CN105896619A - V2g交直流混合微电网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种V2G交直流混合微电网控制方法，通过电网控制系统实时监控混合微电网内各设备的运行状态并采集相关数据，根据相应的用户目标调控所述混合微电网内各设备的运行状态以及所述混合微电网与电网之间的能量流通状态，实现对混合微电网的管理控制；所述混合微电网包括相互连接的直流微电网和交流微电网，所述直流微电网设有供电系统、储能系统、直流负载和V2G电动汽车充电桩，所述交流微电网设有交流负载，所述交流微电网通过网关接口柜与所述电网相连接，所述电网控制系统与所述直流微电网、交流微电网和电网通讯连接，所述电网控制系统内置有包含不同调控目标的电网调控程序。本发明运行成本低，效益高，实现了电网的总体监控和电能的合理利用，有利于V2G交直流混合微电网的推广应用。

Description

V2G交直流混合微电网控制方法

技术领域

本发明涉及一种V2G交直流混合微电网控制方法。

背景技术

随着人类生产力的发展，对环境的影响日益增加，至今已经达到了非常严重的程度。基于此种状态，推广新能源、节能降耗、降低碳排放量、增加电力利用就成为了解决环境问题的重要手段。

当前我国正处于电动汽车大规模推广和充电基础设施广泛布局的初期，由于新能源、充电设施与车辆储能等系统问题，造成了社会资源的浪费。随着V2G技术的产生，新能源汽车发展迅速，如何提高能源使用，促进我国新能源电动汽车和充电基础设施快速发展成为了一个新的课题。

当前相关的产品技术方向侧重于某一种或少数几种的应用，控制范围较窄，节能效果较差。譬如：单一的V2G电动汽车的实现和利用、光伏控制系统的建设管理、微电网控制系统等等。并没有一个完整的、系统性的大电网控制系统解决方案。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于V2G技术的大规模利用而设计的一种可稳定地协调管理新能源发电、电动汽车充放电以及微电网与大电网之间能量交换的控制方法。

本发明的技术方案是：

一种V2G交直流混合微电网控制方法，通过电网控制系统实时监控混合微电网内各设备的运行状态并采集相关数据，根据相应的用户目标调控所述混合微电网内各设备的运行状态以及所述混合微电网与电网之间的能量流通状态，实现对混合微电网的管理控制；所述混合微电网包括相互连接的直流微电网和交流微电网，所述直流微电网设有供电系统、储能系统、直流负载和V2G电动汽车充电桩，所述交流微电网设有交流负载，所述交流微电网通过网关接口柜与所述电网相连接，所述电网控制系统与所述直流微电网、交流微电网和电网通讯连接，所述电网控制系统内置有包含不同调控目标的电网调控程序。

进一步的，所述电网调控程序包括以下调控目标及相应的调控方法：

电动汽车快充目标：在此目标下，综合利用所述混合微电网和电网中的电能给配置为快充模式的电动汽车同时充电，当电能不能满足电动汽车充电时，逐步切断所述混合微电网内的其他交流负载和直流负载，保证电动汽车的充电效率；

最佳稳定目标：此目标以保证所述混合微电网的稳定续航为目的，在此目标下，首先维持所述混合微电网内储能系统的荷电状态为配置的最佳值，在未到达最佳值前，综合利用电网、供电系统和电动汽车内的电池为所述储能设备充电，并依情况逐步切断所述混合微电网内的交流负载和直流负载；

最大经济目标：综合计算所述混合微电网运行的各项成本，获取所述混合微电网运行最高利润时的状态，控制所述混合微电网内各设备保持在最佳成本的状态运行；

最大载荷目标：在此目标下，利用电动汽车内的电池、供电系统、储能系统和电网给交流负载和直流负载供电，最大程度的保证交流负载和直流负载的运行稳定性；

用户自定义目标：在此目标下，用户可以设置所述混合微电网内每一个设备的运行状态，电网控制系统将优先依照用户的定义，控制用户设置的设备独立运行，不受其他调控目标的影响。

针对上述目标预设相应的运行模式，根据输入的目标模式运行，可以选择适宜的目标模式作为默认目标模式，在未获得任何目标模式输入的情况下，采用模式的目标模式，例如，最佳稳定目标的运行模式。

