动汽车接入充放电机i时，充放电机i的客户端按步骤(1-2)进行信息初始化，以更新用户充电需求信息，并通过调用充放电机的充放电桩通信数据上传模块4将该更新的用户充电需求信息发送给主控机的策略计算模块； 

主控机的策略计算模块通过调用有序充放电控制中心通信数据接收模块5接收到有序充放电控制中心管辖范围内所有充放电机客户端发送的客户需求信息，并且在任意一台或以上充放电机客户端发送的用户充电需求信息发生变化的情况下，或者，在当前时间到达控制时间点的情况下，策略计算模块依据最新的用户充电需求信息启动有序充放电控制策略计算，即依次执行步骤(3)至步骤(5)； 

步骤(3)：主控机的策略计算模块按下述步骤计算接入控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充放电需求边界曲线， 

步骤(3-1)：根据当前时间τ₀与所有充放电机所接电动汽车各自的预期停靠时间τ_i，确定从当前时刻起每辆电动汽车剩余的停靠时间段数和从当前时刻起的所有电动汽车剩余的停靠时间段数的最大值J_max＝max(J_i)，从而得到充电协调控制的时间段数J＝min(J_max，96)，设定计算有序充放电策略的时间长度最长为一天，表示小于x的最大整数； 

步骤(3-2)：按照如下公式计算接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的累计充电电量上界，定义为该电动汽车从当前时刻起第k个时间段的累计充电电量的上界，则： 

$e_i^{\max }\left(0\right)=0$

$e_i^{\max }\left(k\right)=\min (e_i^{\max }(k-1)+P_i^c\mathrm{\&Delta;t},({\mathrm{SOC}}_i^{\max }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中：Δt是一个控制时间段的时间长度，取15min； 

按照如下公式计算接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的累计充电电量下界，定义为该电动汽车从现在时刻算起第k个时间段的累计充电电量的下界，考虑到电动汽车作为分布式储能装置可以向电网馈电，因此其累计充电电量的下界对应的充电过程应包含两个阶段：即刚接入充放电机时的放电阶段(此时电动汽车的充电时间充裕)和即将离开之前的充电阶段(此时电动汽车的充电时间即将结束)，因此为计算的值，从当前时刻起到未来的J个时间段，在每个时间段引入放电阶段辅助变量和充电阶段辅助变量分别用于表征电动汽车在充电过程两个阶段下的累计充电电量变化情况，则： 

${\hat{e}}_i\left(0\right)=0,{\tilde{e}}_i\left(k\right)=({\mathrm{SOC}}_i^D-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i,k=J_i,J_i+1,...,J$

${\hat{e}}_i\left(k\right)=\max ({\hat{e}}_i(k-1)-P_i^d\mathrm{\&Delta;t},({\mathrm{SOC}}_i^{\min }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J_i$

${\hat{e}}_i\left(k\right)={\hat{e}}_i\left(J_i\right),k=J_i+1,...,J$

${\tilde{e}}_i(k-1)=\max ({\tilde{e}}_i\left(k\right)-P_i^c\mathrm{\&Delta;t},({\mathrm{SOC}}_i^{\min }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$e_i^{\min }\left(k\right)=\max ({\hat{e}}_i\left(k\right),{\tilde{e}}_i\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中：Δt是一个控制时间段的时间长度，取15min； 

步骤(3-3)：按照如下述公式计算站内接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的充电功率上下界，定义和分别为该电动汽车从当前时刻起第k个时间段的充电功率下界和上界，则： 

$p_i^{\min }\left(k\right)={-P}_i^d,k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$p_i^{\max }\left(k\right)=P_i^c,k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$p_i^{\max }\left(k\right)=p_i^{\min }\left(k\right)=0,k=J_i+1,...,J$

步骤(3-4)：按照如下公式计算接入控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充放电需求边界曲线，包括集合累积充电电量上下界和集合充电功率上下界，分别用E^max(k)、E^min(k)、P^max(k)、P^min(k)表示， 

$E^{\max }\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}_i^{\max }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

$E^{\min }\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}_i^{\min }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

