CN110048475A - 电动汽车光伏充电站充电优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车光伏充电站充电优化方法，包括以下步骤：(10)时段划分：根据光伏条件和负荷分布特性，对一日进行时段划分；(20)车辆进行分类：根据新到站车辆充电需求信息，对车辆进行分类；(30)车辆充电需求信息整合：整合站内所有车辆充电需求信息，更新所有柔性负荷汽车的最晚充电时刻；(40)充电功率约束更新：获取光伏出力、储能系统、电价和负荷实时信息，更新充电功率约束；(50)充电优化：按照分时段充电策略进行有序充电优化，输出每辆车在该时段的充电功率、储能系统充放电功率和充电站购电功率。本发明的充电优化方法，能够动态地对充电站进行功率优化分配，不依赖预测数据，算法简单，计算时间短。

Description

电动汽车光伏充电站充电优化方法

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，特别涉及一种不依赖预测数据、算法简单、计算时间短的电动汽车光伏充电站充电优化方法。

背景技术

在全球能源危机的大背景下，可再生能源与电动汽车的有力结合是大势所趋。光伏充电站将可再生能源与电动汽车就地集成，一方面可以实现可再生能源的就地消纳利用，有效提高可再生能源利用率，降低碳排放量，另一方面可以减少电动汽车发展对电网建设和能源结构调整带来的负担。

当前电动汽车充电站充电管理的相关研究较少考虑光伏等新能源的接入，通常采用优化算法进行日前调度，安排次日充电计划，较为依赖负荷预测数据。当所需优化车辆规模较大时，计算量将迅速增大，优化求解时间增加且计算效率降低。同时由于电动汽车停放行为和充电行为均具有很强的随机性，优化得到的次日充电计划不一定适用于充电站的实时情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动汽车光伏充电站充电优化方法，能够动态地对充电站进行功率优化分配，不依赖预测数据，算法简单，计算时间短。

实现本发明目的的技术方案为：

一种电动汽车光伏充电站充电优化方法，包括以下步骤：

(10)时段划分：根据光伏条件和负荷分布特性，对一日进行时段划分；

(20)车辆进行分类：根据新到站车辆充电需求信息，对车辆进行分类；

(30)车辆充电需求信息整合：整合站内所有车辆充电需求信息，更新所有柔性负荷汽车的最晚充电时刻；

(40)充电功率约束更新：获取光伏出力、储能系统、电价和负荷实时信息，更新充电功率约束；

(50)充电优化：根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化，输出每辆车在该时段的充电功率、储能系统充放电功率和充电站购电功率。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明以充电站当前的光伏发电和电动汽车充电情况为依据，不依赖预测数据；

(2)本发明提出的分时段充电策略算法简单，计算时间短，具有实时性和可操作性。

附图说明

图1是本发明电动汽车光伏充电站充电优化方法的主流程图。

图2是电动汽车光伏充电站结构体系。

图3是电动汽车的分类。

图4是分时段充电策略优化流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明电动汽车光伏充电站充电优化方法，包括以下步骤：

(10)时段划分：根据光伏条件和负荷分布特性，对一日进行时段划分；

所述(10)时段划分步骤具体为：

根据光伏条件和负荷分布特性，将一日划分为3个时段，包括t₁-t₂为光伏有出力时段，t₂-t₃为光伏无出力且负荷晚高峰时段，t₃-t₄为光伏无出力且负荷低谷时段。其中，t₁、t₂、t₃、t₄分别对应06:00、18:00、24:00、06:00(次日)。鉴于充电站充电优化对实时性的要求，将一天的管理周期设定为1440个，每个周期的持续时间为1min。

(20)车辆进行分类：根据新到站车辆充电需求信息，对车辆进行分类；

如图2所示，光伏发电站主体部分由光伏发电系统、储能系统、DC-DC变换器、AC-DC变换器、直流母线、充电机和能量管理控制单元组成。通常情况下，电动汽车用户到站后，充电站的能量管理控制单元可以接受到车辆充电需求信息，包括到站时间、离站时间、充电电量需求和接受统一调度的意愿。根据以上三方面信息的差异，可将充电站中电动汽车分为刚性充电负荷和柔性充电负荷，如图3所示。刚性充电负荷指的是充电功率不接受充电站统一调节或者不具有调节范围的电动汽车；其中前者为主动刚性类，后者为被动刚性类。柔性充电负荷指的是充电功率接受充电站统一调节，并且具有一定调节范围的电动汽车。

