CN106532764B - 一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，包括：光伏发电功率及电动汽车充电负荷的统计与预测；储能系统容量优化计算；电动汽车充电负荷调控策略；光伏并网功率统计与分析。本发明有益效果：提高了光伏发电就地消纳水平，大幅减少了因消纳不畅导致的弃光现象，同时降低了光伏发电并网运营成本，极大促进了光伏产业的持续发展。
Description
技术领域
本发明属于新能源与节能领域，尤其涉及一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法。
背景技术
近几年来，我国相继出台了一系列光伏发电扶持政策，光伏发电的规模迅速扩大，目前已经成为清洁能源的重要力量，自2013年起，我国光伏发电连续3年新增装机容量超过1000万千瓦，成为全球最大的光伏发电市场。截至2015年底，我国光伏发电累计装机容量约4300万千瓦，超过德国排名全球第一。
根据国家《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》，到2020年全国电动汽车保有量将达到500万辆。在光伏发电与电动汽车充电设施大规模应用的背景下，目前存在两个方面的主要问题：(1)光伏发电的消纳水平不高，部分00地区存在严重的“弃光”现象，本地消纳能力有待改善；(2)电动汽车的电能补给目前依然以不可再生能源(如：煤炭、天然气)发电的电能为主，没有从根本上实现电动汽车电能的清洁替代。
光伏发电与电动汽车充电均具有较大的随机性和复杂的不确定性，如何更加全面的分析光伏发电特征与电动汽车充电负荷特性，通过对电动汽车充电负荷合理的调度与控制，最大化提高光伏发电消纳水平成为当前重要的研究课题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，该方法基于光伏发电功率及电动汽车充电负荷统计与预测，通过对储能系统容量优化计算、电动汽车充电负荷的合理调度与控制，同时以光伏并网功率统计与分析作为验证，实现了光伏发电的就地消纳，极大提升了光伏发电就地消纳能力。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，包括以下步骤：
(1)光伏发电功率及电动汽车充电负荷的统计与预测：统计并分析设定时间段内的光伏发电功率及电动汽车充电负荷数据，采用加权平均算法预测未来设定时间段内的光伏发电功率及电动汽车充电负荷数据；
(2)储能系统容量优化计算：根据预测的光伏发电功率和电动汽车充电负荷数据，以实现最大化就地消纳光伏发电为目标，优化计算合理的储能容量；
(3)电动汽车充电负荷调控策略：以光伏发电反向注入电网的功率最小为目标函数，对本地电动汽车充电负荷进行充电调度与控制，使得光伏发电就地消纳最大化；
(4)光伏并网功率统计与分析：统计并分析光伏并网的电量数据，对光伏发电就地消纳进行验证，不断修正电动汽车充电负荷调控策略，使得光伏发电并网的电量最小。
进一步地，所述步骤(2)中，根据预测的每日设定时刻数量的光伏发电功率和电动汽车充电负荷数据，分别求和取平均值，两个平均值相减取绝对值，然后乘以每日小时数，得出储能系统的储能容量。
进一步地，储能容量的计算方法具体为：
其中，CESS表示计算得出的储能系统容量，每日按5分钟为时间间隔，划分为288个时间序列，i表示序列号，PPV(i)表示第i个时间序列时刻的光伏发电功率，PEV(i)表示第i个时间序列时刻的电动汽车负荷的充电功率。
进一步地，所述步骤(3)中，以光伏发电反向注入电网的电量最小为目标函数具体为：
其中，QPvToGrid(T)作为目标函数表示光伏系统并网电量，QPV(Δt)表示光伏系统在Δt时间段内的发电电量，QEV(Δt)表示电动汽车充电负荷在Δt时间段内的充电电量，Δt表示时间段，T表示统计计算周期。
进一步地，所述步骤(4)中，对光伏发电就地消纳进行验证的方式为：统计光伏并网的电量数据，理想情况下，电动汽车充电负荷就地消纳全部的光伏发电电量，即光伏发电并网电量为零。