$P^{\max }\left(k\right)=\min (\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i^{\max }\left(k\right),M\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

$P^{\min }\left(k\right)=\max (\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i^{\min }\left(k\right),m\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中，M(k)和m(k)分别表示从当前时刻起第k个时间段控制中心的充电负荷裕度和放电负荷裕度； 

步骤(4)：依据步骤(3)计算得到的集合充放电需求边界曲线，依次执行以下步骤以计算接入控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充电负荷指导曲线： 

步骤(4-1)：构造所有电动汽车的集合充电负荷指导功率曲线决策变量P^ref(k)，k＝1，2，...，J，表示所有电动汽车从当前时刻起第k个时间段的总指导充电功率； 

步骤(4-2)：按下式确定控制目标函数： 

$\begin{array}{cc}\min & \underset{k=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}^{\mathrm{ref}}\left(k\right)\&times;c\left(k\right)\&times;\mathrm{\&Delta;t}\end{array}$

其中c(k)表示从当前时刻起第k个时间段的购电价格，单位为元/kWh：使得在J个时间段中所有电动汽车的充电总成本最小，以此作为控制目标函数； 

步骤(4-3)：要求在各时间段所有电动汽车的总指导充电功率不能超过其集合充电功率上下界，确定约束条件： 

P^min(k)≤P^ref(k)≤P^max(k)，k＝1，2，...，J 

同时，所有电动汽车的总充电指导功率随时间的积分值满足所有电动汽车集合累积充电电量的上下界， 

$E^{\min }\left(k\right)\&le;\underset{h=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}^{\mathrm{ref}}\left(h\right)\mathrm{\&Delta;t}\&le;E^{\max }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中表示所有电动汽车从第1个时间段到第k个时间段的集合充电负荷指导功率所对应消耗的累积电量； 

步骤(4-4)：写在说明书：上述步骤(4-1)至步骤(4-3)所建立的数学模型为线性规划模型，且该线性规划模型的计算规模与控制中心控制的电动汽车数量无关，求解步骤(4-1)至步骤(4-3)建立的线性规划模型，则可计算出接入控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充电负荷指导功率曲线P^ref(k)； 

步骤(5)：依据步骤(4)计算得到的集合充电负荷指导功率曲线P^ref(k)后，依次执行如下步骤，计算接入控制中心管辖范围内充放电机的每辆电动汽车各自的充电或放电功率： 

步骤(5-1)：根据接入控制中心管辖范围内充放电机的每辆电动汽车各自的当前充电水平离开时期望的最低电池充电水平电池容量B_i和所接充放电机i的最大充电功率根据以下公式计算每辆电动汽车的充电灵活度： 

${\mathrm{\&Gamma;}}_i=J_i-D_i,\&ForAll;i=\mathrm{1,2},...,N$

其中： 

$D_i=\frac{({\mathrm{SOC}}_i^D-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i}{{P_i}^c\mathrm{\&Delta;t}}$

D_i表示：接入充放电机i的电动汽车充电到离开时期望的最低充电水平所需要的时间段数； 

步骤(5-2)：根据电动汽车的充电灵活度，计算接入充放电机i的电动汽车当前时段所需充电的最小充电功率为： 

$o_i=\left\{\begin{array}{c}\max (-P_i^d,(1-{\mathrm{\&Gamma;}}_i)P_i^c),{\mathrm{\&Gamma;}}_i\&GreaterEqual;1\\ \min (P_i^c,(1-{\mathrm{\&Gamma;}}_i)P_i^c),{\mathrm{\&Gamma;}}_i<1\end{array}\right.$

步骤(5-3)：为减少不必要放电对电动汽车动力电池寿命的不良影响，给接入充放电机i的电动汽车配置初始的充放电功率： 

p_i＝max(0，o_i) 

并且定义电动汽车所配置的初始充放电功率为未最终确定的充放电功率； 

步骤(5-4)：给所有电动汽车配置初始的充电功率后，按照如下公式计算当前时段的剩余集合充电负荷指导功率

$P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)=P^{\mathrm{ref}}\left(1\right)-\underset{i=l}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i$

