CN112319304A - 一种电动汽车的v2g双层充放电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车的V2G双层充放电控制方法，在执行电网调度指令之前，进行电动汽车电池状态的均衡操作，从而可以使在上级调度中心和充电站侧控制中心在生成控制策略时无需考虑各个电动汽车电池状态的差异性，从而降低了对调度系统数据处理的压力，简化了电动汽车参与V2G调度的复杂程度，并且缩短了电动汽车参与V2G调度响应延时，同时上级调度中心和充电站侧控制中心之间无需传输关于电池状态差异性的数据，也减少了两者之间的通讯数据量。

Description

一种电动汽车的V2G双层充放电控制方法
技术领域
本发明属于电动汽车领域，涉及充放电控制技术，尤其是一种电动汽车的V2G双层充放电控制方法。
背景技术
环境污染的严峻、化石能源的减少都在加快新能源汽车的发展，作为受政策补贴的绿色出行工具，新能源汽车渗透率越来越高，其充电行为在时间和空间上都有很强的不确定性，以致过多电动汽车无安排充电给传统配电网带来严重考验，如负荷水平的增高、电能质量的下降及网络损耗的加大等一系列问题。V2G(Vehicles-to-Grid)技术是一种集成的综合应用，结合了电力电子、通信和计量技术等，实现了电能双向传输。在V2G模式下，分析电动汽车充电行为规律，通过电价激励措施优化EVs负荷分布，减轻EVs负荷负面效应，同时EVs储能优势可平衡分布式电源出力不足情况，促进未来电动汽车更好的融入智能电网中。
然而，由于新能源汽车与电网连接时在时间和状态上都很大的不确定性，当电网需要新能源汽车参与调度需求时，需要考虑到具体到每一辆新能源汽车的状态，制定一个详细到每一辆新能源汽车的充放电控制策略，这无疑对上级调度系统的数据处理能力带来巨大的压力；同时，在新型智能电网中接入了许多清洁能源，例如光伏、风能，但是由于这类能源的随机性，为了保持电网的稳定性，需要储能系统储存多余的电能，然而储能系统的容量有限，当充电量到达储能系统上限时则无法消纳清洁能源，因此现有技术中一般采用泄能电阻消纳多余的电能，这无疑增加到了电网投资成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种电动汽车的V2G双层充放电控制方法，简化了电动汽车参与V2G调度的复杂程度，并且缩短了电动汽车参与V2G调度响应延时。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种电动汽车的V2G双层充放电控制方法，当电网需要充电站充放电时，上级调度中心会先向充电站侧控制中心发送电力请求信息，其中电力请求信息包括充电请求信息或放电请求信息；
充电站侧控制中心接收电力请求信息，基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池状态信息，并控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，实现各电动汽车的电池状态均衡，其中电池状态包括剩余电量或可充电电量；
充电站侧控制中心基于均衡后的电池状态信息，并将其发送给上级调度中心；
上级调度中心根据接收到的电池状态信息以及电网调度需求，生成V2G调度指令发送给充电站侧控制中心，V2G调度指令包括充电站总充电功率、总充电量、总放电量或总放电功率；
充电站侧控制中心根据V2G调度指令以及接入双向充电桩的电动汽车数量，生成双向充电桩控制指令，控制双向充电桩的充放电，充电桩控制指令包括充电功率、放电功率、充电量或放电量。
进一步的，当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池可充电电量，当电动汽车的电池可充电电量最大值与最小值的差值大于第一预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第一预设值，结束均衡过程。
进一步的，当电力请求信息为放电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池剩余电量，当电动汽车的电池剩余电量最大值与最小值的差值大于第二预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第二预设值，结束均衡过程。
进一步的，当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池可充电电量，计算电动汽车的电池可充电电量平均值，并将该可充电电量平均值发送给各充电桩，作为充放电的基准值，当电动汽车的电池可充电电量与该可充电电量平均值的差值大于第三预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第三预设值，结束均衡过程。
进一步的，当电力请求信息为放电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池剩余电量，计算电动汽车的电池剩余电量平均值，并将该剩余电量平均值发送给各充电桩，作为充放电的基准值，当电动汽车的电池剩余电量与该剩余电量平均值的差值大于第四预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第四预设值，结束均衡过程。
进一步的，当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心完成均衡并上传均衡后的电池状态信息，上级调度中心基于接收到的电池状态信息判断当前电池总的可充电电量是否满足电网调度需求，若不满足则控制电动汽车之间进行充放电，利用电能在传输、变换和存储过程中的损耗来消耗多余的电量，直至电池总的可充电电量能够满足电网调需求，并且控制该过程结束时各电充汽车的电池依然处于均衡状态。
