CN112183987A - 电动汽车集群储荷调度评价系统及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所设计的电动汽车集群储荷调度评价系统，它的电动汽车调度中心获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态；电动汽车调度中心计算区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量；电动汽车调度中心将电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值分别与电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值进行比较归一化处理得到电动汽车集群储荷调度评价雷达图。本发明实现对电动汽车的储荷调度策略进行科学、合理的评价。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车调动技术评价领域，具体地指一种电动汽车集群储荷调度评价系统及评价方法。
技术背景
随着经济的快速发展与政府多种组合策略的持续激励，电动汽车产业链发展迅速，电动汽车的保有量逐年增加，尤其在中国的限行城市。目前，电动汽车主要以无序随机充电为主，当城市中大量的电动汽车进行无序的随机充电，不仅加剧了城市配电网的负荷波动，给城市输配电网的稳定运行带来了安全隐患，同时给电网的安全运行带了许多的不确定性。因此应运而生了许多电动汽车调度策略。
随着V2G(Vehicle-to-grid)技术的发展，电动汽车作为一种储荷资源，合适的调度策略不仅可以对电网进行削峰填谷，还能对电网进行调峰调频、虚拟备用与可再生能源消纳等服务。但是由于电动汽车作为一种交通工具受到用户出行需求与电动汽车自身容量等参数的制约。在电动汽车参与电网的调度过程中，目前并没有一种能够全面评价电动汽车储荷调度的评价方法。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种电动汽车集群储荷调度评价系统及评价方法，本发明实现对电动汽车的储荷调度策略进行科学、合理的评价，为实施调度策略提供科学准确的依据。
为实现此目的，本发明所设计的一种电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：它包括电网参数采集模块、电动汽车充放电容量计算模块、调度评价指标计算模块和调度评价雷达图获取模块，所述电网参数采集模块用于获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态；
电动汽车充放电容量计算模块用于根据区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量计算区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量；
调度评价指标计算模块用于以区域内未采用调度策略时，区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态、区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量进行指标计算，得到电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值，并根据实际电动汽车集群储荷调度结果获取电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值(电动汽车调度中心可以直接获取指标实际值)；
调度评价雷达图获取模块用于将电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值分别与电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值进行比较归一化处理得到电动汽车集群储荷调度评价雷达图。
上述技术方案中，它包括集控平台，所述电网参数采集模块、电动汽车充放电容量计算模块、调度评价指标计算模块和调度评价雷达图获取模块运行在电动汽车调度中心中，电动汽车调度中心用于通过集控平台获取区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量。
上述技术方案中，它还包括电网调度中心，电动汽车调度中心用于通过电网调度中心获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态。
上述技术方案中，所述电动汽车调度中心通过电网调度中心获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态的具体方式为：电网调度中心每隔预定时间段将当前时间段区域内电网容量PGrid、用户负荷容量Pload及电网运行状态发送给电动汽车调度中心。
上述技术方案中，电动汽车调度中心根据区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量计算区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量的方式为：
其中，
为区域内所有电动汽车的最大充电容量，
为区域内所有电动汽车的最大可放电容量，SOCi为区域内可调度的第i辆电动汽车的动力电池容量，
为区域内可调度的第i辆电动汽车的动力电池最大存储容量，
为区域内可调度的第i辆电动汽车的动力电池最小存储容量，N为区域内可调度电动汽车数量。
上述技术方案中，电动汽车集群储荷调度系统容量指标值包括最大可调度容量占电网的比例和可调度容量负荷占比，当调度容量占区域电网容量达到一定比值时，电动汽车调度才能对电网产生一定的影响，其中，最大可调度容量占电网的比例计算为
其中，ρgrid为最大可调度容量占电网的比例，
为区域内所有电动汽车的最大充电容量，
为区域内所有电动汽车的最大可放电容量，PGrid为当前时间段区域内电网容量；
根据当前负荷状态计算可调度容量负荷占比：
其中，ρd为可调度容量负荷占比，
为区域内所有电动汽车的最大充电容量，
为区域内所有电动汽车的最大可放电容量，Pload为用户负荷容量。
