CN107719180A - 基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法 - Google Patents

Abstract

基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，包括以下步骤：根据各地区用电政策，获取用电高峰及低谷的时间段及价格等信息；根据停车场的快充负荷统计数据和需求情况，拟设定蓄电池容量及其放电功率；利用接入系统的信息采集装置，获取快/慢充区域所有车辆的实时状态信息，并预测快/慢充区域的充电功率；实时监测接入系统电网和充电区域的电气状态；设定不同充放电模式，基于系统运行状态变化，柔性选择不同充放电模式；基于充放电的贡献，合理计算充电汽车的电费。本发明一种基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，用于起到负荷备用作用，配合电网实现削峰填谷效应，使服务提供者及使用者同时获得较大经济效益。

Description

基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车柔性充电领域，具体是一种基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法。

背景技术

随着新能源技术的快速发展，国家和社会正逐步加大对于电动汽车的推广力度，电动汽车的普及率越来越高，随之产生了许多电动汽车充电停车场。然而，电动汽车的集中充电也带来了众多亟待解决的问题。如：对电网的冲击、新能源的有效利用、电动汽车的优化充电调度等。因此，利用电动汽车的柔性充电技术在对用户进行电费补偿的同时还能提高电力系统的稳定性意义重大。

当前，针对电动汽车充电技术的研究，主要集中在提高电池充电速度及充电寿命上，对于充电的整体性规划研究不多。针对电动汽车充电设施的运营模式和用户多样化需求，基于物联网的充电设施能够构建面向不同用户的充电服务网络管理平台架构，实现了对城市散布式充电桩、独立充电站等其他相关设施的全面智能监控运营管理(朱意霞.电动汽车充电服务柔性管理系统设计与实现[J].电力系统保护与控制,2016(10):91-97)，但更多的是解决充电卡消费过程中的余额不足和逃费问题,化解充电设施经营商的金融风险。由于对象是散布式充电桩、独立充电站等小容量系统，调控能力有限。为使用户优化充电行为，必须从利益链的角度协调各方利益，从而形成外界激励对用户的充电行为进行引导。基于不同的电动汽车充电模式，能够设计相应电动汽车充放电优化策略并进一步设计出有序充放电的利益链协调机制(饶娆,电动汽车充放电优化及利益链协调研究[D],2016,华北电力大学(北京).160)。但是，一个大型的柔性充电系统不正确的调控方式会对电网造成巨大的冲击，严重时甚至会带来一定的危害，因此在对柔性充电系统的设计时要全面的、综合的考虑利益链协调及电力系统的稳定性。

发明内容

针对上述问题，本发明为大型停车场提供一种基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，用于起到负荷备用作用，配合电网实现削峰填谷效应，使服务提供者及使用者同时获得较大经济效益。

本发明采取的技术方案为：

基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，包括以下步骤：

步骤一：根据各地区用电政策，获取用电高峰及低谷的时间段及价格等信息；

步骤二：根据停车场的快充负荷统计数据和需求情况，拟设定蓄电池容量及其放电功率；

步骤三：利用接入系统的信息采集装置，获取快/慢充区域所有车辆的实时状态信息，并预测快/慢充区域的充电功率；

步骤四：实时监测接入系统电网和充电区域的电气状态；

步骤五：设定不同充放电模式，基于系统运行状态变化，柔性选择不同充放电模式；

步骤六：基于充放电的贡献，合理计算充电汽车的电费。

步骤一中，获取用电低谷时段t₁，用电高峰时段t₂，用电低谷电价p₁，用电高峰电价p₂，慢充区定价系数α，快充区的定价系数β。

步骤二中，设定蓄电池最大容量W_b和放电功率P_b，要求其中为快充汽车平均充电总量，为停车场快充区域平均停放车辆。

步骤三中，通过停放车辆的实时状态统计快充区各车辆的充电需求W_{f_i}和提车时间t_{f_i}；慢充区车辆实时充电需求W_{s_i}和提车时间t_{s_i}；预测快充区实时所需充电功率预测慢充区正常情况下实时所需充电功率P_s＝MP_{s_c}；其中M，N分为慢充区和快充区停放辆车数，P_{s_c}为慢充固有充电功率，k_r为可靠系数；