当需要进行不同目标模式的切换时，优选采用稳定匹配过渡的方式进行两目标模式之间的过渡，所述稳定匹配过渡的方式依据使网络状态波动最小的要求，例如，设定一个连接起点（切换前状态）和终点（切换后状态）的平滑的过渡曲线作为理想曲线，该理想曲线可以依据系统内各组成部分（设备、元件等）的特性设定，使沿该曲线进行的过渡（在允许的时间内）对系统内各部分的负面影响最小，对于复杂系统，可以选择其中重要的和/或敏感的部分作为依据进行理想曲线的设定，选择若干可以实现的备选过渡方案，形成相应的备选过渡曲线，从中选取偏离理想过渡曲线的面积（差值绝对值的时间积分值）最小且不出现不能接受的峰值的实际过渡曲线作为实际过渡曲线，依据选取的实际过渡曲线（实际过渡方案）逐个改变相关各设备的运行状态，或者将需要改变运行的设备分为若干组，逐组改变相关各设备的运行状态，例如，当存在若干分别增加电耗和减小电耗的运行改变时，增加电耗和减小电耗基本上按比例交替或按比例将增加电耗的运行改变和较小电耗的运行改变放在同一组，不同模式之间的过渡时间可以依据设备的响应时间或允许的过渡时间确定。

优选的，在所述最佳稳定目标下若遇电网和供电系统断电、负载急需用电或电动汽车需要紧急充电时中断对所述储能系统的充电。

优选的，当需要切断所述直流负载和交流负载时，按所述直流负载和交流负载的重要性程度来决定其切断顺序，优先切除重要性低的所述直流负载和交流负载。

优选的，所述混合微电网运行的各项成本包括：电网调度成本、地区峰谷电价、新能源设备运行成本、储能设备运行成本、交流负载运行成本、直流负载运行成本、电动汽车充电损耗成本和电网送电成本。

更进一步的，根据电动汽车当前的充电信息和电动汽车用户的充放电预约信息动态控制所述供电系统的发电功率、所述储能设备的充放电量、所述直流负载和交流负载的接入量和所述电网与所述混合微电网之间的电能输入输出量，使所述混合微电网的运行满足当前的调控目标。

优选的，当所述混合微电网与所述电网之间发生电能流动时，所述直流微电网内的直流母线采用恒压控制，所述交流微电网内的交流母线采用恒功率控制。

优选的，所述供电系统、储能系统、直流负载和V2G电动汽车充电桩与所述直流母线之间通过直流/直流变流器完成电能的传递。

优选的，所述混合微电网内各设备均采用弱强电分离的技术保障人身安全。

优选的，所述电网控制系统连接上级服务器，接受上级服务器的控制指令，实现多个混合微电网之间的综合调控。

本发明的有益效果为：

本发明将通信技术、现代控制技术应用于采用V2G技术的交直流混合微电网的控制，实现了对微电网系统的实时监控和调节。本发明可以对V2G系统、新能源供电系统、储能系统、直流微电网、交流微电网和电网等进行高效的综合控制，同时根据用户的不同调控目标，也可以独立的控制某些设备的运行。通过调控能够维持整个电网的运行成本最低和效益最高，实现了电网的总体监控和电能的合理利用，有利于V2G交直流混合微电网的推广应用。

附图说明

图1是本发明的电网调控程序简图；

图2是本发明的结构简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1至图2，本发明公开了一种V2G交直流混合微电网控制方法，通过电网控制系统实时监控混合微电网内各设备的运行状态并采集相关数据，根据相应的用户目标调控所述混合微电网内各设备的运行状态以及所述混合微电网与电网之间的能量流通状态，实现对混合微电网的管理控制。

如图2所示，所述混合微电网包括相互连接的直流微电网和交流微电网，所述直流微电网设有供电系统、储能系统、直流负载和V2G电动汽车充电桩。所述供电系统优选为分布式能源供电系统，所述分布式能源供电系统包括风能供电系统、光伏供电系统、地热能供电系统和生物能供电系统中的一种或多种。采用分布式能源供电系统不仅提高了能源的利用率而且还更加适用于偏远地区的微电网建设，有利于V2G技术的发展。所述储能系统为储能电池组。所述储能电池组内包括锂电池、铅碳电池、超级电容器和液流电池中的一种或多种，优选采用性价比最高的铅碳电池。所述储能电池组还可以设置换电电池，以满足电动汽车快速换电的需求。所述交流微电网设有交流负载，所述交流微电网通过网关接口柜与所述电网相连接，所述电网控制系统与所述直流微电网、交流微电网和电网通讯连接，所述电网控制系统采用PLC逻辑控制器，主要包括中央处理器、存储器、电源模组和信号输入输出单元，其内置有包含不同调控目标的电网调控程序。

所述电网调控程序包括以下调控目标及相应的调控方法：

电动汽车快充目标：在此目标下，综合利用所述混合微电网和电网中的电能给配置为快充模式的电动汽车同时充电，当电能不能满足电动汽车充电时，逐步切断所述混合微电网内的其他交流负载和直流负载，保证电动汽车的充电效率。对电动汽车充电时优先使用所述混合微电网内的电能供电系统的电能，在所述混合微电网内优先使用所述供电系统提供的电能；当所述混合微电网内的电能不能满足需要时使用所述电网输送的电能。