步骤(5-5)： 

若剩余集合充电负荷指导功率大于0，则将未最终确定充放电功率的电动汽车按照充电灵活度从小到大进行排序，选取充电灵活度最小的电动汽车，将其充放电功率最终确定为： 

$p_i=\min (P_i^c,P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)+p_i)$

并转跳至步骤(5-6)； 

若剩余集合充电负荷指导功率小于0，则将未最终确定充放电功率的电动汽车按照充电灵活度从大到小进行排序，选择充电灵活度最大的电动汽车，将其充放电功率调整为： 

$p_i=\max (o_i,P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right))$

并转跳至步骤(5-6)； 

若剩余集合充电负荷指导功率等于0，则将所有未最终确定充放电功率设定为最终确定的充放电功率，并跳转至步骤(6)； 

步骤(5-6)：更新当前时段的剩余集合充电负荷指导功率

$P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)=P^{\mathrm{ref}}\left(1\right)-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i$

并返回到步骤(5-5)； 

其中，如本步骤(5)计算到的充放电功率为正数，则表示电动汽车进行充电，如本步骤(5)计算到的充放电功率为负数，则表示电动汽车进行放电； 

步骤(6)：主控机的策略计算模块将步骤(5)最终确定的每辆电动汽车的充放电功率通过有序充放电控制中心通信制冷下发模块9分别发送给相应的充放电机客户端，客户端通过充放电机的充放电桩通信指令接收模块10接收并按该 最终确定的充放电功率通过充放电桩功率调节模块11控制充放电机对电动汽车进行充电或放电，实现有序充放电控制。 

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。 

Claims (1)

1.一种适用于大规模电动汽车有序充放电的控制方法，其特征在于：所述的控制方法是基于电动汽车有序充放电控制中心的主控机和该有序充放电控制中心管辖范围内的充放电机实施的，所述主控机加载有有序充放电策略计算模块，以下简称策略计算模块，所述充放电机加载有充放电桩客户端程序，以下简称为客户端，具体包括以下步骤：

步骤(1)：初始化

步骤(1-1)：主控机的策略计算模块初始化：

a)所述策略计算模块预置以下参数：有序充放电控制中心管辖范围内的充放电机数量N、每台充放电机i的最大充电功率和最大放电功率其中，i＝1，2，3，…，N，表示所述充放电机的编号；

b)所述策略计算模块输入当日充放电负荷裕度信息和当日电价信息，其中，当日充电负荷裕度信息M(t)和当日放电负荷裕度信息m(t)，分别表示在第t个时间段电网允许所述有序充放电控制中心用来进行电动汽车充电和放电的最大负荷功率，单位均为kW，当日电价信息包括：充电单位成本c(t)，表示在第t个时间段内的充电单价，单位为元/kWh，t＝1，2，3，…，96，每一个时间段的长度均为15min，并且定义每一个时间段的起始时刻为控制时间点；

步骤(1-2)：充放电机的客户端信息初始化：

充放电机i的客户端输入用户充电需求信息，包括：充放电机i所接电动汽车的预期停靠时间τ_i、离开时期望的最低电池充电水平最高允许电池充电水平和最低允许电池充电水平以及充放电机i所接电动汽车的电池容量B_i和电池当前充电水平

步骤(2)：在新的电动汽车接入充放电机i时，所述充放电机i的客户端按步骤(1-2)进行信息初始化，以更新所述用户充电需求信息，并将该更新的用户充电需求信息发送给所述主控机的策略计算模块；

所述主控机的策略计算模块接收到有序充放电控制中心管辖范围内所有充放电机客户端发送的客户需求信息，并且在任意一台或以上充放电机客户端发送的用户充电需求信息发生变化的情况下，或者，在当前时间到达控制时间点的情况下，所述策略计算模块依据最新的用户充电需求信息启动有序充放电控制策略计算，即依次执行步骤(3)至步骤(5)；

步骤(3)：所述主控机的策略计算模块按下述步骤计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充放电需求边界曲线，