计算慢充区域最大可放电功率其中当W_{f_i}<P_{f_c}(t_{f_i}-t)，w_{f_i}＝1，否则w_{f_i}＝0；P_{f_rc}为慢充区汽车固有放电功率，t为当前时刻。任意车辆的状态变化和数目变化均需更新该部分数据。

步骤四中，通过接入系统实时监视电网实时供给功率P_G，蓄电池当前容量W_b′的状态；设置接入网络可承受功率P_Gmax。

步骤五中，运行模式包括：

a)、当P_f+P_s<P_Gmax或工作在用电低谷时段t₂时，所有区域汽车进入充电控制，蓄电池进入充电补充控制；

b)、当P_f+P_s>P_Gmax或工作在用电高峰时段t₂时，启动蓄电池放电P_b控制(W_b′>0.1W_b)，进入放电控制，使系统满足P_Gmax>P_G＝P_f-P′_fmax-P_b；

c)、当P_f>P_Gmax+P′_fmax+P_b，降低快充区充电功率至P′_f，达到P′_f＝P_Gmax/k_r+P′_fmax+P_b。步骤六中，建立充电价格补偿机制，针对快充电费计算模型为其中t_{f_cd}、t_{f_c1}、t_{f_c2}分别为降功率充电时间阶段、低谷充电时间阶段、高峰非降功率充电时间阶段；针对慢充电费计算模型为其中t_{s_c}、t_{s_rc}分别为充电时间阶段、放电时间阶段，M′为慢充区域统计放电车辆总数。

本发明一种基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，会对电网安全稳定运行对社会生产的积极作用，电网的安全可靠性对国民经济发展有着直接的关系，有效提升电网的安全可靠性，减小电动汽车充电对电网带来的巨大冲击，为经济的发展做出了巨大贡献。其次，提高了电动汽车的充电效率，通过储存用电低谷时期的电能在用电高峰时期使用的方法，有效的提高了电动汽车的充电效率，使快充区的车能更快速的充满电。另外，通过给慢充区电动汽车补偿利用费的方式，鼓励对充电时间要求不高的用户进行慢充，分担高峰负荷，从而有效分担充电高峰时期的用电负荷。最后，实现了经济效应，储存用电低谷时期的电能再以三倍的价格供于用电高峰时期的方式，创造了很好的经济效益，能加快该系统的推广，进一步让更多的电动汽车享受到本产品多元有效的充电方式，实现了供电方和用电方的双赢。

附图说明

图1为发明系统的系统结构图。

图2为发明系统的结构示意图。

其中：1为一体式变电箱；2为充放电控制单元(根据集成式充放电单元发来的指令，控制充放电状态)；3和5为慢充停车区；4为快充停车区；6为不充电停车区。

图3为集成变电箱内部结构图。

其中7为变压器；8为集成式充电单元(每个单元相当于一个停车位的充电桩，由总控制器控制，可根据实时状态进行功率规划调度，并传输指令至充放电控制单元)；9为AC/DC整流器，10为蓄电池。、

图4为发明系统快充及慢充负荷统计数据和需求情况。

其中，横坐标表示时刻，纵坐标表示对应区域停车位编号，虚线及实线对应编号表示进入系统的车辆编号。1-48对应虚线始端对应时刻表示快充区车辆进入时刻，末端箭头对应时刻表示快充区车辆驶出时刻，相应线段长度表示在快充区停车时间；49-77对应实线始端对应时刻表示快充区车辆进入时刻，末端箭头对应时刻表示快充区车辆驶出时刻，相应线段长度表示在慢充区停车时间。

具体实施方式

现有混合型停车场多源互补优化控制柔性充电系统由多种可充当电源的系统构成，包括集合箱式变电站、储能单元、停车场允许放电的电动汽车等；其中集合箱式变压站内的储能单元的作用是：在夜晚等用电低谷时以低价将电储存起来。在白天等停车场负荷急剧增加的时候，利用储能单元及允许放电区的电动汽车共同给快充区的电动汽车充电，待快充区负荷减轻时，通过电网、储能单元共同给慢充区的电动汽车充电。

一种基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，包括以下步骤：

步骤一：依据当地用电政策，获取用电低谷结束时间t₁，用电高峰结束时间t₂，用电低谷电价p₁，用电高峰电价p₂等信息，依据这些信息及盈利目标选定慢充区定价系数α，快充区的定价系数β。