最佳稳定目标：此目标以保证所述混合微电网的稳定续航为目的，在此目标下，首先维持所述混合微电网内储能系统的荷电状态为配置的最佳值，在未到达最佳值前，综合利用电网、供电系统和电动汽车内的电池为所述储能设备充电，并依情况逐步切断所述混合微电网内的交流负载和直流负载。对所述储能系统充电时优先使用所述供电系统的电能，当供电系统的电能不能满足需要时使用所述电网输送的电能，最后利用所述电动汽车内的电池储存的电能。

最大经济目标：综合计算所述混合微电网运行的各项成本，获取所述混合微电网运行最高利润时的状态，控制所述混合微电网内各设备保持在最佳成本的状态运行；一般的，利用电网在夜间用电低谷时期的低电价电为电动汽车充电，在电网负荷高峰时期将电动汽车电池储能高价卖给电网。采用这样的办法可以优化电网的电力负荷，电力企业可以提高夜间用电低谷时期的电网发电功率和负荷率，同时减少电网符合高峰时期的电网发电功率，改善电网稳定性。

最大载荷目标：在此目标下，利用电动汽车内的电池、供电系统、储能系统和电网给交流负载和直流负载供电，最大程度的保证交流负载和直流负载的运行稳定性。为交流负载和直流负载供电时，优先使用所述供电系统提供的电能，当所述供电系统不能满足要求时，使用所述储能系统的电能，当所述储能系统和供电系统的供电还不能满足要求时，使用电网输送的电能，最后使用电动汽车内所述储存的电能。

用户自定义目标：在此目标下，用户可以设置所述混合微电网内每一个设备的运行状态，电网控制系统将优先依照用户的定义，控制用户设置的设备独立运行，不受其他调控目标的影响。

所述电网调控程序的运行按如图1所示的流程进行，启动电网控制系统后系统自动进行初始化和自检，读取电网调控程序的相关配置文件，随后根据混合微电网内各设备的运行状态及相关运行数据和用户设定的不同调控目标，将控制指令发送至相关设备，完成调控。当用户切换调控目标后，系统转至配置文件步骤继续运行，根据用户的当前调控目标调控相关设备的运行状态。

在所述最佳稳定目标下若遇电网和供电系统断电、负载急需用电或电动汽车需要紧急充电时中断对所述储能系统的充电，以保障紧急用电。

当需要切断所述直流负载和交流负载时，按所述直流负载和交流负载的重要性程度来决定其切断顺序，优先切除重要性低的所述直流负载和交流负载。

所述混合微电网运行的各项成本包括：电网调度成本、地区峰谷电价、新能源设备运行成本、储能设备运行成本、交流负载运行成本、直流负载运行成本、电动汽车充电损耗成本和电网送电成本。

根据电动汽车当前的充电信息和电动汽车用户的充放电预约信息动态控制所述供电系统的发电功率、所述储能设备的充放电量、所述直流负载和交流负载的接入量和所述电网与所述混合微电网之间的电能输入输出量，使所述混合微电网的运行满足当前的调控目标。当所述混合微电网内的电能能够满足运转需求时，所述混合微电网产生的多余电量输送至电网内；当所述混合微电网内的电能不能满足运转需求时，电网向所述混合微电网内输送电能。所述混合微电网内的电能需求优先采用提高所述供电系统电功率的方式来满足，当所述供电系统的发电功率不能满足负载需求时，使用所述储能设备的电能。当所述混合微电网和电网并网运行仍不能满足负载需求时，逐步减少负载的接入量。

当所述混合微电网与所述电网之间发生电能流动时，所述直流微电网内的直流母线采用恒压控制，所述交流微电网内的交流母线采用恒功率控制。

所述供电系统、储能系统、直流负载和V2G电动汽车充电桩与所述直流母线之间通过直流/直流变流器完成电能的传递。

可以依据单个电动车的经济原则确定接入混合微电网的电动车贡献的削峰电量。电动汽车不仅仅作为低碳环保的交通工具，还能够在V2G交直流混合微电网中用作储能单元，相对于部分汽车90%的时间处于停驶状态，电动汽车车主可以在晚上用低谷低价电充电，在白天负荷高峰时，将车载储能高价卖给电网，由此电力企业可以提高低谷时大电网负荷率和发电率，改善电网能源架构，有利于减少为满足高峰负荷时的电网备用发电容量建设，不但利用电价峰谷价差省钱甚至赚钱，同时改善电网的稳定性。

可以依据下列公式计算和确定电动车向大电网贡献的削峰电量：

（1）电动汽车可接受的削峰容量CV：

CV=[TES×DOD)-(RB/EFF)]/DH

（2）汽车用户每千瓦时的储能成本STC：

STC=[BRC/(DOD×CL)]+EC

（3）汽车用户的总储能成本TMC：

TMC=STC×[CV×DH×DM]

