CN105184414A - 一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，包括：风电场根据容量划分为大型风电场和小型风电场，光伏电站根据容量划分为大型光伏电站和小型光伏电站，电动汽车充换电设施根据其配电变压器额定容量的百分比和输配电线路额定功率的百分比划分为大型充换电站、小型充换电站和分散充电桩；协同调度主站接收风电场、光伏电站、电动汽车充换电设施以及运营系统的数据并处理，下发调度命令或者调度引导信息。本发明有益效果：使电动汽车在可再生能源充足的情况下尽可能多充电，在电网等效负荷高峰时期尽可能少充电，使电网在少增加调峰电源的基础上提高风电、光伏等间歇性可再生能源的消纳率。

Description

一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统。

背景技术

随着能源的日益紧缺与人们环保意识的增强，电动汽车和以风电场、光伏电站为主的间歇性电源得到快速发展。但是，由于电动汽车充电作为一种负荷，在时空上具有很大的随机性，如果不加以引导，大量电动汽车无序充电会降低电网电能质量，增加网损，给电网安全经济运行带来极大挑战。

另一方面，风电和光伏等间歇性电源出力具有很大的波动性和随机性，其接入电网的能力受限于电网调峰电源的调峰能力，因此会出现弃风弃光等现象。

为了提高风电、光伏等间歇性电源利用率，并降低大量电动汽车无序充电可能给电网带来的冲击，急需建立一种广域和局域电动汽车充电与间歇性电源协同调度的架构。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，该系统在满足电动汽车用户需求的同时，最大化风电、光伏等间歇性可再生能源利用率、降低电网峰谷差率，实现电网的安全经济低碳运营。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，包括：风电场、光伏电站、电动汽车充换电设施、运营系统和协同调度主站；

所述风电场根据容量划分为大型风电场和小型风电场，所述光伏电站根据容量划分为大型光伏电站和小型光伏电站，所述电动汽车充换电设施根据其配电变压器额定容量的百分比和输配电线路额定功率的百分比划分为大型充换电站、小型充换电站和分散充电桩；

所述大型风电场、大型光伏电站和大型充换电站分别直接与协同调度主站双向通信；所述小型风电场、小型光伏电站、小型充换电站和分散充电桩分别通过运营系统间接与协同调度主站通信；

所述协同调度主站接收风电场、光伏电站、电动汽车充换电设施以及运营系统的数据并处理，下发调度命令或者调度引导信息。

所述运营系统包括风电运营系统、光伏运营系统和充电运营系统，其中，

风电运营系统与小型风电场通信，光伏运营系统与小型光伏电站通信，充电运营系统与小型充换电站、分散充电桩分别通信；

风电运营系统通过双向实时通信接收协同调度主站的控制命令或引导信息；光伏运营系统通过双向实时通信接收协同调度主站的控制命令或引导信息；充电运营系统通过双向实时通信接收协同调度主站的控制命令或引导信息。

所述协同调度主站通过专线或者公网通信方式与风电场、光伏电站和电动汽车充换电设施及各运营系统通信，实现运行数据的存储、显示，同时下发调度命令或者调度引导信息；存储的数据包含但不限于发电侧的当前功率和历史功率以及用电侧的当前需求功率和历史需求功率；协同调度主站根据发电侧和用电侧的历史功率，预测发电侧和用电侧未来功率。

所述大型风电场设有自身监控系统，用于实现自身功率预测、接收协同调度主站的调度曲线和上传调度信息，根据需要配备储能装置。

所述小型风电场包括分散的单个风电机或分散的几个风电机，小型风电场通过风电运营系统汇总后与协同调度主站通信，所述小型风电场设有监控单元，用于接收风电运营系统控制指令，并根据指令启停风电机。

所述大型光伏电站设有自身监控系统，用于实现自身不同时间尺度的功率预测、接收协同调度主站调度曲线和上传调度信息，根据需要配备储能装置。

所述小型光伏电站包括家庭光伏发电装置和办公楼光伏发电装置，小型光伏电站通过光伏运营系统汇总后与协同调度主站通信，所述小型光伏电站设有监控单元，用于根据光伏运营系统下发的控制指令启停光伏电站。

