CN111681127A - 一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法,属于电动汽车充电控制技术领域。该方法基于峰谷分时电价,根据电动汽车车主的最后返回时间,返回时的剩余电量计算出符合用户利益的充放电指令行为。在满足用户出行需求,尊重其参与放电调度意愿的前提下,对电动汽车进行谷时段反序充电和计及功率限制的峰时段馈电。该方法能够有效降低电动汽车车主的实际用车成本,提高其用车满意度;同时可以平抑小区配电网的用电负荷曲线,大幅减少电动汽车充电对电网的负面影响。本发明计算简单、效率高,可以满足小区配电容量不增加条件下户主电动汽车的日常充电需求。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车充电控制技术领域,具体涉及一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法。
背景技术
随着环境问题的日益严重,政府加大了推广、扶持电动汽车产业的力度,因此近年来电动汽车的保有量获得了显著增长。然而,受居民出行规律的影响,电动汽车充电具有较明显的聚集特性,大量车主用电高峰时段的充电行为会加重配电网的局部用电负担。同时,由于我国智能配电居民小区的建设还不够完善,已有小区的供电容量可能无法满足相应的充电需求,而变压器的扩容工程面临多方面的困难。一定程度上会阻碍电动汽车的发展。
在满足居民用车需求的前提下,优化控制电动汽车的充电方式。充分利用现行的峰谷分时电价政策,在用电低谷时段充电,用电高峰时段借助V2G(Vehicle to Grid)技术向电网馈电。将电动汽车视作负荷和分布式电源的结合体,既可以平抑配电网的用电负荷曲线,降低负荷峰谷差,又能削减车主的实际用车成本,提高用车满意度,从而实现电网与用户的双赢。
已有学者提出了一些充电控制方法,比如基于分时电价时段,以起始充电时间最早,充电费用最低为优化目标,但极易在谷时电价起始阶段产生一个新的用电高峰,谷时段可用电余量未得到充分利用。同时,汽车始终以额定功率充电也不利于平抑小区配电网的用电负荷曲线。另外,现有研究往往会忽略电动汽车向电网馈电的积极影响。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出了一种降低车主的实际用车成本,提高用车满意度,平抑配电网的用电负荷曲线,并提高配电设备的可靠性和稳定性居民小区电动汽车有序充放电控制方法。
本发明的技术方案为:一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法,包括如下步骤:
步骤1、统计居民小区电动汽车的最后返回时刻、日行驶里程数、初始剩余电量以及保有量,另外,获取当地居民用电峰谷电价的时段划分信息;
步骤2、对统计的数据进行归一化处理,用极大似然估计法发现车辆最后返回时刻、初始剩余电量满足正态分布,日行驶里程满足对数正态分布,分析得出统计数据概率密度分布函数中的期望值和标准差;
步骤3、读取电动汽车的最后返回时刻、初始剩余电量和电池容量,计算出电动汽车常规充电所需时间,谷时段可用充电时长以及临界剩余电量;
步骤4、根据步骤3中读取的电动汽车最后返回时刻,剩余电量以及计算得到的常规充电所需时间和谷时段可用充电时长的不同情况,基于计及功率限制的峰时段放电、谷时段反序充电的控制方法生成具体的电动汽车充放电指令;
步骤5、根据步骤4生成的充放电控制指令,计算得出每辆电动汽车的用电负荷,叠加得到电动汽车的总用电负荷曲线;
步骤6、将电动汽车的总用电负荷与小区的基础用电负荷相加,生成该小区当日的总用电负荷曲线。
进一步,所述步骤2中,最后返回时刻为电动汽车满足的最早开始充电时间,那么最早开始充电时间满足如下正态分布,其概率密度函数为:
式中,最早开始充电时间期望值μs=17.6,最早开始充电时间标准差σs=3.4;
初始剩余电量为电动汽车最后返回时刻剩余的电荷量,其概率密度函数为:
式中,初始剩余电量期望值μc=0.5137,初始剩余电量标准差σc=0.1772;
日行驶里程满足如下对数正态分布,其概率密度函数为:
式中,日行驶里程期望值μL=3.2,日行驶里程标准差σL=0.88。
进一步,所述步骤3具体包括:
步骤301、将1天24小时以15分钟为一个单位时间段平均分成96部分;
步骤302、根据电动汽车最后返回时刻的概率密度函数得到车主最后返回小区的时间分布情况;