其中，CV=削峰容量（KW),TES=电动汽车总储存电量（KWh),DOD=允许放电深度（%），RB=行驶距离（km),EFF=电动汽车效率（km/KWh),DH=放电时间，STC=汽车用户的储能成本（¥/KWh),BRC=电池成本（¥/KWh)，CL=电池循环寿命（cycles),EC=再充电的成本（¥/KWh)，TMS=汽车用户总储能成本（¥），DM=放电次数。

根据上述削峰总成本和提供相应削峰电量的总收入计算出削峰收益（总收入减总成本），根据实际使用需求确定电动车能够提供的最大削峰电量，在实际允许的最大削峰电量的范围内，计算削峰收益时对应的削峰电量。

所述混合微电网内各设备均采用弱强电分离的技术保障人身安全。所述电网控制系统还设有警报单元，所述警报单元的运行优先级最高，实时对电网内各设备进行监控，发现异常时及时发出警报信号并采取相关措施，保证人体安全和电网运行。

所述电网控制系统连接上级服务器，接受上级服务器的控制指令，实现多个混合微电网之间的综合调控。

Claims (10)

1.一种V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于通过电网控制系统实时监控混合微电网内各设备的运行状态并采集相关数据，根据相应的用户目标调控所述混合微电网内各设备的运行状态以及所述混合微电网与电网之间的能量流通状态，实现对混合微电网的管理控制；所述混合微电网包括相互连接的直流微电网和交流微电网，所述直流微电网设有供电系统、储能系统、直流负载和V2G电动汽车充电桩，所述交流微电网设有交流负载，所述交流微电网通过网关接口柜与所述电网相连接，所述电网控制系统与所述直流微电网、交流微电网和电网通讯连接，所述电网控制系统内置有包含不同调控目标的电网调控程序。

2.如权利要求1所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于所述电网调控程序包括以下调控目标及相应的调控方法：

电动汽车快充目标：在此目标下，综合利用所述混合微电网和电网中的电能给配置为快充模式的电动汽车同时充电，当电能不能满足电动汽车充电时，逐步切断所述混合微电网内的其他交流负载和直流负载，保证电动汽车的充电效率；

最佳稳定目标：此目标以保证所述混合微电网的稳定续航为目的，在此目标下，首先维持所述混合微电网内储能系统的荷电状态为配置的最佳值，在未到达最佳值前，综合利用电网、供电系统和电动汽车内的电池为所述储能设备充电，并依情况逐步切断所述混合微电网内的交流负载和直流负载；

最大经济目标：综合计算所述混合微电网运行的各项成本，获取所述混合微电网运行最高利润时的状态，控制所述混合微电网内各设备保持在最佳成本的状态运行；

最大载荷目标：在此目标下，利用电动汽车内的电池、供电系统、储能系统和电网给交流负载和直流负载供电，最大程度的保证交流负载和直流负载的运行稳定性；

用户自定义目标：在此目标下，用户可以设置所述混合微电网内每一个设备的运行状态，电网控制系统将优先依照用户的定义，控制用户设置的设备独立运行，不受其他调控目标的影响。

3.如权利要求2所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于在所述最佳稳定目标下若遇电网和供电系统断电、负载急需用电或电动汽车需要紧急充电时中断对所述储能系统的充电。

4.如权利要求2所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于当需要切断所述直流负载和交流负载时，按所述直流负载和交流负载的重要性程度来决定其切断顺序，优先切除重要性低的所述直流负载和交流负载。

5.如权利要求2所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于所述混合微电网运行的各项成本包括：电网调度成本、地区峰谷电价、新能源设备运行成本、储能设备运行成本、交流负载运行成本、直流负载运行成本、电动汽车充电损耗成本和电网送电成本。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于根据电动汽车当前的充电信息和电动汽车用户的充放电预约信息动态控制所述供电系统的发电功率、所述储能设备的充放电量、所述直流负载和交流负载的接入量和所述电网与所述混合微电网之间的电能输入输出量，使所述混合微电网的运行满足当前的调控目标。

7.如权利要求6所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于当所述混合微电网与所述电网之间发生电能流动时，所述直流微电网内的直流母线采用恒压控制，所述交流微电网内的交流母线采用恒功率控制。

8.如权利要求7所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于所述供电系统、储能系统、直流负载和V2G电动汽车充电桩与所述直流母线之间通过直流/直流变流器完成电能的传递，所述储能系统、直流负载和V2G电动汽车充电桩与所述直流母线之间的直流/直流变流器为双向变流器。

9.如权利要求8所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于所述混合微电网内各设备均采用弱强电分离的技术保障人身安全。

10.如权利要求1所述的V2G交直流混合微电网控制方法，其特征在于所述电网控制系统连接上级服务器，接受上级服务器的控制指令，实现多个混合微电网之间的综合调控。