步骤二：根据停车场的快充负荷统计数据和需求情况，拟定蓄电池最大容量W_b和放电功率P_b。对于蓄电池最大容量W_b，设定不等式约束条件，如式(1)所示：

对于放电功率P_b，设定不等式约束条件，如式(2)所示：

P_b≥W_b/t₂ (2)

式(1)、(2)中，下标中的f代表fast，表示快充区的。为快充汽车平均充电总量。为停车场快充区域平均停放车辆。对于系统设计而言，须满足以上不等式约束条件，以保证蓄电池对于快充汽车有较大的负荷承担能力

步骤三：利用接入系统的信息采集装置，获取快/慢充区域所有车辆的实时状态信息，即快充区第i辆车的充电需求W_{f_i}和提车时间t_{f_i}；慢充区第i辆车实时充电需求W_{s_i}和提车时间t_{s_i}。快充区每辆汽车充电功率不同，因此，对于快充区实时所需充电功率的预测如式(3)所示：

慢充区每辆车则均以恒定功率进行充电，因此，对慢充区正常情况下实时所需充电功率进行预测如公式(4)所示：

P_s＝MP_{s_c} (4)

式(3)及式(4)中M为慢充区停放辆车数，P_{s_c}下标中的s表示slow，表示慢充区的；c表示constant，表示固有的。P_{s_c}为慢充固有充电功率，k_r为可靠系数。

然后，对慢充区域最大可放电功率进行计算，计算公式如式(5)所示：

其中w_{s_i}的值代表慢充区第i辆车的充放电状态，对于慢充区第i辆车，

式(6)中，下标中的i表示第i辆车的；s表示slow，表示慢充区的；r表示release；表示放电的；c表示constant，表示固有的；当W_{s_i}<P_{s_c}(t_{s_i}-t)，即小于约定时间内即可充满时，w_{s_i}＝1，设置其为可放电状态，否则w_{s_i}＝0，设置其为不可放电车辆；P_{s_rc}为慢充区汽车固有放电功率，t为当前时刻。

步骤四：实时监测系统的运行状态，通过接入系统实时监视电网实时供给功率P_G，蓄电池容量W′_b的状态；设置接入网络可承受功率P_Gmax。

步骤五：设定不同充放电模式，

a)当P_f+P_s<P_Gmax或工作在用电低谷时段t₂时，所有区域汽车进入充电控制，蓄电池进入充电补充控制。

b)当P_f+P_s>P_Gmax或工作在用电高峰时段t₂时，启动蓄电池放电P_b控制(此时间段需保证W′_b>0.1W_b)，进入放电控制，使系统满足P_Gmax>P_G＝P_f-P′_fmax-P_b，即通过慢充区补充放电，保证快充区从电网获取功率不超过电网最大可承受功率。

c)当P_f>P_Gmax+P′_fmax+P_b，电网提供最大可容忍功率，蓄电池及慢充区以最大功率补充充电，仍不足以满足快冲区充电需求时，降低快充区充电功率至P′_f，达到P′_f＝P_Gmax/k_r+P′_fmax+P_b。

基于系统当前的运行状态，选择适合当前状态的充放电模式。

步骤六：基于充放电的贡献，进行充电价格补偿，快充区包括三种充电状态：(1)降功率充电，(2)低谷时间段全电网供电，(3)高峰时间电网、蓄电池、慢充区混合供电非降功率充电。因此，针对快充电费计算方法如式(7)所示：

式(7)中，下标中的f表示fast，表示快充区的；s表示slow，表示慢充区的；c表示charge，表示充电的；d表示decrease，表示降低的。t_{f_cd}、t_{f_c1}、t_{f_c2}为分别为降功率充电阶段时间、低谷充电时间、高峰非降功率充电累计时间。

慢充区充电功率固定，放电量可依据预约提车时间计算得到，因此，针对慢充电费计算方法如式(8)所示：

式(8)中，下标中的s表示slow，表示慢充区的；r表示release；表示放电的；c表示charge，表示充电的。t_{s_c}、t_{s_rc}为分别为充电阶段时间、放电阶段时间，M′为慢充区域放电车辆总数。