步骤303、根据电动汽车日行驶里程数的概率密度函数得到汽车日行驶里程的分布情况;
步骤304、根据电动汽车初始剩余电量的概率密度函数得到汽车初始剩余电量的分布情况;
步骤305、计算电动汽车常规充电所需时间T1和谷时段可用充电时长T2;
具体地,当前电动汽车的信息包括:最后返回时刻Ts,日行驶里程数L,百公里耗电量E100,初始剩余电量SOC1,电池容量B,充电桩的信息包括:额定充放电功率Pn,效率μ,计算常规充电所需时间T1和谷时段可用充电时长T2;
上式为电动汽车以额定功率充电直至可以满足出行要求所需的充电时长,日行驶里程数代表了车主的日常用车需求,通过计算可以间接知晓当前电动汽车所需的电能量;
由于时长要求的单位是以15分钟计数的小时间段,因此需要在原有以小时作为单位的基础上加以换算,同时为尽可能保证电动汽车动力电池的能量,还需再做一步向上取整操作;
同样,谷时段可用充电时长T2的单位也是以15分钟计数的小时间段,目的是与T1的数值作比较,判断电动汽车是否具备参与谷时段反序充电的条件:
所述步骤3中的临界剩余电量是指谷时段来临时电动汽车为满足出行要求所需的最低剩余电量,目的是与初始剩余电量SOC1的数值作比较,判断电动汽车是否具备参与峰时段放电的条件;计算临界剩余电量SOC2:
进一步,所述步骤4中的功率限制是指:允许电动汽车以不高于额定功率的速率向小区电网放电,但谷时段电动汽车不考虑馈电,且充电功率始终默认为充电桩的额定功率;
所述步骤4中的谷时段反序充电是指:若谷时段可用充电时长T2大于常规充电所需时间T1,电动汽车从距离谷时段结束前(T2-T1)的时刻开始充电;反之,则电动汽车的开始充电时刻处于谷时段正式开始时刻之前(T1-T2)的位置。
进一步,所述步骤4中的计及功率限制的峰时段放电、谷时段反序充电的控制方法:
首先,判断电动汽车最后返回时刻的位置;
若Ts≥22,说明车主在谷时段返回,不具备参与放电的条件;此时比较电动汽车谷时段可用充电时长T2与常规充电所需时间T1的数值大小;
若T1≥T2,对电动汽车进行无序充电,得出需要的充电时段;否则,电动汽车参与谷时段反序充电,继而判断T1与谷时后半段(0:00—7:00)28个单位小时间段的大小情况,计算出相应的充电时段;
若Ts<22,说明车主在峰时段返回,电动汽车存在参与放电的可能性,此时比较电动汽车初始剩余电量SOC1与临界剩余电量SOC2的数值大小;
若SOC1≤SOC2,对电动汽车进行无序充电,得出需要的充电时段;反之,说明电池有充足的电量参与放电,询问车主是否有意愿参与馈电,若无,对电动汽车进行谷时段反序充电,计算得出充电时段;反之,计算此时的放电功率并与充电桩的额定功率进行比较,进一步优化电动汽车的实际放电功率和放电时段;
最后,根据计算得出的电动汽车充放电功率和时段,生成具体的充放电控制指令。
进一步,所述步骤4中的电动汽车充放电指令包含3种情况:
当Ts≥22&T1<T2或者Ts<22&SOC1>SOC2,但车主无意愿参与馈电时,充电功率均为额定功率Pn;
若T1≤28,充电时段为[28-T1,28];反之,若T1>28,充电时段为[0,28]∪[96-(T1-28),96];
3)峰时段放电,谷时段充电:Ts<22&SOC1>SOC2且车主有意愿参与馈电,当Ts<22&SOC1>SOC2,且车主有意愿参与馈电时,计算放电功率Pf;
若Pf≤Pn,电动汽车的放电功率为Pf,放电时段为;充电功率为额定功率Pn,充电时段为[88,96]∪[0,28];反之,若Pf>Pn,电动汽车的放电功率为Pn,放电时段为;充电功率为额定功率Pn,充电时段为
本发明的有益效果是:基于峰谷分时电价机制和用户出行规律,提出了一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法。充放电控制方法包括:谷时段反序充电,电动汽车常规无序充电和计及功率限制的峰时段放电、谷时段充电三种充放电控制模式。在不改变车主出行规律和满足其用车需求的前提条件下,基于峰谷分时电价机制的刺激引导,优化调度户主电动汽车的实际充放电行为。充分利用谷电价后半时段丰富的可用电余量。同时在尊重车主意愿的前提下,将电动汽车视作分布式电源,在用电高峰期以一定功率向电网进行馈电。一方面既可以降低车主的实际用车成本,提高用车满意度;另一方面又能平抑配电网的用电负荷曲线,提高配电设备的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是某居民小区电动汽车最后返回时刻的概率分布图;
