CN104753077B - 一种电网中大规模电动汽车接入的优化调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网中大规模电动汽车接入的优化调度方法，在该方法中，将调度时间区间按时间段分为若干个时段；对于每个电动汽车，采用不间断恒功率充电的方式进行充电；根据每个电动汽车完成充电所需的时间及其接入和脱离电网的时刻，建立关于充电时刻的优化问题；根据电动汽车接入电网的优先顺序，求解该优化问题，从而得到每辆汽车开始充电的时刻；当大量汽车同时接入电网时，根据每辆汽车充电所用时间以及脱离电网时刻的乘积值的大小，进行排序，依次求解优化问题，进而得到最终的调度策略。该方法相对于现有方法而言，具有计算量小，实时性高等优点。

Description

一种电网中大规模电动汽车接入的优化调度方法

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，涉及一种电网中大规模电动汽车接入的优化调度方法。

背景技术

电动汽车作为一种新型的交通工具，在节能减排、减少人类对化石能源的依赖方面具备一定的优势，然而，随着电动汽车的普及，电动汽车大规模的接入电网充电，将对电力系统的运行与规划产生不可避免的负面影响，比如加剧电网峰值负载、能源损耗、电压下降等。

目前有许多跟踪方案已申请了专利，比如：申请号为CN201410098427，发明名称为基于用户意愿和出行规律的电动汽车充电负荷分配方法；申请号为CN201410497211，发明名称为电动汽车与电网互动协调的有序充电控制方法；申请号为CN201410311518，发明名称为一种面向有源智能电网的电动汽车调频集中调度控制方法；申请号为CN201210241639.X，发明名称为一种面向有源智能配电网的电动汽车有序充电方法；申请号为CN201310618439，发明名称为一种基于单辆电动汽车充电预测的电动汽车实时充电方法，等等。

这些专利有的提出了在一定约束条件下实现有序的实时充电策略，然而当大量的电动汽车在同一时刻连接到电网时，会导致一些电动汽车只能排队等待一段时间，而不能使所有电动汽车实现实时优化充电，且这些技术方案大多数考虑的是集中式连续充电，虽然集中式连续充电方式易于来解决复杂的调度问题，然而这种集中式调度方法需要复杂的通讯网络、广泛的双向通信，繁琐的迭代过程，以及大量的计算，造成许多不便。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有的集中式连续充电方法存在的问题和不足，提出一种不间断恒功率实时优化充电方法，该方法采用分散型优化调度策略，优化协调大量同时连入电网的电动汽车，该方法具有计算量小，实时性高等特点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电网中大规模电动汽车接入的优化调度方法，在本方法中，将调度时间区间按时间段分为若干个时段(例如，分成L个时段，可将1小时按每个时段1分钟可分为60个时段，即L＝60)；对于每个电动汽车，采用不间断恒功率充电的方式进行充电；根据每个电动汽车完成充电所需的时间及其接入和脱离电网的时刻，建立关于充电时刻的优化问题；根据电动汽车接入电网的优先顺序，求解该优化问题，从而得到每辆汽车开始充电的时刻；当大量汽车同时接入电网时，根据每辆汽车充电所用时间以及脱离电网时刻的乘积值的大小，进行排序，依次求解优化问题，进而得到最终的调度策略。

进一步，该方法具体包括以下步骤：

1)电网监测在时间间隔为[k,k+δ](δ可任意的小)里同时连接到电网的所有电动汽车的集合S(k)；对S(k)内的电动汽车，根据每辆汽车充电所用时间以及脱离电网时刻的乘积值的大小，进行优先级排序；

2)对于优先级别最高的第i个电动汽车，电网运营商立即将第k时刻的电网负载信息P_a(k)发送给第i个电动汽车，电动汽车i实时求解优化问题，得到优化的充电时刻值并将该时刻值完成充电所要的时间以及电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻和反馈给电网运营商；设时间策略P_i ^s代表电动汽车优化的充电时刻值完成充电所要的时间接入电网和脱离电网的时刻和的时间集合；

3)电网运营商根据反馈的信息P_i ^s，更新电网负载信息P_a(k)；

4)电网运营商再将更新后的电网负载信息P_a(k)发送给优先级别次之的电动汽车，该电动汽车实时求解优化问题，得到优化的充电时刻值；并将该时刻值，完成充电所要的时间，以及电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻值反馈给电网运营商；