所述(20)车辆进行分类步骤中，所述车辆充电需求信息包括到站时间、离站时间、充电电量需求和接受统一调度的意愿。

所述(20)车辆进行分类中，对车辆进行分类具体为：

根据新到站车辆充电需求信息，将车辆分为刚性充电负荷和柔性充电负荷，若车辆的充电功率不接受充电站统一调节或不具有调节范围，则归为刚性充电负荷；反之则为柔性充电负荷。

(30)车辆充电需求信息整合：整合站内所有车辆充电需求信息，更新所有柔性负荷汽车的最晚充电时刻；

所述(30)车辆充电需求信息整合步骤中，最晚充电时刻为：

τ_nw＝τ_nk-Q_n/P₀

式中：τ_nw为以额定充电功率充电情况下达到车辆充电电量要求的最晚起始充电时刻，τ_nk车辆离站时间，Q_n为车辆需求电量，P₀为充电机额定充电功率。

(40)充电功率约束更新：获取光伏出力、储能系统、电价和负荷实时信息，更新充电功率约束；

所述(40)充电功率约束更新步骤中，充电功率约束表示为：

P_min≤P≤P_max

式中：P为电动汽车充电功率，P_min为电动汽车的最小充电功率，P_max为电动汽车的最大充电功率；电动汽车的最小充电功率和最大充电功率表示为：

P_min＝(N_g+N_rw)·P

P_max＝(N_g+N_r)·P

式中：N_g为所有在站且仍有充电需求的刚性负荷车辆数，N_r为柔性负荷车辆数，N_rw为最晚充电时刻在该时段的柔性负荷车辆数。

(50)充电优化：根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化，输出每辆车在该时段的充电功率、储能系统充放电功率和充电站购电功率，如图4所示。

分时段充电策略在光伏有出力时段表示为：

(1)光伏发电功率可以满足最大充电功率，即

P_pvη_pvη_cdj≥P_max

式中：P_pv为光伏出力，η_pv为与光伏发电系统配合的DC-DC变换器的转换效率，η_cdj为与充电机配合的DC-DC变换器的转换效率；

按最大充电功率对站内相应车辆进行充电，并用剩余的光伏功率给储能电池组充电，储能电池组的充电功率为：

式中：P_bt为储能电池组充放电功率(正值代表充电，负值代表放电)，P_bmax为储能电池组充放电功率上限，η_bat为与储能电池组配合的DC-DC变换器的转换效率；若储能电池组充满，光伏出力已超出充电站的消纳能力，只能浪费一部分光伏发电功率。

(2)光伏发电功率可以满足最小充电功率但不足以满足最大充电功率，即

P_min≤P_pvη_pvη_cdj<P_max

按最小充电功率对站内相应车辆进行充电，并用剩余的光伏功率给储能电池组充电，储能电池组的充电功率为：

若储能电池组充满，则将剩余光伏发电功率按最晚充电时刻由近及远的顺序对车辆依次充电。

(3)光伏发电功率不能满足最小充电功率，即

P_pvη_pvη_cdj<P_min

考虑此时为负荷高峰时段，在满足最小充电功率的条件下，尽量少地从配电网购电。具体功率分配策略分为以下两种情况：

a)光伏发电和储能电池可以满足最小充电功率，即

P_pvη_pvη_cdj-P_btη_batη_cdj≥P_min

光伏和储能电池组共同对电动汽车以最小功率充电，储能电池组的放电功率为：

式中：P_bt为储能电池组充放电功率(正值代表充电，负值代表放电)，P_bmin为储能电池组充放电功率下限；

b)光伏发电和储能电池共同充电仍不能满足最小充电功率，即

P_pvη_pvη_cdj-P_btη_batη_cdj<P_min

除了光伏出力外，储能电池组以最大功率放电，剩余不足功率由配电网补充，储能电池组的放电功率为：

P_bt＝P_bmin

充电站的购电功率为：

式中：P_gt为充电站购电功率，P_limit为配电网供电功率上限，η_AD为AC-DC变换器的转换效率；配电网供电功率上限表示为：

P_limit＝min(P_Tη_T,P_ADη_AD)