步骤(3-1)：根据当前时间τ₀与所述所有充放电机所接电动汽车各自的预期停靠时间τ_i，确定从当前时刻起每辆电动汽车剩余的停靠时间段数和从当前时刻起的所有电动汽车剩余的停靠时间段数的最大值J_max＝max(J_i)，从而得到充电协调控制的时间段数J＝min(J_max，96)，设定计算有序充放电策略的时间长度最长为一天，表示小于x的最大整数；

步骤(3-2)：按照如下公式计算接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的累计充电电量上界，定义为该电动汽车从当前时刻起第k个时间段的累计充电电量的上界，则：

$e_i^{\max }\left(0\right)=0$

$e_i^{\max }\left(k\right)=\min (e_i^{\max }(k-1)+P_i^c\mathrm{\&Delta;t},({\mathrm{SOC}}_i^{\max }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中：Δt是一个控制时间段的时间长度，取15min；

按照如下公式计算接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的累计充电电量下界，定义为该电动汽车从现在时刻算起第k个时间段的累计充电电量的下界，从当前时刻起到未来的J个时间段，在每个时间段引入放电阶段辅助变量和充电阶段辅助变量则：

${\hat{e}}_i\left(0\right)=0,{\tilde{e}}_i\left(k\right)=({\mathrm{SOC}}_i^D-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i,k=J_i,J_i+1,...,J$

${\hat{e}}_i\left(k\right)=\max ({\hat{e}}_i(k-1)-P_i^d\mathrm{\&Delta;t},({\mathrm{SOC}}_i^{\min }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J_i$

${\hat{e}}_i\left(k\right)={\hat{e}}_i\left(J_i\right),k=J_i+1,...,J$

${\tilde{e}}_i(k-1)=\max ({\tilde{e}}_i\left(k\right)-P_i^c\mathrm{\&Delta;t},({\mathrm{SOC}}_i^{\min }-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i),k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$e_i^{\min }\left(k\right)=\max ({\hat{e}}_i\left(k\right),{\tilde{e}}_i\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中：Δt是一个控制时间段的时间长度，取15min；

步骤(3-3)：按照如下述公式计算站内接入充放电机i的电动汽车在未来J个时间段的充电功率上下界，定义和分别为该电动汽车从当前时刻起第k个时间段的充电功率下界和上界，则：

$p_i^{\min }\left(k\right)={-P}_i^d,k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$p_i^{\max }\left(k\right)=P_i^c,k=\mathrm{1,2},...,J_i$

$p_i^{\max }\left(k\right)=p_i^{\min }\left(k\right)=0,k=J_i+1,...,J$

步骤(3-4)：按照如下公式计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充放电需求边界曲线，包括集合累积充电电量上下界和集合充电功率上下界，分别用E^max(k)、E^min(k)、P^max(k)、P^min(k)表示，

$E^{\max }\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}_i^{\max }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

$E^{\min }\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}_i^{\min }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

$P^{\max }\left(k\right)=\min (\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i^{\max }\left(k\right),M\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

$P^{\min }\left(k\right)=\max (\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i^{\min }\left(k\right),m\left(k\right)),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中，M(k)和m(k)分别表示从当前时刻起第k个时间段控制中心的充电负荷裕度和放电负荷裕度；

步骤(4)：依据步骤(3)计算得到的集合充放电需求边界曲线，依次执行以下步骤以计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充电负荷指导曲线：

步骤(4-1)：构造所有电动汽车的集合充电负荷指导功率曲线决策变量P^ref(k)，k＝1，2，...，J，表示所有电动汽车从当前时刻起第k个时间段的总指导充电功率；

步骤(4-2)：按下式确定控制目标函数：

$\begin{array}{cc}\min & \underset{k=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}^{\mathrm{ref}}\left(k\right)\&times;c\left(k\right)\&times;\mathrm{\&Delta;t}\end{array}$