5)重复步骤3)、4)，直至完成集合S(k)中所有电动汽车的调度策略；

6)执行调度策略；

7)进入k+1时段，重复步骤1)至6)。

进一步，所述的充电时刻的优化问题具体如下：

每个电动汽车的恒充电功率用表示，完成充电所要的时间用表示；分别用和表示电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻；电动汽车开始充电的时刻用表示；当大量电动汽车接入电网后，建立如下关于充电时刻的优化问题：

这里用于刻画电动汽车的接入对电网产生的冲击影响；P_a(k)表示k时刻电网的负载量，P_i(k)＝P_i ⁰，P_i(k)＝0，P_max＝max{P_a(k)+P_i(k)}用以刻画电网的最大负荷量；α和β为常数且满足α+β＝1。

本发明的有益效果在于：本发明在协调电动汽车充电中，考虑到了许多实际问题，比如说用户插电时间、脱电时间和充电率，同时充分考虑电动汽车用户的充电时间和出发时所想达到的理想充电状态，为用户充电提供了方便。此外本发明中提出的分布式优化调度算法只需要在电动汽车连接到电网时进行一次简单的计算，而无需繁琐的迭代过程和很强的双向通信能力，实现了大规模电动汽车用户的实时充电，达到填谷消峰的效果。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述方法的流程示意图；

图2为优化调度方法的示意图；

图3为电动汽车充电系统的硬件设计整体框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明所述的电网中大规模电动汽车接入的优化调度方法的基本思路如下：将调度时间区间按时段分为L个时段(例如，可将1小时按每个时段1分钟可分为60个时段，即L＝60)。对于每个电动汽车，采用不间断恒功率充电的方式。每个电动汽车的恒充电功率用P_i ⁰表示，完成充电所要的时间用表示。分别用和表示电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻。电动汽车开始充电的时刻用表示。当大量电动汽车接入电网后，为保证电网的安全、高效运行，减小电动汽车对电网的冲击，建立如下关于充电时刻的优化问题：

这里用于刻画电动汽车的接入对电网产生的冲击影响；P_a(k)表示k时刻电网的负载量，P_i(k)＝P_i ⁰，P_i(k)＝0，P_max＝max{P_a(k)+P_i(k)}用以刻画电网的最大负荷量；α和β为常数且满足α+β＝1。

根据电动汽车接入电网的优先顺序，求解优化问题(1)，得到开始充电时刻t_i。当m辆汽车同时接入电网时，根据每辆汽车充电所用时间以及脱离电网时刻的乘积值的大小，进行排序，依次求解优化问题(1)，进而得到最终的调度策略。

图1为本发明所述方法的流程示意图，如图所示，该方法具体包括以下步骤：

1)电网监测在时间间隔为[k,k+δ](δ可任意的小)里同时连接到电网的所有电动汽车的集合S(k)；对S(k)内的电动汽车，根据每辆汽车充电所用时间以及脱离电网时刻的乘积值的大小，进行优先级排序；

2)对于优先级别最高的第i个电动汽车，电网运营商立即将第k时刻的电网负载信息P_a(k)发送给第i个电动汽车，电动汽车i实时求解优化问题，得到优化的充电时刻值并将该时刻值完成充电所要的时间以及电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻和反馈给电网运营商；设时间策略P_i ^s代表电动汽车优化的充电时刻值完成充电所要的时间接入电网和脱离电网的时刻和的时间集合；

3)电网运营商根据反馈的信息P_i ^s，更新电网负载信息P_a(k)；

4)电网运营商再将更新后的电网负载信息P_a(k)发送给优先级别次之的电动汽车，该电动汽车实时求解优化问题，得到优化的充电时刻值；并将该时刻值，完成充电所要的时间，以及电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻值反馈给电网运营商；

5)重复步骤3)、4)，直至完成集合S(k)中所有电动汽车的调度策略；

6)执行调度策略；

7)进入k+1时段，重复步骤1)至6)。

图2为优化调度方法的示意图，其中(1,...,m),(1,...,n)为在K时段和k+1时段内，所有电动汽车的优先级从高到低的排列顺序。则由图分析调度过程如下：在K时间段内，先对车1发送电网负载信息P_a(k)，然后通过时间优化调度算法得到车1的优化的充电时刻值然后车1将它的时间策略P₁ ^s(即其优化的充电时刻值完成充电所要的时间接入电网和脱离电网的时刻和)反馈给电网运营机构，然后电网运营机构根据反馈信息，进行自我更新，得到新的电网负载信息P_a(k)；之后将更新的电网负载信息P_a(k)传送给车2，依次类推，直至K时段内的m量电动汽车的调度策略全部完成，然后进入k+1时段。