上述技术方案中，车辆服务时间指标值包括车辆服务实际调度响应时间Tr和车辆服务持续时间Thold，车辆服务实际调度响应时间Tr为区域内可调度的所有电动汽车的充放电总功率达到电网调度容量的10～90％所持续的时间，车辆服务持续时间Thold为区域内可调度的所有电动汽车的充放电总功率超过电网调度容量的90％所持续的时间。
上述技术方案中，安全运行指标值包括电动汽车集群储荷调度后的电网的电压波动率与频率偏移率，电动汽车集群储荷调度后的电网的电压波动率与频率偏移率的计算方法为：
其中，V0为电网额定电压，Vt为电网经过电动汽车集群储荷调度后的电压，f0为电网额定频率，ft为电网经过电动汽车集群储荷调度的电网频率，μv为电动汽车集群储荷调度后的电网的电压波动率，μf为电动汽车集群储荷调度后的电网的频率偏移率；
所述调度计划指标和调度经济指标值包括调度完成率和电动汽车参与电动汽车集群储荷调度前后电网调峰调频运营费用和调度服务费用之和的变化值；
调度完成率的计算方式为：
其中，Pd是实际的电动汽车集群储荷调度容量(实际充电电量与放电电量之和)，μd为调度完成率，
为区域内所有电动汽车的最大充电容量，
为区域内所有电动汽车的最大可放电容量；
电动汽车参与电动汽车集群储荷调度前后电网调峰调频运营费用和调度服务费用之和的变化值的计算方式为：
其中，y′t是引入电动汽车集群储荷调度前电网运营费用，yt是引入电动汽车集群储荷调度后电网的运营费用，t表示时间变量从0一直增加到T，T为调度时间区间长度，I为第i辆电动汽车，
是第i辆电动汽车充电电量，
是第i辆电动汽车放电电量，
为电动汽车参与电力辅助服务的阶段性充电价格，
为电动汽车参与电力辅助服务的阶段性放电价格，ΔE为电动汽车参与电动汽车集群储荷调度前后电网调峰调频运营费用和调度服务费用之和的变化值。
上述技术方案中，进行比较归一化处理得到电动汽车集群储荷调度评价雷达图的方法为：
设定
为电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值中第j个指标值的变化区间，其中
为第j个指标值可计算得到的最小值，
为第j个指标值计算可能得到的最大值，
为第j个指标值的上限和下限，Kj表示对应的第j个指标实际值；，采用下列各式子将电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值分部转换为[0,1]之间的无量纲值，比如预计需要3-5分钟才能完成，我实际完成时间为4分钟，那计算指标值归一化为：Z＝1-(4-3)/(5-3)＝0.5；
当指标值为正向指时候，也即是越大越好，采用式子：
当指标为负指时候，也即是越小越好，采用式子：
当指标为中间型时候，计算绝对值与1之间的距离，采用式子：
一种电动汽车集群储荷调度评价方法，它包括如下步骤：
步骤1：电动汽车调度中心获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态；
步骤2：电动汽车调度中心根据区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量计算区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量；
步骤3：电动汽车调度中心以区域内未采用调度策略时，区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态、区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量进行指标计算，得到电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值，并根据实际电动汽车集群储荷调度结果获取电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值；
步骤4：电动汽车调度中心将电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值分别与电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值进行比较归一化处理得到电动汽车集群储荷调度评价雷达图。
本发明有益效果为：
本发明解决了现有电动汽车调度技术中缺少评价体系，导致无法对电动汽车的储荷调度效果提供评价依据的问题。本发明从多个维度进行分析和构建电动汽车储荷调度评价流程，包括：电动汽车电池容量指标、车辆服务时间指标、安全性能指标、调度计划指标和清洁能源指标。采用本发明方法构建的电动汽车储荷调度评价方法进行分析，进行调度评价计算。具备全面性、独立性、易度量性、灵活性和实用性，有助于对电动汽车调度策略的调度效果有更加直观的分析。对电动汽车的储荷调度策略进行科学、合理的评价，为实施调度策略提供科学准确的依据。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中电动汽车调度中心内部功能模块图；
图3为电网负荷波形图；
图4为实施案例的评价雷达图。
其中，1—电网调度中心、2—集控平台、3—电动汽车调度中心、3.1—电网参数采集模块、3.2—电动汽车充放电容量计算模块、3.3—调度评价指标计算模块、3.4—调度评价雷达图获取模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明所设计的电动汽车集群储荷调度评价系统，如图1和2所示，它包括电网参数采集模块3.1、电动汽车充放电容量计算模块3.2、调度评价指标计算模块3.3和调度评价雷达图获取模块3.4，电网参数采集模块3.1用于获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态；
电动汽车充放电容量计算模块3.2用于根据区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量计算区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量；
调度评价指标计算模块3.3用于以区域内未采用调度策略时，区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态、区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量进行指标计算，得到电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值，并根据实际电动汽车集群储荷调度结果获取电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值；