所述充电运营系统是连接协同调度主站和小型充换电设施或分散充电桩的中间层机构，用于接收来自协同调度主站的调度曲线，并据此给其管理的小型充换电站和分散充电桩下发控制指令，搜集其管理的小型充换电站和分散充电桩的监控信息并上传给协同调度主站。

电动汽车充换电设施通过协同调度主站或者运营管理系统得到所在电网局部的负载大小、风力发电功率以及光伏发电功率，通过控制电动汽车充换电设施的充电时间占比改变自身充电或者放电功率，使得电网局部等效负荷曲线峰谷差率降低，实现局域网协同调度。

电动汽车充换电设施根据协同调度主站下发的调度引导信息，使用目标优化算法，比如粒子群优化算法，通过控制充换电设施充电时间占比改变自身充电或者放电功率，降低电网全局等效负荷峰谷差；实现广域网协同调度；

所述调度引导信息为协同调度主站定性或定量描述电网不同局部或者电网全局汇总的负载大小、风电发电功率大小、光伏发电功率大小的信息；所述调度引导信息作为各局部电动汽车改变充放电功率的条件。

本发明的有益效果：

(1)提高了风电、光伏等间歇性电源利用率，减少了弃风弃光等现象；

(2)由于电动汽车既是一种负荷，又是一种储能装置，通过本发明可以使电动汽车在可再生能源充足的情况下尽可能多充电，在电网等效负荷高峰时期尽可能少充电，使电网在少增加调峰电源的基础上提高风电、光伏等间歇性可再生能源的消纳率，提高了电力系统地安全经济低碳运行能力。

(3)本发明运营系统作为小型风电场、小型光伏电站以及小型充电站与协同调度主站的中间层，实现对其数据的处理，减少了协同调度主站的数据处理量，加快了系统数据处理效率。

附图说明

图1为本发明协同调度系统结构示意图；

图2为本发明协同调度系统通信示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明协同调度系统主要由以下几部分组成，间歇性电源、协同调度主站、运营系统和充换电设施。

间歇性电源主要包括风电场和光伏电站。

1)风电场根据容量的大小又可分为大型风电场和小型风电场。本实施例大型风电场为通过10kV专线或大于10kV电压等级接入电网，且最大发电功率大于6000kW的风电场；小型风电场为小等于10kV电压等级接入电网，且最大发电功率小于6000kW的风电场。

大型风电场直接和协同调度主站双向通信，配备有自身监控系统，根据当地历史风速等自然环境数据，结合现有的功率预测算法。能够实现功率预测、接收调度曲线和上传调度信息等基本功能，根据需要可以有选择的配备储能装置；小型风电场主要指分散的单个风电机或分散的几个风电机，由风电运营系统统一管理，风电运营系统与协同调度主站双向通信，小型风电场配备有监控单元，具有接收风电运营系统控制指令，根据指令启停风电机等基本功能。

2)光伏电站根据容量的大小分为大型光伏电站和小型光伏电站。本实施例中大型光伏电站为通过10kV专线或大于10kV电压等级接入电网，且峰值功率大于6000kW的光伏电站；小型光伏电站为小等于10kV电压等级接入电网，且峰值功率小于6000kW的光伏电站。

大型光伏电站容量较大，直接和协同调度主站双向通信，自身配备监控系统，根据当地历史不同时间段光照强度等自然环境数据，结合光伏电站装机总容量，运用现有的光电功率预测算法，具有不同时间尺度的功率预测、接收调度曲线和上传调度信息等基本功能，根据需要可以有选择的配备储能装置；小型光伏电站主要包括家庭光伏发电装置、办公楼光伏发电装置等小型分布式电源，数量众多，直接与协同调度主站通信不现实也不满足电网运行的经济性，因此，小型光伏电站应通过光伏运营系统汇总后与协同调度主站通信，小型光伏电站配备的监控单元应具有根据光伏运营系统下发的控制指令启停光伏电站的功能。

运营系统包括风电运营系统、光伏运营系统和充电运营系统。

1)风电运营系统，其管理多个小型风电场，作为小型风电场和协同调度主站的中间层机构。一方面负责汇总各个小型风电场上传的监控信息，处理后上传给协同调度主站；另一方面，接收协同调度主站下发的引导信息，根据每个小型风电场的具体情况，把获得的引导信息分配给各个小型风电场。因此，风电运营系统减小了协同调度主站的数据处理量。