图3为电动汽车充电系统的硬件设计整体框图，由图可知对应的电网设备的硬件部分大体上分为7块，电动汽车的硬件部分大体上分为4块。所示即是当电动汽车接入电网时通过电量传感器检测得到一个信号，然后这个信号经过信号处理电路将其传输给电网中的变频控制器和电动汽车中的处理器。对于电网来说，得到该信号后启动计时器记录一个区间δ，然后在此时间区域内通过计数器统计记录此时段内并入电网的电动汽车的数量，于此同时根据和的乘积值的大小对S(k)内的电动汽车进行优先级排序，并由计数器存储。在该时段内，电网设备中的变频控制器，同时通过无线通讯网络模块接收由电动汽车传输的信息，经过综合处理，最后来控制充电控制模块；相应的，电动汽车中的处理器经过电网反馈的控制信号最终处理电动汽车中的充电控制模块。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种电网中大规模电动汽车接入的优化调度方法，其特征在于：在该优化调度方法中，将调度时间区间按设定的时间长度δ分为L个时间段；对于每个电动汽车，采用不间断恒功率充电的方式进行充电；根据每个电动汽车完成充电所需的时间及其接入和脱离电网的时刻，建立关于充电时刻的优化问题；根据电动汽车接入电网的优先顺序，求解该优化问题，从而得到每辆电动汽车开始充电的时刻；当大量电动汽车同时接入电网时，根据每辆电动汽车充电所用时间以及脱离电网时刻的乘积值的大小，进行排序，依次求解优化问题，进而得到最终的调度策略；

该优化调度方法具体包括以下步骤：

1)电网监测在时间段为[k,k+δ]里同时连接到电网的所有电动汽车的集合S(k)，k为时刻；对S(k)内的电动汽车，根据每辆电动汽车充电所用时间以及脱离电网时刻的乘积值的大小，进行优先级排序；

2)对于优先级别最高的第i个电动汽车，电网运营商立即将第k时刻的电网负载信息P_a(k)发送给第i个电动汽车，电动汽车i实时求解优化问题，得到优化的充电时刻值并将该优化的充电时刻值完成充电所要的时间以及电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻和反馈给电网运营商；设时间策略代表电动汽车优化的充电时刻值完成充电所要的时间接入电网和脱离电网的时刻和的时间集合；

3)电网运营商根据反馈的信息更新电网负载信息P_a(k)；

4)电网运营商再将更新后的电网负载信息P_a(k)发送给优先级别次之的电动汽车，该电动汽车实时求解优化问题，得到该电动汽车优化的充电时刻值；并将该优化的充电时刻值，完成充电所要的时间，以及电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻值反馈给电网运营商；

5)重复步骤3)、4)，直至完成集合S(k)中所有电动汽车的调度策略；

6)执行调度策略；

7)进入k+1时段，重复步骤1)至6)。

2.根据权利要求1所述的一种电网中大规模电动汽车接入的优化调度方法，其特征在于：优化的充电时刻值具体如下：

每个电动汽车的恒充电功率用表示，完成充电所要的时间用表示；分别用和表示电动汽车的接入电网和脱离电网的时刻；电动汽车开始充电的时刻值用表示；当大量电动汽车接入电网后，建立如下关于电动汽车开始充电的时刻值的优化问题：

$\underset{\stackrel{\‾}{t_i}}{min}\[{\mathrm{\α\σ}}_p^2+{\mathrm{\βP}}_{max}\],t_i^0\≤\stackrel{\‾}{t_i}\≤t_i^1$

这里用于刻画电动汽车的接入对电网产生的冲击影响；P_a(k)表示k时刻的电网负载信息，P_i(k)＝P_i ⁰，P_i(k)＝0，P_max＝max{P_a(k)+P_i(k)}用以刻画电网的最大负荷量；α和β为常数且满足α+β＝1。