调度评价雷达图获取模块3.4用于将电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值分别与电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值进行比较归一化处理得到电动汽车集群储荷调度评价雷达图。
上述技术方案中，所述电网参数采集模块3.1、电动汽车充放电容量计算模块3.2、调度评价指标计算模块3.3和调度评价雷达图获取模块3.4运行在电动汽车调度中心3中，电动汽车调度中心3用于通过集控平台2获取区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量。
电动汽车调度中心3用于通过电网调度中心1获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态。
所述电动汽车调度中心3通过电网调度中心1获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态的具体方式为：电网调度中心1每隔预定时间段将当前时间段区域内电网容量PGrid、用户负荷容量Pload及电网运行状态发送给电动汽车调度中心3。
本实施例的电动汽车集群储荷调度的评价方法，包括如下步骤：
步骤一：获取区域电网容量、用户负荷区间、电网运行状态；设定区域电网内的容量为10MW，用户负荷区间在1～7MW之间，区域内电网负荷波形如图3所示：
步骤二：获取区域内电动汽车数量及电动汽车对应的储荷状态；获取的区域电网内共有100辆电动汽车，一共十中类型，每种类型的电动汽均为10辆，其每种类型的电动汽车的当前储荷状态如表1所示：
表1：电动汽车状态表；
通过下面的公式计算电动汽车的可调度容量：
其中电动汽车的充放电及服务费用标准如表2所示：
表2汽车的充放电及服务费用标准表；
步骤三：以区域内未采用调度策略时，电网运行状态和电动汽车的储荷状态为进行理论计算，从系统容量维度、时间维度、安全运行维度、调度计划维度和经济维度构建比较基准。
A、计算系统容量指标
计算可调度容量占比：
可调度容量占比大于10％，因此执行调度策略是有效的。
计算可调度容量占比：
B、计算时间维度指标
根据步骤二的数据，分析系统理论的响应时间与可持续时间分别为Tr＝5min,Thold＝60min，实际调度响应时间为6min，调度持续时间为50min。
C、计算安全运行维度指标
根据步骤二的数据，电网的额定相电压为220V，额定频率为50Hz,实际经过调度后相电压幅值为210V，电网的频率为49.8Hz；计算得到电压与频率的偏差率为：
D、计算调度计划维度指标
根据服务电动汽车响应结果，计算可调度容量为1.5MWh，实际调度容量为：0.9MWh；
E、计算经济维度指标
根据调电动汽车调度服务响应结果，每辆车的调度结果如表3所示：
表3：电动汽车调度服务表；
因此可以计算经济指标如下：
步骤四：对调度的结果从系统容量维度、时间维度、安全运行维度、调度计划维度和经济指标维度进行归一化处理，最后构建一个整体评价雷达图。
系统容量指标归一化处理
车辆服务时间指标归一化处理：
安全运行指标归一化处理
调度计划指标归一化处理
调度经济指标归一化处理
最后得到雷达图如图4所示。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：它包括电网参数采集模块(3.1)、电动汽车充放电容量计算模块(3.2)、调度评价指标计算模块(3.3)和调度评价雷达图获取模块(3.4)，电网参数采集模块(3.1)用于获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态；
电动汽车充放电容量计算模块(3.2)用于根据区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量计算区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量；
调度评价指标计算模块(3.3)用于以区域内未采用调度策略时，区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态、区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量进行指标计算，得到电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值，并根据实际电动汽车集群储荷调度结果获取电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值；
调度评价雷达图获取模块(3.4)用于将电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值分别与电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值进行比较归一化处理得到电动汽车集群储荷调度评价雷达图。
2.根据权利要求1所述的电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：它还包括集控平台(2)，所述电网参数采集模块(3.1)、电动汽车充放电容量计算模块(3.2)、调度评价指标计算模块(3.3)和调度评价雷达图获取模块(3.4)运行在电动汽车调度中心(3)中，电动汽车调度中心(3)用于通过集控平台(2)获取区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量。
3.根据权利要求2所述的电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：它还包括电网调度中心(1)，电动汽车调度中心(3)用于通过电网调度中心(1)获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态。