2)光伏运营系统，其管理多个小型光伏电站，作为小型光伏电站和协同调度主站的中间层机构。一方面负责汇总各个小型光伏电站上传的监控信息，处理后上传给协同调度主站；另一方面，接收协同调度主站下发的引导信息，根据每个小型光伏电站的具体情况，把获得的引导信息分配给各个小型光伏电站。

3)充电运营系统是连接协同调度主站和小型充换电设施或分散充电桩的中间层机构，其能够接收来自协同调度主站的调度曲线，并据此给其管理的小型充换电站和分散充电桩下发控制指令，也可以搜集其管理的小型充换电站和分散充电桩的监控信息并上传给协同调度主站。

充换电设施是电动汽车提供电能的相关设施的总称。本发明中主要包括充换电站和分散充电桩，充换电站根据其配电变压器额定容量的百分比和输配电线路额定功率的百分比划分为大型充换电站和小型充换电站。本实施例中大型充换电站为通过10kV专线或大于10kV电压等级供电，且最大总充电功率大于3000kW的充换电设施；小型充电电站为通过小于等于10kV电压等级供电，且最大总充电功率大于等于100kW小于3000kW的充换电设施；分散充电桩为通过小于等于10kV电压等级供电，且总充电功率小于100kW的充电设施。

1)大型充换电站，包含多台交直流充电机，由于其容量较大，设备较多，设置站系统监控，通过专用通信线路与协同调度主站通信。其自身监控系统具备充电负荷预测、上传调度信息、接收充电曲线、按曲线控制充电机有功功率等基本功能。其中自身监控系统具有存储本充电站不同时间段历史充电功率数据，通过对历史充电数据的分析，可以大概预测未来某一时间段内的充电功率需求。

2)小型充换电站，基于工控机或者嵌入式终端实现本地监控，通过充电运营系统实现多个充换电站的监控与管理，同时由运营系统与协同调度主站实现通讯，通讯可以通过专用通信网络或者公共网络。如图2所示，小型充换电站自身监控单元应具备控制充电机启停、上传充电桩状态信息、接收功率控制指令、负载率优化、防止过载等基本功能。

3)分散充电桩，数量众多，其自身监控终端具备控制充电机启停的功能，通过充电运营系统实现多个充电桩的监控与管理，同时由运营系统与协同调度主站实现通讯，通讯可以通过专用通信网络或者公共网络。

协同调度主站是电动汽车充电与电网间歇性电源间协同调度的支撑机构，遵循资源优化配置原则，充分引导系统内的电动汽车充电与电网间歇性电源协同运行，提高资源利用效率。

协同调度主站通过专线或者公网通信方式与风电场、光伏电站和电动汽车充换电设施及各运营系统通信，实现运行数据的存储、显示，下发调度命令或者调度引导信息。其中存储的数据主要包含但不限于发电侧(风电场、光伏电站)的当前功率以及历史功率、用电侧(电动汽车充电桩)的当前需求功率，历史需求功率等等，协同调度主站通过对发、用电测历史功率的分析，预测未来发、用电测的功率。

基于以上提出的架构，本发明提出两种调度方法，局域协同调度方法和广域协同调度方法。根据电动汽车充换电站容量的大小采取不同层次调度控制。如图1和图2所示。具体来说，大型电动汽车充换电站：协同调度主站直接和电动汽车充换电站双向通讯，采用两层控制方式，充换电站监控系统控制充电设备；小型电动汽车充换电站和分散充电桩：协同调度主站与充电运营系统双向通讯，充电运营系统和小型电动汽车充换电站、分散充电桩双向通讯，采用三层控制方式，充电运营系统相当于中间级调度控制代理机构。

电动汽车充换电设施、风电机组、光伏电站自身配备监控系统，具备功率测量、数据上传等功能，能够和协同调度主站或运营管理系统双向通讯，电动汽车充换电设施通过协同调度主站或者运营管理系统得到所在电网局部的负载大小、风力发电功率以及者光伏发电功率，通过控制充换电设施充电时间占比等方式改变自身充电或者放电功率，使电网局部等效负荷曲线峰谷差率降低，防止配电设备过载。

