CN104410064A - 分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法，其特征在于，在不需要通信支持的前提下，电动汽车充电装置以主动、异步方式参与电网频率调节，响应速度快，调整电动汽车充电功率，为电力系统的稳定运行提供支撑，同时也确保了电动汽车参与频率响应的机会均等性。在电动汽车充电装置中设置频率测量单元和频率响应控制器，依托电动汽车可快速、灵活改变充放电功率的特性，当电动汽车充电装置频率测量单元检测到电力系统频率异常，且频率偏差达到响应阀值时，通过频率响应控制器，主动调整电动汽车充电装置运行参数，实现电动汽车充电功率的快速调整，协助电网频率快速恢复到正常范围。

Description

分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种分散的电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法。本发明所提控制策略对进行分散式控制的每辆电动汽车都适用。 

背景技术

电力系统频率稳定依赖于发电机组出力与负荷需求的平衡，当平衡被打破时将引起电力系统频率的波动。为了维持系统频率在允许偏差范围内，通常在电力系统留有一定的快速备用。然而，未来大规模波动性新能源（如风能、太阳能）的并网，将给电网的安全稳定运行带来新的问题和挑战，需要电网配置更多的备用，仅靠传统机组将很难进行有效的频率控制。并且，电力系统备用容量过大，将造成浪费，增加系统的运行成本。若用户能与电网友好互动，参与电网运行，将有助于电网维持频率稳定，实现电网安全稳定运行。 

电池技术的突破性进展，使得电动汽车已进入全面推广阶段。作为一种理想的电网友好型负荷，随着智能电网时代的到来及相关技术的不断进步，电动汽车与电网友好互动是未来电网发展的趋势。相关文献表明，一天中至少有90%的电动汽车处于闲置状态，即可参与V2G（vehicle-to-grid）服务。可充分利用电动汽车充电负荷的可控性及时间可平移性，依托电动汽车入网技术（V2G）以及先进的ICT（Information & Communications Technology）技术，对其充放电进行适当地调整与控制，实现电动汽车与电网友好互动，提高电网稳定运行能力，为大规模波动性新能源的并网提供支撑。 

作为一种理想的智能需求响应源，电动汽车与电网友好互动是未来电网发展的趋势。 

发明内容

本发明基于分散式的V2G模式，提出一种分散式电动汽车参与电网频率调节的异步控制策略，利用电动汽车充电负荷的可控性及时间可平移性，依据电网的频率偏差程度，分级响应电网频率，合理调整和控制电动汽车充/放电功率，实现电动汽车与电网友好互动。所提控制策略采用异步、主动响应的方式，不同的电动汽车充电负荷在不同的时间点进行响应。 

本发明的技术方案是：一种分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法，其特征在于，在不需要通信支持的前提下，电动汽车充电装置以主动、异步方式参与电网频率调节，响应速度快，调整电动汽车充电功率，为电力系统的稳定运行提供支撑。 

在电动汽车充电装置中设置频率测量单元和频率响应控制器，依托电动汽车可快速、灵活改变充放电功率的特性，当电动汽车充电装置频率测量单元检测到电力系统频率异常，且频率偏差达到响应阀值时，通过频率响应控制器，主动调整电动汽车充电装置运行参数，实现电动汽车充电功率的快速调整，协助电网频率快速恢复到正常范围。 

频率测量单元每隔T时间检测一次电网频率，为了避免电动汽车充电负荷的同步响应，将每个周期内位于不同节点的电动汽车充电装置设置不同的初始响应时间。 

基于概率中机会均等性原则解决了电动汽车参与电网调频的机会均等问题。 

电动汽车充电负荷频率响应，依据不同的频率偏差程度设定不同的响应级别，频率响应死区设为0.05HZ，据此将响应动作门槛 分为以下5个等级： 

                        

电动汽车充电负荷的响应幅度依据电网的频率偏差幅度进行响应，响应幅度依据响应等级进行设定，响应幅度为：

本发明在不需要通信支持的前提下，电动汽车充电装置主动响应电网频率，调整电动汽车充电功率，为电力系统的稳定运行提供支撑。分散式电动汽车包括在家庭、车库、充电桩或充放电站进行常规充放电的电动汽车，该类电动汽车依据就地电网的频率变化情况，以主动、异步方式参与电网频率调节，无需通讯，响应速度快。

附图说明

图1为电动汽车初始响应时序分布图； 

图2为本发明分散式电动汽车充电负荷频率响应流程图；

图3为本发明频率响应表现形式。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明。 

参见图1，本发明所述策略中涉及的四个相关参数分别为：检测周期、初始响应时间（即在一个周期内某辆电动汽车决定参与响应的时间）、响应门槛和响应幅度。 

对于每辆电动汽车策略的不同之处在于初始响应时间的不同，这也是本发明异步响应执行的关键。所述频率检测装置的检测周期为T，当有许多分散式的电动汽车充电装置时，电动汽车的初始响应时间可以被认为在周期T内的均匀分布。如附图1所示，在每个检测周期T内，接入的分散式电动汽车越多，相邻两个电动汽车之间的初始响应时间间隔越短。若在某一周期内电网发生扰动，且频率偏差达到某一响应门槛值，入网的电动汽车充电设施在一个周期T内将逐个进行响应，直到在下次检测时频率达到正常范围，所有的电动汽车才逐个退出响应，以此减少大量电动汽车同时接入和同时退出对电网造成的二次冲击。 