实施例：

根据国家政策，各地区区段电价和时间并不相同，本算例定义：峰电时间段t₁为9:00-14:00和17:00-21:00，谷电时间段t₂为0:00-9:00，14:00-17:00和21:00-24:00。低谷电价p₁及高峰电价p₂分别为0.576元及1.136元。慢充区定价系数α，快充区的定价系数β分别为1.2、1.5。本系统停车场的快充及慢充负荷统计数据和需求情况如图所示，据此拟定蓄电池最大容量W_b＝600kWh和放电功率P_b＝50kw。快充区车辆额定充电功率P_f＝30kW，慢充区车辆额定充电功率P_s＝10kW。此系统中，电网最大可承受功率P_Gmax＝200kW。

如图4所示，对于本系统，0:00-8:30，所有区域汽车进入充电控制，蓄电池进入充电补充控制；8:30-9:40，启动蓄电池放电控制，再通过慢充区补充放电，保证快充区从电网获取功率不超过电网最大可承受功率；9:40-11:10，电网提供最大可容忍功率，蓄电池及慢充区以最大功率补充充电，降低快充区充电功率；11:10-14:50，启动蓄电池放电控制，再通过慢充区补充放电，保证快充区从电网获取功率不超过电网最大可承受功率；14:50-16:00，所有区域汽车进入充电控制，蓄电池进入充电补充控制；16:00-17:50，启动蓄电池放电控制，再通过慢充区补充放电，保证快充区从电网获取功率不超过电网最大可承受功率；17:50-18:30，电网提供最大可容忍功率，蓄电池及慢充区以最大功率补充充电，降低快充区充电功率；18:30-21:00，启动蓄电池放电控制，再通过慢充区补充放电，保证快充区从电网获取功率不超过电网最大可承受功率；21:00-24：00，所有区域汽车进入充电控制，蓄电池进入充电补充控制。

采用本系统相较于传统系统，除快充区车辆纯峰电情况非降功率充电无补贴外，其余情况均有补贴；慢充区只要存在放电补充快充区供电就存在补贴。采用常规系统及本系统的充电费用部分对比情况如表1、表2所示。其中表1仅列出了仅存在降功率充电、既存在降功率充电又存在非降功率充电、既存在低谷充电又存在非降功率充电等三种场景；表2仅列出了慢充区放电补充快充区充电情形对应的费用和补贴。

表1快充区部分车辆充电信息

表2慢充区部分车辆充电信息

因本发明的系统采用全新的多源互补优化充电系统及充电价格补偿机制，因此慢充车辆还能在此过程中获得一定的收益，能够进一步推进新能源汽车的推广。

Claims (9)

1.基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：根据各地区用电政策，获取用电高峰及低谷的时间段及价格等信息；

步骤二：根据停车场的快充负荷统计数据和需求情况，拟设定蓄电池容量及其放电功率；

步骤三：利用接入系统的信息采集装置，获取快/慢充区域所有车辆的实时状态信息，并预测快/慢充区域的充电功率；

步骤四：实时监测接入系统电网和充电区域的电气状态；

步骤五：设定不同充放电模式，基于系统运行状态变化，柔性选择不同充放电模式；

步骤六：基于充放电的贡献，合理计算充电汽车的电费。

2.根据权利要求1所述基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于：步骤一中，获取用电低谷时段t₁，用电高峰时段t₂，用电低谷电价p₁，用电高峰电价p₂，慢充区定价系数α，快充区的定价系数β。

3.根据权利要求1所述基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于：步骤二中，设定蓄电池最大容量W_b和放电功率P_b，要求P_b≥W_b/t₂,其中为快充汽车平均充电总量，为停车场快充区域平均停放车辆。

4.根据权利要求1所述基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于：步骤三中，通过停放车辆的实时状态统计快充区各车辆的充电需求W_{f_i}和提车时间t_{f_i}；慢充区车辆实时充电需求W_{s_i}和提车时间t_{s_i}；预测快充区实时所需充电功率预测慢充区正常情况下实时所需充电功率P_s＝MP_{s_c}；其中M，N分为慢充区和快充区停放辆车数，P_{s_c}为慢充固有充电功率，k_r为可靠系数；

计算慢充区域最大可放电功率其中当W_{f_i}<P_{f_c}(t_{f_i}-t)，w_{f_i}＝1，否则w_{f_i}＝0；P_{f_rc}为慢充区汽车固有放电功率，t为当前时刻。任意车辆的状态变化和数目变化均需更新该部分数据。

