CN109886578A - 一种停车场内电动汽车充电调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种停车场内电动汽车充电调度方法，该方法包括获取当前接入停车场电网的所有车辆的电力和用户需求信息，计算当前调度时刻的滑动窗口长度，以最小化滑动窗口内实际用电功率与配额的差值为目标函数，对用户实际用电功率进行分配。本发明通过动态分级调节充电功率可以灵活地对用户充电功率进行调控，通过可变滑动窗口模型，在考虑多时隙调度的同时能够针对实时变化的系统及时做出调整，并以最小化滑动窗口内实际用电功率与配额的差值为目标函数，在用户需求约束和电池容量约束下，服务于用户的同时，使得停车场实际用电功率符合配额要求，避免突发用电高峰，对电网运营有积极作用。

Description

一种停车场内电动汽车充电调度方法

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，特别涉及一种停车场内电动汽车充电调度方法。

背景技术

随着当前时代的飞速发展，人们的日常生活水平日益提升与可利用可再生环境资源稀缺的矛盾日益突出，温室气体大量排放，造成的环境污染日趋严重。与此同时，电动汽车(EV)成为了目前市场上燃油汽车的代替品逐渐受到人们的关注。电动汽车以电力为资源，能有效减少当前环境下汽车对于燃油的依赖性和二氧化碳(CO₂)的排放。然而随着大量电动汽车入电网，电力系统的整体负荷曲线将会有非常大的改变。若不对电动汽车的接入和能源的使用进行合理的调度，将会造成电网运行不稳定，整个电力系统发生崩溃的状况。面对大规模电动汽车接入电网的严峻挑战，注重资源使用效率，降低电网运营成本已成为运营商发展焦点，围绕资源调度学术研究也越来越广泛。

在现有的针对电动汽车充馈电调度的研究中，常常存在两个问题。一方面针对电动汽车充馈电功率为线性约束，不具有实际意义。另一方面，现有研究的调度模型往往分为基于用户服务的模型和基于时隙分配的模型两种。基于用户服务的模型是指在EV接入时就计算并决定该EV在停驶模式时期所有时隙的充馈电功率分配。然而用户停驶时间往往很长，若一开始就决定停驶时期的充馈电情况，针对接下来不断变化的电能需求不具有可调控性。基于时隙分配的模型是指在每个时隙开始时，计算并决定当前时隙接入的所有EV在当前时隙的充馈电情况。但它仅着眼于当前时隙，不考虑接下来时隙的情况，可能会出现突发的功率曲线波峰或者波谷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种停车场内电动汽车充电调度方法，主要是基于动态分级调节充电功率和可变滑动窗口模型来实现，以减小实际用电功率与配额的差值。本发明的创新点有二。其一，通过动态分级调节充电功率，可以灵活地对用户充电功率进行调控，使得在有限的配额资源内合理地对资源进行分配，避免出现用户需求的服务得不到满足的情况。其二，通过可变滑动窗口模型，在考虑多时隙调度满足用户用电需求的同时，能够针对实时变化的系统及时做出调整，避免出现突发用电高峰。

本发明采用的技术方案为：一种停车场内电动汽车充电调度方法，包括以下步骤：

S1、与上一次调度结果进行对比，判断是否需要进行调度，若是则执行步骤S2；否则不重新进行调度，直接根据上一次调度结果，获取当前时隙所有电动汽车的最优充馈电功率，执行充馈电操作；

S2、采集当前接入停车场电网的所有车辆的电力和用户需求信息；

S3、确定当前调度时刻的滑动窗口长度；

S4、根据优化目标和约束模型，求解滑动窗口内所有车辆在窗口时隙的充馈电功率方案。

进一步地，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、判断当前时隙是否为初始时隙，若是则进入步骤S2；否则继续判断相比上一时隙是否有新的车辆接入或者有车辆离开，若是则进入步骤S2，否则进入步骤S12；