式中：P_T和P_AD分别为配电变压器和AC-DC变换器的额定功率，η_T和η_AD分别为配电变压器和AC-DC变换器的转换效率。

若储能电池组已达到最大放电深度不再放电，则充电站应增加购电功率以满足最小充电功率需求。

分时段充电策略在光伏无出力且负荷晚高峰时段表示为：

(1)储能电池可以满足最小充电功率，即

-P_btη_batη_cdj≥P_min

储能电池组以最小充电功率对电动汽车充电，储能电池组的放电功率为：

(2)储能电池不能满足最小充电功率，即

-P_btη_batη_cdj<P_min

储能电池组以最大功率放电，剩余不足功率由配电网补充，储能电池组的放电功率为：

P_bt＝P_bmin

充电站的购电功率为：

若储能电池组已达到最大放电深度不再放电，则充电站应增加购电功率以满足最小充电功率需求。

分时段充电策略在光伏无出力且负荷低谷时段表示为：

(1)储能电池组未充满电且未放电到最大放电深度

a.预估购电功率可以满足最大充电功率，即

P_g'_tη_ADη_cdj≥P_max

式中：P_g'_t为预估购电功率，表示为：

P_g'_t＝αP_fmax-P_ft

式中：P_fmax为前一天居民小区基础负荷峰值，P_ft为该时段起始时刻小区基础负荷值，α为目标系数，介于0和1之间，表示充电站辅助作用下电网峰谷差缩小的程度。

剩余购电功率给储能电池组充电。

b.预估购电功率可以满足最小充电功率，但不足以满足最大充电功率，即

P_min≤P_g'_tη_ADη_cdj<P_max

不调整购电功率，购电功率全部给电动汽车充电。

c.预估购电功率不能满足最小充电功率，即

P_g'_tη_ADη_cdj<P_min

不足最小充电功率部分由储能电池组进行补充。

由于储能电池组充放电功率不能超过其极限值，购电功率还需要在上述3种情况的基础上做进一步调整。具体表达式如下：

(2)储能电池组充满电或放电到最大放电深度

不再进行充放电，购电功率仍然根据其与最大充电功率和最小充电功率之间的关系进行调整，具体表达式如下：

所述(50)充电优化步骤中，所述根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化中，在光伏有出力时段具体为：

当光伏发电功率满足最大充电功率，按最大充电功率对站内相应车辆进行充电，并用剩余的光伏功率给储能电池组充电；

当光伏发电功率介于最小充电功率和最大充电功率之间，按最小充电功率对站内相应车辆进行充电，并用剩余的光伏功率给储能电池组充电；

当光伏发电功率不能满足最小充电功率，在满足最小充电功率的条件下，尽量少地从配电网购电。

所述(50)充电优化步骤中，所述根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化中，在光伏无出力且负荷晚高峰时段具体为：

当储能电池满足最小充电功率，储能电池组以最小充电功率对电动汽车充电；

当储能电池不能满足最小充电功率，储能电池组以最大功率放电，剩余不足功率由配电网补充。

所述(50)充电优化步骤中，所述根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化中，在光伏无出力且负荷低谷时段具体为：

当储能电池组未充满电且未放电到最大放电深度，若预估购电功率可以满足最大充电功率，则以最大功率充电，剩余购电功率给储能电池组充电；

若预估购电功率介于最小充电功率和最大充电功率之间，则不调整购电功率，购电功率全部给电动汽车充电；

若预估购电功率不能满足最小充电功率，购电功率全部给电动汽车充电，不足最小充电功率部分由储能电池组进行补充。

Claims (9)

1.一种电动汽车光伏充电站充电优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(10)时段划分：根据光伏条件和负荷分布特性，对一日进行时段划分；