图2是某居民小区电动汽车初始剩余电量的概率分布图;
图3是某居民小区电动汽车日行驶里程的概率分布图;
图4是某居民小区基础用电的负荷曲线;
图5是计及功率限制的峰时段放电、谷时段反序充电的控制框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步的详细说明。
一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法,包括:
步骤1、统计居民小区电动汽车的最后返回时刻、日行驶里程数、初始剩余电量以及保有量,另外,获取当地居民用电峰谷电价的时段划分信息;
表1是我国某城市实施的居民用电峰谷电价时段划分信息。
用电类型 | 时间段 | 电价 |
峰时段 | 7:00--22:00 | 0.5583(元/度) |
谷时段 | 22:00—次日7:00 | 0.3583(元/度) |
步骤2、对统计的数据进行归一化处理,用极大似然估计法发现车辆最后返回时刻、初始剩余电量满足正态分布,日行驶里程满足对数正态分布,分析得出统计数据概率密度分布函数中的期望值和标准差;这三个基础数据的分布情况分别如图1,2,3所示,从图1可以看出82%的车主是在谷时段之前返回家中的;图2显示大量电动汽车最后一次返回家中时仍储存有充足电量;图3表明56%的车主日行驶里程在35km以内,谷时段充电就可以满足其用车需求。这些数据都为电动汽车参与峰时段放电提供了先决条件。具体地,车辆最后返回时刻为电动汽车满足的最早开始充电时间,那么最早开始充电时间满足如下正态分布,其概率密度函数为:
式中,期望值μs=17.6,标准差σs=3.4
初始剩余电量为电动汽车最后返回时刻剩余的电荷量,其概率密度函数为:
式中,期望值μc=0.5137,标准差σc=0.1772
日行驶里程满足如下对数正态分布,其概率密度函数为:
式中,期望值μL=3.2,标准差σL=0.88
步骤3、读取电动汽车的最后返回时刻、初始剩余电量和电池容量,计算出电动汽车常规充电所需时间,谷时段可用充电时长以及临界剩余电量;
所述步骤3具体包括:
步骤301、将1天24小时以15分钟为一个单位时间段平均分成96部分;
步骤302、根据电动汽车最后返回时刻的概率密度函数得到车主最后返回小区的时间分布情况;
步骤303、根据电动汽车日行驶里程数的概率密度函数得到汽车日行驶里程的分布情况;
步骤304、根据电动汽车初始剩余电量的概率密度函数得到汽车初始剩余电量的分布情况;
步骤305、计算电动汽车常规充电所需时间T1和谷时段可用充电时长T2;
具体地,当前电动汽车的信息包括:最后返回时刻Ts,日行驶里程数L,百公里耗电量E100,初始剩余电量SOC1,电池容量B。充电桩的信息包括:额定充放电功率Pn,效率μ。计算常规充电所需时间T1和谷时段可用充电时长T2。
上式为电动汽车以额定功率充电直至可以满足出行要求所需的充电时长,日行驶里程数代表了车主的日常用车需求,通过计算可以间接知晓当前电动汽车所需的电能量。由于时长要求的单位是以15分钟计数的小时间段,因此需要在原有以小时作为单位的基础上加以换算,同时为尽可能保证电动汽车动力电池的能量,还需再做一步向上取整操作。
同样,谷时段可用充电时长T2的单位也是以15分钟计数的小时间段。目的是与T1的数值作比较,判断电动汽车是否具备参与谷时段反序充电的条件。
所述步骤3中的临界剩余电量是指谷时段来临时电动汽车为满足出行要求所需的最低剩余电量。目的是与初始剩余电量SOC1的数值作比较,判断电动汽车是否具备参与峰时段放电的条件。计算临界剩余电量SOC2。
步骤4、根据步骤3中读取的电动汽车最后返回时刻,剩余电量以及计算得到的常规充电所需时间和谷时段可用充电时长的不同情况,基于计及功率限制的峰时段放电、谷时段反序充电的控制方法生成具体的电动汽车充放电指令;
图4是我国某城市居民小区基础用电的负荷曲线。从图中不难发现,居民小区的用电行为具有很强的规律性,用电高峰集中在中午11点和晚上18点左右,晚上22点至凌晨7点是用电低谷期,且可用电余量是随时间递增的,因此可以积极引导用户参与峰时段放电,谷时段反序充电。
所述步骤4中的功率限制是指:允许电动汽车以不高于额定功率的速率向小区电网放电。但谷时段电动汽车不考虑馈电,且充电功率始终默认为充电桩的额定功率。