电动汽车充换电设施根据协同调度主站下发的调度引导信息，使用目标优化算法，比如粒子群优化算法，通过控制充换电设施充电时间占比改变自身充电或者放电功率，从而降低电网全局等效负荷峰谷差，提高间歇性电源的消纳率，实现广域网协同调度；

其中，调度引导信息是指协同调度主站定性或定量描述电网不同局部或者电网全局汇总的负载大小、风电发电功率大小、光伏发电功率大小的信息，信息的作用是作为各局部电动汽车改变充放电功率的条件。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，包括：风电场、光伏电站、电动汽车充换电设施、运营系统和协同调度主站；

所述风电场根据容量划分为大型风电场和小型风电场，所述光伏电站根据容量划分为大型光伏电站和小型光伏电站，所述电动汽车充换电设施根据其配电变压器额定容量的百分比和输配电线路额定功率的百分比划分为大型充换电站、小型充换电站和分散充电桩；

所述大型风电场、大型光伏电站和大型充换电站分别直接与协同调度主站双向通信；所述小型风电场、小型光伏电站、小型充换电站和分散充电桩分别通过运营系统间接与协同调度主站通信；

所述协同调度主站接收风电场、光伏电站、电动汽车充换电设施以及运营系统的数据并处理，下发调度命令或者调度引导信息。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，所述运营系统包括风电运营系统、光伏运营系统和充电运营系统，其中，

风电运营系统与小型风电场通信，光伏运营系统与小型光伏电站通信，充电运营系统与小型充换电站、分散充电桩分别通信；

风电运营系统通过双向实时通信接收协同调度主站的控制命令或引导信息；光伏运营系统通过双向实时通信接收协同调度主站的控制命令或引导信息；充电运营系统通过双向实时通信接收协同调度主站的控制命令或引导信息。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，所述协同调度主站通过专线或者公网通信方式与风电场、光伏电站和电动汽车充换电设施及各运营系统通信，实现运行数据的存储、显示，同时下发调度命令或者调度引导信息；存储的数据包含但不限于发电侧的当前功率和历史功率以及用电侧的当前需求功率和历史需求功率；协同调度主站根据发电侧和用电侧的历史功率，预测发电侧和用电侧未来功率。

4.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，所述大型风电场设有自身监控系统，用于实现自身功率预测、接收协同调度主站的调度曲线和上传调度信息，根据需要配备储能装置。

5.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，所述小型风电场包括分散的单个风电机或分散的几个风电机，小型风电场通过风电运营系统汇总后与协同调度主站通信，所述小型风电场设有监控单元，用于接收风电运营系统控制指令，并根据指令启停风电机。

6.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，所述大型光伏电站设有自身监控系统，用于实现自身不同时间尺度的功率预测、接收协同调度主站调度曲线和上传调度信息，根据需要配备储能装置。

7.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，所述小型光伏电站包括家庭光伏发电装置和办公楼光伏发电装置，小型光伏电站通过光伏运营系统汇总后与协同调度主站通信，所述小型光伏电站设有监控单元，用于根据光伏运营系统下发的控制指令启停光伏电站。

8.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，所述充电运营系统是连接协同调度主站和小型充换电设施或分散充电桩的中间层机构，用于接收来自协同调度主站的调度曲线，并据此给其管理的小型充换电站和分散充电桩下发控制指令，搜集其管理的小型充换电站和分散充电桩的监控信息并上传给协同调度主站。

9.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，

电动汽车充换电设施通过协同调度主站或者运营管理系统得到所在电网局部的负载大小、风力发电功率以及光伏发电功率，通过控制电动汽车充换电设施的充电时间占比改变自身充电或者放电功率，使得电网局部等效负荷曲线峰谷差率降低，实现局域网协同调度。

10.如权利要求1所述的一种电动汽车充电与间歇性电源协同调度系统，其特征是，

电动汽车充换电设施根据协同调度主站下发的调度引导信息，通过控制充换电设施充电时间占比改变自身充电或者放电功率，降低电网全局等效负荷峰谷差；实现广域网协同调度；

所述调度引导信息为协同调度主站定性或定量描述电网不同局部或者电网全局汇总的负载大小、风电发电功率大小、光伏发电功率大小的信息；所述调度引导信息作为各局部电动汽车改变充放电功率的条件。