（1）初始响应时间：每个装置设置相同的时间间隔检测电网频率，但检测电网频率的初始时间是不加设置的，在一个周期T内，每个设备都会检测一次电网频率。因为没有初始化并同意每个设备的检测时间，因此他们的初始检测时间是异步的，即每个设备在这个周期内监测电网频率并决定是否响应的时间t _j 是不同的。t _j 是[0, T]之间的随机变量。由于每个设备的t _j 是相互独立的，且在[0, T]之间任何一个时间点分布的机会是均等的。当电动汽车数量J足够大时，就可以视为一个均衡分布。将电动汽车充电装置按响应时间排序，则有公式（1）所示： 

                    （j=1,2,…,J）                     (1)

(2)响应门槛：电动汽车充电负荷频率响应等级是根据频率偏差的大小来划分，本发明频率响应是根据分级响应的模式设置，频率偏差按大小分为若干等级，具体响应设定点如（2）式所示：

                                                        （2）

式中，f _i,res 第i个响应等级的响应设定点，f _N 为额定频率（50Hz），为第i个响应等级的响应门槛值，L为响应等级的数目。

（3）响应幅度：电动汽车充电负荷频率响应，可依据不同的频率偏差程度设定不同的响应级别。本文将频率响应死区设为0.05Hz，采用阶梯状响应形式。依据频率偏差程度将控制策略分为5个响应等级，据此将响应动作门槛分为5个等级，如式（3）所示。 

                        （3） 

电动汽车充电负荷的响应幅度依据电网的频率偏差幅度进行响应，响应幅度依据响应等级进行设定，如图3所示，具体表达式如式（4）所示。

                               (4) 

式中，为频率响应调节系数，与参与电网频率响应的电动汽车总可用容量相关，定义为电动汽车充电负荷的功率调节百分比，；表示第j辆电动汽车的调整功率，值为负表示减少电动汽车充电功率或电动汽车放电，值为正表示增加电动汽车充电功率；P _j 为第j辆电动汽车充电功率；为实时频率偏差。

                                                   （5） 

                                                 （6）

式中，为电动汽车总充放电功率调整；为时刻t的电网检测到的电网频率，为系统额定的频率。

当然，充放电功率的上述调整还要考虑电动汽车自身的功率、荷电状态等的约束。 

依据上述所提分散式电动汽车充电负荷频率响应策略，无需通信，能主动、快速响应电网频率波动，协助电网快速维持安全稳定运行。 

图1展示了电动汽车异步响应电网频率的具体实现过程。每辆电动汽车按照图1所示均匀分布在每个周期T中，并且每台电动汽车充电装置按照图1所示的时间分布检测一次电网频率。当电网频率发生变化，且被某辆电动汽车充电装置检测到时，各电动汽车按照图1所示的顺序进行响应，从而避免了电动汽车同时接入电网带来的负面影响。 

参照附图2，频率测量单元每隔T时间检测一次电网频率，为了避免电动汽车充电负荷的同步响应，将电动汽车充电装置设置不同的初始响应时间t _j 。频率测量单元对检测到的频率信号f _t进行处理，将得到的实测频率偏差信号Δf _t 送入频率响应控制器，频率响应控制器将实测频率偏差与动作门槛δ进行比较。若频率偏差未达到响应门槛，即，则电动汽车正常充电。若频率偏差达到响应门槛，即，判断电池的荷电状态(State of Charge, SOC)，若，则频率响应控制器依据所属响应级别，相应的调整电动汽车充放电功率；若，则恢复正常充电，若则停止充电。 

图3展示了电动汽车异步响应等级与幅度之间的阶梯关系，横坐标为频率响应调节系数，调节系数越大说明响应等级越高，同时对应的响应幅度也越大，越有助于电网快速恢复正常状态。 

所述的频率测量单元和频率响应控制器均采用现有技术。 

Claims (5)

1.一种分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法，其特征在于，在不需要通信支持的前提下，电动汽车充电装置以主动、异步方式参与电网频率调节，响应速度快，调整电动汽车充电功率，为电力系统的稳定运行提供支撑。

2.根据权利要求1所述分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法，其特征在于，在电动汽车充电装置中设置频率测量单元和频率响应控制器，依托电动汽车可快速、灵活改变充放电功率的特性，当电动汽车充电装置频率测量单元检测到电力系统频率异常，且频率偏差达到响应阀值时，通过频率响应控制器，主动调整电动汽车充电装置运行参数，实现电动汽车充电功率的快速调整，协助电网频率快速恢复到正常范围。

3.根据权利要求2所述的分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法，其特征在于，频率测量单元每隔T时间检测一次电网频率，为了避免电动汽车充电负荷的同步响应，将每个周期内位于不同节点的电动汽车充电装置设置不同的初始响应时间。

4.根据权利要求3所述的分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法，其特征在于，基于概率中机会均等性原则解决了电动汽车参与电网调频的机会均等问题。

5.根据权利要求1所述的分散式电动汽车参与电网频率响应的异步控制方法，其特征在于，电动汽车充电负荷频率响应，依据不同的频率偏差程度设定不同的响应级别，频率响应死区设为0.05HZ，据此将响应动作门槛 分为以下5个等级：

                        

电动汽车充电负荷的响应幅度依据电网的频率偏差幅度进行响应，响应幅度依据响应等级进行设定，响应幅度为：

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