其中c(k)表示从当前时刻起第k个时间段的购电价格，单位为元/kWh：使得在J个时间段中所有电动汽车的充电总成本最小，以此作为控制目标函数；

步骤(4-3)：要求在各时间段所有电动汽车的总指导充电功率不能超过其集合充电功率上下界，确定约束条件：

P^min(k)≤P^ref(k)≤P^max(k)，k＝1，2，...，J

同时，所有电动汽车的总充电指导功率随时间的积分值满足所有电动汽车集合累积充电电量的上下界，

$E^{\min }\left(k\right)\&le;\underset{h=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}^{\mathrm{ref}}\left(h\right)\mathrm{\&Delta;t}\&le;E^{\max }\left(k\right),k=\mathrm{1,2},...,J$

其中表示所有电动汽车从第1个时间段到第k个时间段的集合充电负荷指导功率所对应消耗的累积电量；

步骤(4-4)：求解步骤(4-1)至步骤(4-3)建立的线性规划模型，计算出接入所述控制中心管辖范围内充放电机的所有电动汽车的集合充电负荷指导功率曲线P^ref(k)；

步骤(5)：依据步骤(4)计算得到的集合充电负荷指导功率曲线P^ref(k)后，依次执行如下步骤，计算接入所述控制中心管辖范围内充放电机的每辆电动汽车各自的充电或放电功率：

步骤(5-1)：根据接入所述控制中心管辖范围内充放电机的每辆电动汽车各自的当前充电水平离开时期望的最低电池充电水平电池容量B_i和所接充放电机i的最大充电功率根据以下公式计算每辆电动汽车的充电灵活度：

${\mathrm{\&Gamma;}}_i=J_i-D_i,\&ForAll;i=\mathrm{1,2},...,N$

其中：

$D_i=\frac{({\mathrm{SOC}}_i^D-{\mathrm{SOC}}_i^A)B_i}{P_i^c\mathrm{\&Delta;t}}$

D_i表示：接入充放电机i的电动汽车充电到离开时期望的最低充电水平所需要的时间段数；

步骤(5-2)：根据电动汽车的充电灵活度，计算接入充放电机i的电动汽车当前时段所需充电的最小充电功率为：

$o_i=\left\{\begin{array}{c}\max (-P_i^d,(1-{\mathrm{\&Gamma;}}_i)P_i^c),{\mathrm{\&Gamma;}}_i\&GreaterEqual;1\\ \min (P_i^c,(1-{\mathrm{\&Gamma;}}_i)P_i^c),{\mathrm{\&Gamma;}}_i<1\end{array}\right.$

步骤(5-3)：为减少不必要放电对电动汽车动力电池寿命的不良影响，给接入充放电机i的电动汽车配置初始的充放电功率：

p_i＝max(0，o_i)

并且定义电动汽车所配置的初始充放电功率为未最终确定的充放电功率；

步骤(5-4)：给所有电动汽车配置初始的充电功率后，按照如下公式计算当前时段的剩余集合充电负荷指导功率

$P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)=P^{\mathrm{ref}}\left(1\right)-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i$

步骤(5-5)：

若剩余集合充电负荷指导功率大于0，则将未最终确定充放电功率的电动汽车按照充电灵活度从小到大进行排序，选取充电灵活度最小的电动汽车，将其充放电功率最终确定为：

$p_i=\min (P_i^c,P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)+p_i)$

并转跳至步骤(5-6)；

若剩余集合充电负荷指导功率小于0，则将未最终确定充放电功率的电动汽车按照充电灵活度从大到小进行排序，选择充电灵活度最大的电动汽车，将其充放电功率调整为：

$p_i=\max (o_i,P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right))$

并转跳至步骤(5-6)；

若剩余集合充电负荷指导功率等于0，则将所有未最终确定充放电功率设定为最终确定的充放电功率，并跳转至步骤(6)；

步骤(5-6)：更新当前时段的剩余集合充电负荷指导功率

$P_{\mathrm{new}}^{\mathrm{ref}}\left(1\right)=P^{\mathrm{ref}}\left(1\right)-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i$

并返回到步骤(5-5)；

步骤(6)：所述主控机的策略计算模块将步骤(5)最终确定的每辆电动汽车的充放电功率分别发送给相应的充放电机客户端，客户端按该最终确定的充放电功率控制充放电机对电动汽车进行充电或放电，实现有序充放电控制。