进一步地，所述步骤(4)中，为最大化就地消纳光伏发电，不断修正电动汽车充电负荷调控策略，使其尽最大可能消纳光伏发电电量，在光伏发电功率最大的时刻，通过增大电动汽车充电负荷功率和增大储能系统充电功率相结合的方式修正电动汽车充电负荷调控策略，降低光伏发电并网功率。
本发明的有益效果：
(1)本发明中的一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，提高了光伏发电就地消纳水平，大幅减少了因消纳不畅导致的弃光现象，同时降低了光伏发电并网运营成本，极大促进了光伏产业的持续发展；
(2)本发明中的电动汽车充电负荷调控方法，提供了一种储能容量计算方法，为就地消纳光伏发电提供技术支撑，同时为其它清洁式分布式电源(如：风电)的就地消纳提供技术参考；
(3)本发明中的一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，通过就地消纳光伏发电，从根本上实现了电动汽车补给电能的清洁替代，促进了清洁新能源的高效利用。
附图说明
图1为本发明就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控系统，如图1所示，包括：光伏发电系统、光伏并网系统、电动汽车充电负荷和储能系统；所述光伏发电系统和储能系统分别通过DC/DC变换器与电网连接；所述光伏并网系统通过DC/AC变换器与电网连接；所述电动汽车充电负荷通过DC/DC变换器或者DC/AC变换器与电网连接。
由图1的电能流向可知，光伏发电的电能流向主要包括本地电动汽车充电负荷、本地储能系统、光伏并网。本发明就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，包括以下步骤：
1)光伏发电功率及电动汽车充电负荷统计与预测
统计最近四周每日时间间隔为15分钟的288个时刻点(00:00、00:05、00:10、……、23:55)的光伏发电功率与电动汽车充电负荷功率历史数据，具体历史数据分别见表1和表2。
表1光伏发电功率历史数据(近四周)
由表1可知，由于光伏发电直接受光照强度的影响，在没有光照的时刻(如：夜间)，光伏发电的功率为0，通常在中午12时至14时之间，光伏发电功率达到最大值，若遇到光照强度较弱的天气(多云、雨雪等)，光伏发电功率几乎为0。分析光伏发电特征，结合未来一周的天气预报信息，采用加权平均算法，得出未来一周的光伏发电功率预测数据。
表2本地电动汽车充电负荷历史数据(近四周)
由表2可知，电动汽车充电行为随机性较大，存在较大不确定性，分析电动汽车充电负荷特性，采用加权平均算法，得出未来一周电动汽车充电负荷预测数据，为后续电动汽车充电负荷调控方法提供数据支撑。
2)储能系统容量优化计算
为满足平滑光伏发电功率输出波动的需求，储能系统应该具备足够大的电能储备容量，以实现最大化就地消纳光伏发电为目标，储能系统容量优化计算方法如下：
根据预测的每日288个时刻的光伏发电功率和电动汽车充电负荷数据，分别求和取平均值，两个平均值相减取绝对值，然后乘以24个小时，得出储能系统的储能容量，公式表达如下：
其中，CESS表示计算得出的储能系统容量，每日按5分钟为时间间隔，划分为288个时间序列，i表示序列号，PPV(i)表示第i个时间序列时刻的光伏发电功率，PEV(i)表示第i个时间序列时刻的电动汽车负荷的充电功率。
储能系统作为光伏发电系统与电动汽车充电负荷之间电能的临时中转与存储场所，因此，计算合理的储能容量的目的是平抑光伏发电的波动和电动汽车充电负荷的随机变化，为就地消纳光伏发电的本地电动汽车充电负荷调控策略提供电能的供需平衡支撑。
3)电动汽车充电负荷调控策略
在(1)和(2)的基础上，分析本地电动汽车充电行为规律，对本地电动汽车充电负荷进行充电调度与控制，同时分析电动汽车充电行为规律与光伏发电直接的对应关系，利用本地储能系统，通过电动汽车充电负荷的合理调控，既满足电动汽车充电负荷充电需求，又可实现光伏发电的就地消纳。
以光伏发电反向注入电网的电量最小为调控策略目标函数：
其中，QPvToGrid(T)作为目标函数表示光伏系统并网电量，QPV(Δt)表示光伏系统在Δt时间段内的发电电量，QEV(Δt)表示电动汽车充电负荷在Δt时间段内的充电电量，Δt表示时间段(如：12:00至12:05)，T表示统计计算周期(比如：每日、每周、每月等)。