S12、判断上一次调度结果中是否计算了当前时隙，若是则进入步骤S13，否则进入步骤S2；

S13、根据上一次调度结果，获取当前时隙所有电动汽车的最优充馈电功率，执行充馈电操作。

进一步地，所述步骤S2具体包括如下分步骤：

S21、初始化当前接入停车场电网的所有电动汽车的基础信息，包括电动汽车的剩余停驶时隙、当前电量和电动汽车离开时需要达到的电量；

S22、根据用户选择的充电模式，将用户分类到集合X和Y中，集合X代表用户选择停驶模式下参与V2G的充电模式，集合Y代表用户选择停驶模式下仅充电模式。

进一步地，所述步骤S3具体包括如下分步骤：

S31、将滑动窗口的起始时隙W_b设置为当前时隙，结束时隙设置为当前停车场内所有电动汽车用户的离开时隙的最大值；

S32、计算当前窗口下的可调度比例rw，取经验值R＝0.8，若rw≥R则进入步骤S34；否则进入步骤S33；

S33、将窗口的结束时隙W_e向前移动一个时隙单位，进入步骤S32；

S34、取当前的W_b，W_e为接下来优化模型的滑动窗口取值。

进一步地，所述步骤S4具体包括如下分步骤：

S41、根据优化目标，在滑动窗口内进行调度分配，使得在满足用户充电需求的情况下，滑动窗口内时隙的车辆的需求功率与停车场配额功率的差值最小；建立优化模型其中Q_t，quota表示时隙t时停车场的配额功率，Q_t，demand表示时隙t时，停车场所有车辆的需求功率之和；

S42、根据步骤S41所述模型，并结合功率约束、电池容量约束、用户用电需求约束求解得到每辆车在滑动窗口的每个时隙的最优充馈电功率；所述功率约束由可调整分级功率决定，通过可调整分级功率决定功率的可取数值；

S43、根据求解的每辆车在滑动窗口的每个时隙的最优充馈电功率，执行当前时隙所有电动汽车的充馈电行为；然后进入下一时隙，返回步骤S1。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种停车场内电动汽车充电调度方法，该方法通过可调整分级功率可以灵活地对用户充电功率进行调控，并通过优化目标和约束模型实现滑动窗口内在满足用户充电需求的情况下，配额和实际用电功率的拟合；通过可变滑动窗口模型，在考虑多时隙调度的同时能够针对实时变化的系统及时做出调整；在保障各个EV用户充电需求的前提下，将电力资源合理地分配给停车场车辆用户，使得停车场用电能效最大化，避免突发的用电高峰，从而提高能量效率。

附图说明

图1为本施例中可调度比例示意图；

图2为本发明调度流程图；

图3为本发明判断是否重新调度的流程图；

图4为本发明滑动窗口大小计算流程图；

具体实施方式

本发明的一种停车场内电动汽车充电调度方法，主要是基于动态分级调节充电功率和可变滑动窗口模型来实现。具体分配策略的基本目标是：在满足停车场用户的用电需求的情况下，通过动态分级调节充电功率的可变性，在每个时隙为用户合理地分配充电功率，使得一整天所有时隙的实际用电功率与停车场配额功率的差值最小。然而，由于V2G系统的动态性，在每一个时隙均可能有车辆加入系统。在某一个时隙时对未来一整天进行分配调度是不可行的；相反，在某个时隙时对本时隙及后续若干时隙进行分配调度是有具体实施意义的。因此，本发明拟提出一种基于动态分级调节充电功率和可变滑动窗口模型的停车场内电动汽车充电调度方法。目标是在滑动窗口内进行调度分配，使得在满足用户充电需求的情况下，滑动窗口内时隙的实际用电功率与停车场配额功率的差值最小。

为了便于本领域的普通技术人员理解本发明，首先对技术术语做出如下定义：

时隙：将一天24小时分为以时间σ的间隙，例如σ＝15分钟。

配额：在每个时隙，电网会为停车场分配一定的额定用电功率。

V2G：vehicle-to-grid。车联网，在车联网的场景下，车辆和电网可以完成信息和能量的双向流动。

参与V2G：指用户车辆在停驶过程中参与将车辆剩余电量向电网馈电的模式。

动态分级调节充电功率：不妨假设一个充电桩设有若干的功率模块，记为集合P＝{P1,P2,…,Pn},那么实际充电功率可通过这些模型进行组合成为动态分级调节充电功率。为了研究方便，不妨假设在一个时隙内功率是恒定的，而不同时隙时功率可以进行调整。