所述步骤4中的谷时段反序充电是指:若谷时段可用充电时长T2大于常规充电所需时间T1,电动汽车从距离谷时段结束前(T2-T1)的时刻开始充电;反之,则电动汽车的开始充电时刻处于谷时段正式开始时刻之前(T1-T2)的位置。
所述步骤4中的计及功率限制的峰时段放电、谷时段反序充电的控制方法如图5所示。
首先,判断电动汽车最后返回时刻的位置。
若Ts≥22,说明车主在谷时段返回,不具备参与放电的条件。此时比较电动汽车谷时段可用充电时长T2与常规充电所需时间T1的数值大小。若T1≥T2,对电动汽车进行无序充电,得出需要的充电时段;否则,电动汽车参与谷时段反序充电,继而判断T1与谷时后半段(0:00—7:00)28个单位小时间段的大小情况,计算出相应的充电时段。
若Ts<22,说明车主在峰时段返回,电动汽车存在参与放电的可能性。此时比较电动汽车初始剩余电量SOC1与临界剩余电量SOC2的数值大小。若SOC1≤SOC2,对电动汽车进行无序充电,得出需要的充电时段;反之,说明电池有充足的电量参与放电。询问车主是否有意愿参与馈电,若无,对电动汽车进行谷时段反序充电,计算得出充电时段;反之,计算此时的放电功率并与充电桩的额定功率进行比较,进一步优化电动汽车的实际放电功率和放电时段。
最后,根据计算得出的电动汽车充放电功率和时段,生成具体的充放电控制指令。
所述步骤4中的充放电控制方法包含3种情况:
当Ts≥22&T1<T2或者Ts<22&SOC1>SOC2,但车主无意愿参与馈电时,充电功率均为额定功率Pn。
若T1≤28,充电时段为[28-T1,28];反之,若T1>28,充电时段为[0,28]∪[96-(T1-28),96]。
3、峰时段放电,谷时段充电:Ts<22&SOC1>SOC2且车主有意愿参与馈电
当Ts<22&SOC1>SOC2,且车主有意愿参与馈电时,计算放电功率Pf。
若Pf≤Pn,电动汽车的放电功率为Pf,放电时段为;充电功率为额定功率Pn,充电时段为[88,96]∪[0,28];反之,若Pf>Pn,电动汽车的放电功率为Pn,放电时段为;充电功率为额定功率Pn,充电时段为
步骤5、根据步骤4生成的充放电控制指令,计算得出每辆电动汽车的用电负荷,叠加得到电动汽车的总用电负荷曲线;
步骤6、将电动汽车的总用电负荷与小区的基础用电负荷相加,生成该小区当日的总用电负荷曲线。
本发明属于电动汽车充电控制技术领域,具体涉及一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法。该方法基于峰谷分时电价,根据电动汽车车主的最后返回时间,返回时的剩余电量计算出符合用户利益的充放电指令行为。在满足用户出行需求,尊重其参与放电调度意愿的前提下,对电动汽车进行谷时段反序充电和计及功率限制的峰时段馈电。该方法能够有效降低电动汽车车主的实际用车成本,提高其用车满意度;同时可以平抑小区配电网的用电负荷曲线,大幅减少电动汽车充电对电网的负面影响。本发明计算简单、效率高,可以满足小区配电容量不增加条件下户主电动汽车的日常充电需求。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、统计居民小区电动汽车的最后返回时刻、日行驶里程数、初始剩余电量以及保有量,另外,获取当地居民用电峰谷电价的时段划分信息;
步骤2、对统计的数据进行归一化处理,用极大似然估计法发现车辆最后返回时刻、初始剩余电量满足正态分布,日行驶里程满足对数正态分布,分析得出统计数据概率密度分布函数中的期望值和标准差;
步骤3、读取电动汽车的最后返回时刻、初始剩余电量和电池容量,计算出电动汽车常规充电所需时间,谷时段可用充电时长以及临界剩余电量;
步骤4、根据步骤3中读取的电动汽车最后返回时刻,剩余电量以及计算得到的常规充电所需时间和谷时段可用充电时长的不同情况,基于计及功率限制的峰时段放电、谷时段反序充电的控制方法生成具体的电动汽车充放电控制指令;
步骤5、根据步骤4生成的充放电控制指令,计算得出每辆电动汽车的用电负荷,叠加得到电动汽车的总用电负荷曲线;
步骤6、将电动汽车的总用电负荷与小区的基础用电负荷相加,生成该小区当日的总用电负荷曲线。
3.根据权利要求1所述的一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法,其特征在于,所述步骤3具体包括:
步骤301、将1天24小时以15分钟为一个单位时间段平均分成96部分;
步骤302、根据电动汽车最后返回时刻的概率密度函数得到车主最后返回小区的时间分布情况;