(20)车辆进行分类：根据新到站车辆充电需求信息，对车辆进行分类；

(30)车辆充电需求信息整合：整合站内所有车辆充电需求信息，更新所有柔性负荷汽车的最晚充电时刻；

(40)充电功率约束更新：获取光伏出力、储能系统、电价和负荷实时信息，更新充电功率约束；

(50)充电优化：根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化，输出每辆车在该时段的充电功率、储能系统充放电功率和充电站购电功率。

2.如权利要求1所述的充电优化方法，其特征在于，所述(10)时段划分步骤具体为：

根据光伏条件和负荷分布特性，将一日划分为3个时段，包括t₁-t₂为光伏有出力时段，t₂-t₃为光伏无出力且负荷晚高峰时段，t₃-t₄为光伏无出力且负荷低谷时段。

3.如权利要求1所述的充电优化方法，其特征在于，所述(20)车辆进行分类步骤中，所述车辆充电需求信息包括到站时间、离站时间、充电电量需求和接受统一调度的意愿。

4.如权利要求3所述的充电优化方法，其特征在于，所述(20)车辆进行分类中，对车辆进行分类具体为：

根据新到站车辆充电需求信息，将车辆分为刚性充电负荷和柔性充电负荷，若车辆的充电功率不接受充电站统一调节或不具有调节范围，则归为刚性充电负荷；反之则为柔性充电负荷。

5.如权利要求1所述的充电优化方法，其特征在于，所述(30)车辆充电需求信息整合步骤中，最晚充电时刻为：

τ_nw＝τ_nk-Q_n/P₀

式中：τ_nw为以额定充电功率充电情况下达到车辆充电电量要求的最晚起始充电时刻，τ_nk车辆离站时间，Q_n为车辆需求电量，P₀为充电机额定充电功率。

6.如权利要求5所述的充电优化方法，其特征在于，所述(40)充电功率约束更新步骤中，充电功率约束表示为：

P_min≤P≤P_max

式中：P为电动汽车充电功率，P_min为电动汽车的最小充电功率，P_max为电动汽车的最大充电功率；电动汽车的最小充电功率和最大充电功率表示为：

P_min＝(N_g+N_rw)·P

P_max＝(N_g+N_r)·P

式中：N_g为所有在站且仍有充电需求的刚性负荷车辆数，N_r为柔性负荷车辆数，N_rw为最晚充电时刻在该时段的柔性负荷车辆数。

7.如权利要求2所述的充电优化方法，其特征在于，所述(50)充电优化步骤中，所述根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化中，在光伏有出力时段具体为：

当光伏发电功率满足最大充电功率，按最大充电功率对站内相应车辆进行充电，并用剩余的光伏功率给储能电池组充电；

当光伏发电功率介于最小充电功率和最大充电功率之间，按最小充电功率对站内相应车辆进行充电，并用剩余的光伏功率给储能电池组充电；

当光伏发电功率不能满足最小充电功率，在满足最小充电功率的条件下，尽量少地从配电网购电。

8.如权利要求2所述的充电优化方法，其特征在于，所述(50)充电优化步骤中，所述根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化中，在光伏无出力且负荷晚高峰时段具体为：

当储能电池满足最小充电功率，储能电池组以最小充电功率对电动汽车充电；

当储能电池不能满足最小充电功率，储能电池组以最大功率放电，剩余不足功率由配电网补充。

9.如权利要求2所述的充电优化方法，其特征在于，所述(50)充电优化步骤中，所述根据所处时段，按照分时段充电策略进行有序充电优化中，在光伏无出力且负荷低谷时段具体为：

当储能电池组未充满电且未放电到最大放电深度，若预估购电功率可以满足最大充电功率，则以最大功率充电，剩余购电功率给储能电池组充电；

若预估购电功率介于最小充电功率和最大充电功率之间，则不调整购电功率，购电功率全部给电动汽车充电；

若预估购电功率不能满足最小充电功率，购电功率全部给电动汽车充电，不足最小充电功率部分由储能电池组进行补充。