滑动窗口：指基于时间维度的窗口。从当前时隙开始，到后续一个时隙结束，为一个窗口。窗口随着时间的推移进行滑动，保证开始的时隙为当前时隙。同时窗口的长度可变。本发明的目标是在窗口内的若干时隙作具体的资源分配。因此窗口的结束时隙不能任意取值。以充电为例，在停驶模式下，不同电动汽车用户的到达和离开时间均不同。若窗口过长，对于部分停驶时间长的电动汽车用户会被安排到后期的时隙再进行充电，但由于V2G系统的动态性，会有新的车辆陆续到达，如果出现突然的用电高峰，则会出现可分配资源不足的情况。若窗口过小，则缺乏时间维度上的考虑，不能充分利用停驶模式下的优点(停驶时间长可持续以低功率充电或者选择资源充足的时隙充电甚至可以通过高峰期馈电低谷期充电实现削峰填谷)。因此，要在两个方面进行折中的选择，需要合理地在每一次调度时选择窗口长度，本发明拟提出可调度比例模型来解决窗口长度的选择。

资源块：将某一个充电桩在某一个时隙的使用情况抽象为一个资源块，0表示空闲，1表示占用状态。

可调度比例：该模型用来描述在当前滑动窗口的若干时隙内，停车场进行电力资源分配时可进行调度的资源块占比。定义为在当前滑动窗口的若干时隙内，有EV使用的充电桩处于占用状态的资源块数量/这些被EV使用的充电桩在滑动窗口时隙内总资源块数，记为rw。当rw≥R时，为一个可使用的滑动窗口；R为取值[0，1]的阈值。为了避免极端情况，一般取经验值R＝0.8。如图1可调度比例示意图，显示了3个不同的可调度比例数值的滑动窗口。

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

本实施例中，记当前时隙所有接入停车场参与停驶模式调度的EV集合Z＝{EV₁，EV₂，...，EV_z}，其中参与V2G的EV集合为X，元素个数为x；不参与V2G仅充电的EV集合为Y，元素个数为y；有Z＝X∪Y。EV_i在时隙t被分配的功率为P_i，t。

基于上述描述，本实施例提供一种停车场内电动汽车充电调度方法，具体流程如图2所示，包括以下步骤：

S1、与上一次调度结果进行对比，判断是否需要进行调度，若是则执行步骤S2；否则不重新进行调度，直接根据上一次调度结果，获取当前时隙所有电动汽车的最优充馈电功率，执行充馈电操作；如图3所示，具体包括以下子步骤：

S11、判断当前时隙是否为初始时隙，若是则进入步骤S2；否则继续判断相比上一时隙是否有新的车辆接入或者有车辆离开，若是则进入步骤S2，否则进入步骤S12；

S12、判断上一次调度结果中是否计算了当前时隙，若是则进入步骤S13，否则进入步骤S2；

S13、根据上一次调度结果，获取当前时隙所有电动汽车的最优充馈电功率，执行充馈电操作。

S2、采集当前接入停车场电网的所有车辆的电力和用户需求信息；具体包括如下分步骤：

S21、初始化当前接入停车场电网的所有电动汽车的基础信息，包括电动汽车的剩余停驶时隙、当前电量和电动汽车离开时需要达到的电量；

S22、根据用户选择的充电模式，将用户分类到集合X和Y中，集合X代表用户选择停驶模式下参与V2G的充电模式，集合Y代表用户选择停驶模式下仅充电模式。集合X的用户数量为x，充电功率建模为集合Y的用户数量为y，充电功率建模为

S3、确定当前调度时刻的滑动窗口长度；如图4所示，具体包括如下分步骤：

S31、将滑动窗口的起始时隙W_b设置为当前时隙；结束时隙设置为当前停车场内所有电动汽车用户的离开时隙的最大值，即W_e＝max{T_i，dep|i∈X∪Y}，其中T_i，dep表示第i辆EV的离开时隙；

S32、计算当前窗口下的可调度比例rw，取经验值R＝0.8，若rw≥R则进入步骤S34；否则进入步骤S33；

S33、将窗口的结束时隙W_e向前移动一个时隙单位，进入步骤S32；

S34、取当前的W_b，W_e为接下来优化模型的滑动窗口取值。

本实施例中，若初始的结束时隙不满足rw≥R，则需要将结束时隙向前移动一个时隙单位，再次计算可调度比例，循环直到找到一个满足rw≥R的结束时隙并作为这次调度的滑动窗口的结束时隙取值。

S4、根据优化目标和约束模型，求解滑动窗口内所有车辆在窗口时隙的充馈电功率方案；具体包括如下分步骤：

S41、根据优化目标，在滑动窗口内进行调度分配，使得在满足用户充电需求的情况下，滑动窗口内时隙的车辆的需求功率与停车场配额功率的差值最小；建立优化模型其中Q_t，quota表示时隙t时停车场的配额功率，Q_t，demand表示时隙t时，停车场所有车辆的需求功率之和；