步骤303、根据电动汽车日行驶里程数的概率密度函数得到汽车日行驶里程的分布情况;
步骤304、根据电动汽车初始剩余电量的概率密度函数得到汽车初始剩余电量的分布情况;
步骤305、计算电动汽车常规充电所需时间T1和谷时段可用充电时长T2;
具体地,当前电动汽车的信息包括:最后返回时刻Ts,日行驶里程数L,百公里耗电量E100,初始剩余电量SOC1,电池容量B,充电桩的信息包括:额定充放电功率Pn,效率μ,计算常规充电所需时间T1和谷时段可用充电时长T2;
上式为电动汽车以额定功率充电直至可以满足出行要求所需的充电时长,日行驶里程数代表了车主的日常用车需求,通过计算可以间接知晓当前电动汽车所需的电能量;
由于时长要求的单位是以15分钟计数的小时间段,因此需要在原有以小时作为单位的基础上加以换算,同时为尽可能保证电动汽车动力电池的能量,还需再做一步向上取整操作;
同样,谷时段可用充电时长T2的单位也是以15分钟计数的小时间段,目的是与T1的数值作比较,判断电动汽车是否具备参与谷时段反序充电的条件:
所述步骤3中的临界剩余电量是指谷时段来临时电动汽车为满足出行要求所需的最低剩余电量,目的是与初始剩余电量SOC1的数值作比较,判断电动汽车是否具备参与峰时段放电的条件;计算临界剩余电量SOC2:
4.根据权利要求1所述的一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法,其特征在于,
所述步骤4中的功率限制是指:允许电动汽车以不高于额定功率的速率向小区电网放电,但谷时段电动汽车不考虑馈电,且充电功率始终默认为充电桩的额定功率;
所述步骤4中的谷时段反序充电是指:若谷时段可用充电时长T2大于常规充电所需时间T1,电动汽车从距离谷时段结束前(T2-T1)的时刻开始充电;反之,则电动汽车的开始充电时刻处于谷时段正式开始时刻之前(T1-T2)的位置。
5.根据权利要求3所述的一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法,其特征在于,所述步骤4中的计及功率限制的峰时段放电、谷时段反序充电的控制方法为:
首先,判断电动汽车最后返回时刻的位置;
若Ts≥22,说明车主在谷时段返回,不具备参与放电的条件;此时比较电动汽车谷时段可用充电时长T2与常规充电所需时间T1的数值大小;
若T1≥T2,对电动汽车进行无序充电,得出需要的充电时段;否则,电动汽车参与谷时段反序充电,继而判断T1与谷时后半段(0:00—7:00)28个单位小时间段的大小情况,计算出相应的充电时段;
若Ts<22,说明车主在峰时段返回,电动汽车存在参与放电的可能性,此时比较电动汽车初始剩余电量SOC1与临界剩余电量SOC2的数值大小;
若SOC1≤SOC2,对电动汽车进行无序充电,得出需要的充电时段;反之,说明电池有充足的电量参与放电,询问车主是否有意愿参与馈电,若无,对电动汽车进行谷时段反序充电,计算得出充电时段;反之,计算此时的放电功率并与充电桩的额定功率进行比较,进一步优化电动汽车的实际放电功率和放电时段;
最后,根据计算得出的电动汽车充放电功率和时段,生成具体的充放电控制指令。
6.根据权利要求5所述的一种居民小区电动汽车有序充放电控制方法,其特征在于,所述步骤4中的充放电控制指令包含3种情况:
当Ts≥22&T1<T2或者Ts<22&SOC1>SOC2,但车主无意愿参与馈电时,充电功率均为额定功率Pn;
若T1≤28,充电时段为[28-T1,28];反之,若T1>28,充电时段为[0,28]∪[96-(T1-28),96];
3)峰时段放电,谷时段充电:Ts<22&SOC1>SOC2且车主有意愿参与馈电,当Ts<22&SOC1>SOC2,且车主有意愿参与馈电时,计算放电功率Pf;
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CN113022359A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-25 | 广东电网有限责任公司韶关供电局 | 电动汽车充放电控制方法、装置、充放电控制设备及介质 |
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2020
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