4.根据权利要求3所述的电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：所述电动汽车调度中心(3)通过电网调度中心(1)获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态的具体方式为：电网调度中心(1)每隔预定时间段将当前时间段区域内电网容量PGrid、用户负荷容量Pload及电网运行状态发送给电动汽车调度中心(3)。
5.根据权利要求1所述的电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：电动汽车调度中心(3)根据区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量计算区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量的方式为：
其中，
为区域内所有电动汽车的最大充电容量，
为区域内所有电动汽车的最大可放电容量，SOCi为区域内可调度的第i辆电动汽车的动力电池容量，
为区域内可调度的第i辆电动汽车的动力电池最大存储容量，
为区域内可调度的第i辆电动汽车的动力电池最小存储容量，N为区域内可调度电动汽车数量。
6.根据权利要求1所述的电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：电动汽车集群储荷调度系统容量指标值包括最大可调度容量占电网的比例和可调度容量负荷占比，最大可调度容量占电网的比例计算为
其中，ρgrid为最大可调度容量占电网的比例，
为区域内所有电动汽车的最大充电容量，
为区域内所有电动汽车的最大可放电容量，PGrid为当前时间段区域内电网容量；
根据当前负荷状态计算可调度容量负荷占比：
其中，ρd为可调度容量负荷占比，
为区域内所有电动汽车的最大充电容量，
为区域内所有电动汽车的最大可放电容量，Pload为用户负荷容量。
7.根据权利要求1所述的电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：车辆服务时间指标值包括车辆服务实际调度响应时间Tr和车辆服务持续时间Thold，车辆服务实际调度响应时间Tr为区域内可调度的所有电动汽车的充放电总功率达到电网调度容量的10～90％所持续的时间，车辆服务持续时间Thold为区域内可调度的所有电动汽车的充放电总功率超过电网调度容量的90％所持续的时间。
8.根据权利要求1所述的电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：安全运行指标值包括电动汽车集群储荷调度后的电网的电压波动率与频率偏移率，电动汽车集群储荷调度后的电网的电压波动率与频率偏移率的计算方法为：
其中，V0为电网额定电压，Vt为电网经过电动汽车集群储荷调度后的电压，f0为电网额定频率，ft为电网经过电动汽车集群储荷调度的电网频率，μv为电动汽车集群储荷调度后的电网的电压波动率，μf为电动汽车集群储荷调度后的电网的频率偏移率；
所述调度计划指标和调度经济指标值包括调度完成率和电动汽车参与电动汽车集群储荷调度前后电网调峰调频运营费用和调度服务费用之和的变化值；
调度完成率的计算方式为：
其中，Pd是实际的电动汽车集群储荷调度容量，μd为调度完成率，
为区域内所有电动汽车的最大充电容量，
为区域内所有电动汽车的最大可放电容量；
电动汽车参与电动汽车集群储荷调度前后电网调峰调频运营费用和调度服务费用之和的变化值的计算方式为：
其中，y′t是引入电动汽车集群储荷调度前电网运营费用，yt是引入电动汽车集群储荷调度后电网的运营费用，t表示时间变量从0一直增加到T，T为调度时间区间长度，I为第i辆电动汽车，
是第i辆电动汽车充电电量，
是第i辆电动汽车放电电量，
为电动汽车参与电力辅助服务的阶段性充电价格，
为电动汽车参与电力辅助服务的阶段性放电价格，ΔE为电动汽车参与电动汽车集群储荷调度前后电网调峰调频运营费用和调度服务费用之和的变化值。
9.根据权利要求1所述的电动汽车集群储荷调度评价系统，其特征在于：进行比较归一化处理得到电动汽车集群储荷调度评价雷达图的方法为：
设定
为电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值中第j个指标值的变化区间，其中
为第j个指标值可计算得到的最小值，
为第j个指标值计算可能得到的最大值，
为第j个指标值的上限和下限，Kj表示对应的第j个指标实际值；采用下列各式子将电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值分部转换为[0,1]之间的无量纲值；
当指标值为正向指时候，采用式子：
当指标为负指时候，采用式子：
当指标为中间型时候，采用式子：
10.一种电动汽车集群储荷调度评价方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：获取区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态；
步骤2：根据区域内可调度电动汽车数量、区域内可调度的电动汽车的动力电池容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最大存储容量、区域内可调度的电动汽车的动力电池最小存储容量计算区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量；
步骤3：以区域内未采用调度策略时，区域电网容量、用户负荷容量和电网运行状态、区域内所有电动汽车的最大充电容量和最大可放电容量进行指标计算，得到电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值，并根据实际电动汽车集群储荷调度结果获取电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值；
步骤4：将电动汽车集群储荷调度系统容量指标实际值、车辆服务时间指标实际值、安全运行指标实际值、调度计划指标和调度经济指标实际值分别与电动汽车集群储荷调度系统容量指标值、车辆服务时间指标值、安全运行指标值、调度计划指标和调度经济指标值进行比较归一化处理得到电动汽车集群储荷调度评价雷达图。
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