S42、根据步骤S41所述模型，并结合功率约束、电池容量约束、用户用电需求约束求解得到每辆车在滑动窗口的每个时隙的最优充馈电功率，具体求解过程可采用遗传算法求解；所述功率约束由可调整分级功率决定，通过可调整分级功率决定功率的可取数值；所述的优化模型是整数规划，其中功率可取值是由可调整分级功率决定的。例如，可调整分级功率决定了可以采用10、20、30、40几个功率充电，但是具体哪个充电功率最优需要通过步骤S41的模型来进行求解，将这几个充电功率分别带入优化模型中，得到结果最小的一组数据即为最优数据，作为最终的充电功率。

S43、根据求解的每辆车在滑动窗口的每个时隙的最优充馈电功率，执行当前时隙所有电动汽车的充馈电行为；然后进入下一时隙，返回步骤S1。

综上所述，本发明提出了一种基于动态分级调节充电功率和可变滑动窗口模型的停车场内电动汽车充电调度方法。通过可调整分级功率可以灵活地对用户充电功率进行调控；通过可变滑动窗口模型，在考虑多时隙调度的同时能够针对实时变化的系统及时做出调整；在满足用户充电需求下，合理分配电力资源，提高资源利用率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种停车场内电动汽车充电调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、与上一次调度结果进行对比，判断是否需要进行调度，若是则执行步骤S2；否则不重新进行调度，直接根据上一次调度结果，获取当前时隙所有电动汽车的最优充馈电功率，执行充馈电操作；

S2、采集当前接入停车场电网的所有车辆的电力和用户需求信息；

S3、确定当前调度时刻的滑动窗口长度；

S4、根据优化目标和约束模型，求解滑动窗口内所有车辆在窗口时隙的充馈电功率方案。

2.根据权利要求1所述的一种停车场内电动汽车充电调度方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、判断当前时隙是否为初始时隙，若是则进入步骤S2；否则继续判断相比上一时隙是否有新的车辆接入或者有车辆离开，若是则进入步骤S2，否则进入步骤S12；

S12、判断上一次调度结果中是否计算了当前时隙，若是则进入步骤S13，否则进入步骤S2；

S13、根据上一次调度结果，获取当前时隙所有电动汽车的最优充馈电功率，执行充馈电操作。

3.根据权利要求1所述的一种停车场内电动汽车充电调度方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下分步骤：

S21、初始化当前接入停车场电网的所有电动汽车的基础信息，包括电动汽车的剩余停驶时隙、当前电量和电动汽车离开时需要达到的电量；

S22、根据用户选择的充电模式，将用户分类到集合X和Y中，集合X代表用户选择停驶模式下参与V2G的充电模式，集合Y代表用户选择停驶模式下仅充电模式。

4.根据权利要求1所述的一种停车场内电动汽车充电调度方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下分步骤：

S31、将滑动窗口的起始时隙W_b设置为当前时隙，结束时隙设置为当前停车场内所有电动汽车用户的离开时隙的最大值；

S32、计算当前窗口下的可调度比例rw，取经验值R＝0.8，若rw≥R则进入步骤S34；否则进入步骤S33；

S33、将窗口的结束时隙W_e向前移动一个时隙单位，进入步骤S32；

S34、取当前的W_b，W_e为接下来优化模型的滑动窗口取值。

5.根据权利要求1所述的一种停车场内电动汽车充电调度方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下分步骤：

S41、根据优化目标，在滑动窗口内进行调度分配，使得在满足用户充电需求的情况下，滑动窗口内时隙的车辆的需求功率与停车场配额功率的差值最小；建立优化模型其中Q_t，quota表示时隙t时停车场的配额功率，Q_t，demand表示时隙t时，停车场所有车辆的需求功率之和；

S42、根据步骤S41所述模型，并结合功率约束、电池容量约束、用户用电需求约束求解得到每辆车在滑动窗口的每个时隙的最优充馈电功率；所述功率约束由可调整分级功率决定，通过可调整分级功率决定功率的可取数值；

S43、根据求解的每辆车在滑动窗口的每个时隙的最优充馈电功率，执行当前时隙所有电动汽车的充馈电行为；然后进入下一时隙，返回步骤S1。