即通过电动汽车充电负荷的调度与控制，使得图1中光伏并网部分，光伏发电反向注入电网的功率最小，优化目标为光伏发电就地消纳最大化。
4)光伏并网功率统计与分析
统计并分析光伏发电并网功率，对光伏发电就地消纳进行验证，并不断修正本地电动汽车的充电调控方法，使得光伏发电并网的电量累计最小。
对光伏发电就地消纳进行验证方式为：统计并分析光伏并网的电量数据，理想情况下，电动汽车充电负荷就地消纳全部的光伏发电电量，即光伏发电并网电量为零，因此，为最大化就地消纳光伏发电，需要不断修正电动汽车充电负荷调控策略，使其尽最大可能消纳光伏发电电量，在光伏发电功率最大的时刻，通过增大电动汽车充电负荷功率和增大储能系统充电功率相结合的方式修正电动汽车充电负荷调控策略，降低光伏发电并网功率。
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以内。
Claims (4)
1.一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)光伏发电功率及电动汽车充电负荷的统计与预测：统计并分析设定时间段内的光伏发电功率及电动汽车充电负荷数据，采用加权平均算法预测未来设定时间段内的光伏发电功率及电动汽车充电负荷数据；
(2)储能系统容量优化计算：根据预测的光伏发电功率和电动汽车充电负荷数据，以实现最大化就地消纳光伏发电为目标，优化计算合理的储能容量；
根据预测的每日设定时刻数量的光伏发电功率和电动汽车充电负荷数据，分别求和取平均值，两个平均值相减取绝对值，然后乘以每日小时数，得出储能系统的储能容量；
(3)电动汽车充电负荷调控策略：以光伏发电反向注入电网的功率最小为目标函数，对本地电动汽车充电负荷进行充电调度与控制，使得光伏发电就地消纳最大化；
(4)光伏并网功率统计与分析：统计并分析光伏并网的电量数据，对光伏发电就地消纳进行验证，不断修正电动汽车充电负荷调控策略，使得光伏发电并网的电量最小；
对光伏发电就地消纳进行验证的方式为：统计光伏并网的电量数据，理想情况下，电动汽车充电负荷就地消纳全部的光伏发电电量，即光伏发电并网电量为零。
2.如权利要求1所述的一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，其特征是，储能容量的计算方法具体为：
其中，CESS表示计算得出的储能系统容量，每日按5分钟为时间间隔，划分为288个时间序列，i表示序列号，PPV(i)表示第i个时间序列时刻的光伏发电功率，PEV(i)表示第i个时间序列时刻的电动汽车负荷的充电功率。
3.如权利要求1所述的一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，其特征是，所述步骤(3)中，以光伏发电反向注入电网的电量最小为目标函数具体为：
其中，QPvToGrid(T)作为目标函数表示光伏系统并网电量，QPV(Δt)表示光伏系统在Δt时间段内的发电电量，QEV(Δt)表示电动汽车充电负荷在Δt时间段内的充电电量，Δt表示时间段，T表示统计计算周期。
4.如权利要求1所述的一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法，其特征是，所述步骤(4)中，为最大化就地消纳光伏发电，不断修正电动汽车充电负荷调控策略，使其尽最大可能消纳光伏发电电量，在光伏发电功率最大的时刻，通过增大电动汽车充电负荷功率和增大储能系统充电功率相结合的方式修正电动汽车充电负荷调控策略，降低光伏发电并网功率。
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- 2016-10-18 CN CN201610907574.6A patent/CN106532764B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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