5.根据权利要求1所述基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于：步骤四中，通过接入系统实时监视电网实时供给功率P_G，蓄电池当前容量W_b′的状态；设置接入网络可承受功率P_Gmax。

6.根据权利要求1所述基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于：步骤五中，运行模式包括：

a)、当P_f+P_s<P_Gmax或工作在用电低谷时段t₂时，所有区域汽车进入充电控制，蓄电池进入充电补充控制；

b)、当P_f+P_s>P_Gmax或工作在用电高峰时段t₂时，启动蓄电池放电P_b控制(W′_b>0.1W_b)，进入放电控制，使系统满足P_Gmax>P_G＝P_f-P′_fmax-P_b；

c)、当P_f>P_Gmax+P′_fmax+P_b，降低快充区充电功率至P′_f，达到P′_f＝P_Gmax/k_r+P′_fmax+P_b。

7.根据权利要求1所述基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于：步骤六中，建立充电价格补偿机制，针对快充电费计算模型为其中t_{f_cd}、t_{f_c1}、t_{f_c2}分别为降功率充电时间阶段、低谷充电时间阶段、高峰非降功率充电时间阶段；针对慢充电费计算模型为其中t_{s_c}、t_{s_rc}分别为充电时间阶段、放电时间阶段，M′为慢充区域统计放电车辆总数。

8.基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：依据当地用电政策，获取用电低谷结束时间t₁，用电高峰结束时间t₂，用电低谷电价p₁，用电高峰电价p₂等信息，依据这些信息及盈利目标选定慢充区定价系数α，快充区的定价系数β；

步骤2：根据停车场的快充负荷统计数据和需求情况，确定快充汽车平均充电总量和快充区域平均停放车辆依据确定蓄电池最大容量W_b，依据P_b≥W_b/t₂确定蓄电池放电功率P_b；

步骤3：利用接入系统的信息采集装置，获取快/慢充区域所有车辆的实时状态信息，包括快充区各车辆的充电需求W_{f_i}和提车时间t_{f_i}；慢充区车辆实时充电需求W_{s_i}和提车时间t_{s_i}，依据计算快充区实时所需充电功率，依据P_s＝MP_{s_c}计算慢充区正常情况下实时所需充电功率，其中M，N分为慢充区和快充区停放辆车数，P_{s_c}为慢充固有充电功率，k_r为可靠系数。计算慢充区域最大可放电功率其中当W_{f_i}<P_{f_c}(t_{f_i}-t)，w_{f_i}＝1，否则w_{f_i}＝0；P_{f_rc}为慢充区汽车固有放电功率，t为当前时刻。若停车场内车辆数量或状态发生变化，更新相应数据后重新计算快/慢充区实时所需充电功率；

步骤4：通过接入系统实时监视电网实时供给功率P_G，蓄电池容量W′_b的状态；设置接入网络可承受功率P_Gmax；

步骤5：依据步骤1-4，直接获取或计算得到快充区充电功率P_f、快充区充电功率P_s、接入网络可承受功率P_Gmax、慢充区域最大可放电功率P′_fmax、蓄电池放电功率P_b，为系统实时状态选择对应的运行模式：

a)、当P_f+P_s<P_Gmax或工作在用电低谷时段t₂时，所有区域汽车进入充电控制，蓄电池进入充电补充控制；

b)、当P_f+P_s>P_Gmax或工作在用电高峰时段t₂时，启动蓄电池放电P_b控制(W′_b>0.1W_b)，并进入放电控制，使系统满足P_Gmax>P_G＝P_f-P′_fmax-P_b；

c)、当P_f>P_Gmax+P′_fmax+P_b，降低快充区充电功率至P′_f，达到P′_f＝P_Gmax/k_r+P′_fmax+P_b；

步骤6：实行充电价格补偿机制，通过计算快充区第i台快充车辆需缴电费，其中t_{f_cd}、t_{f_c1}、t_{f_c2}为分别为降功率充电时间阶段、低谷充电时间、高峰非将功率充电时间。通过计算慢充区第i台慢充车辆需缴电费，其中t_{s_c}、t_{s_rc}为分别为充电时间阶段、放电时间阶段，M′为慢充区域放电车辆总数。

9.如上述1-8任意一项的基于电动汽车柔性充电的混合型停车场多源互补充电方法，其特征在于：用于大型停车场。