进一步的，充电桩控制指令中的充电功率、放电功率、充电量和放电量是基于V2G调度指令中的总充电功率、总放电功率、总充电量和总放电量除以接入双向充电桩的电动汽车数量得到的。
本发明的优点和积极效果是：
本发明由于在执行电网调度指令之前，进行电动汽车电池状态的均衡操作，从而可以使在上级调度中心和充电站侧控制中心在生成控制策略时无需考虑各个电动汽车电池状态的差异性，从而降低了对调度系统数据处理的压力，简化了电动汽车参与V2G调度的复杂程度，并且缩短了电动汽车参与V2G调度响应延时，同时上级调度中心和充电站侧控制中心之间无需传输关于电池状态差异性的数据，也减少了两者之间的通讯数据量。
附图说明
图1为V2G充电系统结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
电动汽车的V2G双层充放电控制系统，如图1所述，具体包括充电站和电网，充电站包括多个双向充电桩2、直流母线3、整流逆变装置4、变压器5和充电站侧控制中心6，电动汽车1经双向充电桩2与充电桩直流母线3连接，直流母线经整流逆变装置4和变压器5与电网连接，充电站侧控制中心6与上级调度中心7通讯连接，还与双向充电桩和整流逆变装置，用于采集电网侧电压电流、直流母线电压和电动汽车的电池状态信息，并控制双向充电桩和整流逆变装置的输出。
当电网需要充电站充放电时，上级调度中心会先向充电站侧控制中心发送电力请求信息，其中电力请求信息包括充电请求信息或放电请求信息；
充电站侧控制中心接收电力请求信息，基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池状态信息，并控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，实现各电动汽车的电池状态均衡，其中电池状态包括剩余电量或可充电电量；
充电站侧控制中心基于均衡后的电池状态信息，并将其发送给上级调度中心；
上级调度中心根据接收到的电池状态信息以及电网调度需求，生成V2G调度指令发送给充电站侧控制中心，V2G调度指令包括充电站总充电功率、总充电量、总放电量或总放电功率；
充电站侧控制中心根据V2G调度指令以及接入双向充电桩的电动汽车数量，生成双向充电桩控制指令，控制双向充电桩的充放电，充电桩控制指令包括充电功率、放电功率、充电量或放电量。
具体的，当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池可充电电量，当电动汽车的电池可充电电量最大值与最小值的差值大于第一预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第一预设值，结束均衡过程。
其中，第一预设值的取值范围为3-6Ah。
具体的，当电力请求信息为放电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池剩余电量，当电动汽车的电池剩余电量最大值与最小值的差值大于第二预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第二预设值，结束均衡过程。
其中，第二预设值的取值范围为3-6Ah。
其中，可充电电量与剩余电量之和为额定容量。
考虑到不同电动汽车的电池额定容量可能不同，因此在需要充电时，保证电池可充电电量基本相同，即各电动汽车的可容纳电量基本相同，而在需要放电时，保证电池剩余电量基本相同，即各电动汽车的可提供电量基本相同。
采用上述最大值和最小值的均衡控制方法，需要各充电桩实时监测各电动汽车的电池状态，并上传到充电站侧控制中心，然后由充电站侧控制中心根据实时监测结果调整各充电桩控制指令，因此，在整个过程中充电桩需要不断的上传电池状态信息。
为了解决上述问题，本发明进一步地采用平均值的均衡控制方法，具体为：
当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池可充电电量，计算电动汽车的电池可充电电量平均值，并将该可充电电量平均值发送给各充电桩，作为充放电的基准值，当电动汽车的电池可充电电量与该可充电电量平均值的差值大于第三预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第三预设值，结束均衡过程。
其中，第三预设值的取值范围为2-4Ah。
当电力请求信息为放电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池剩余电量，计算电动汽车的电池剩余电量平均值，并将该剩余电量平均值发送给各充电桩，作为充放电的基准值，当电动汽车的电池剩余电量与该剩余电量平均值的差值大于第四预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第四预设值，结束均衡过程。
其中，第四预设值的取值范围为2-4Ah。
由于各充电桩基于充电站侧控制中心下发的平均值作为充放电的基准值，充电桩可自主控制充放电结束操作，无需充电站侧控制中心的实时调整各充电桩控制指令，也就是说充电站侧控制中心只需计算一次平均值即可发送给每个充电桩进行自主控制，后续无需充电站侧控制中心进行干涉，降低了充电桩与充电站侧控制中心之间的通信量，从而降低了通信成本。
另一方面，本领域技术人员公知，电能在传输、变换和存储的过程中均不可避免的产生损耗，在一般的工程认知中，这种损耗是不利的，应尽量改善和避免。而本发明恰恰相反，利用这一点来取代现有的泄能电阻。具体为：
当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心完成均衡并上传均衡后的电池状态信息，上级调度中心基于接收到的电池状态信息判断当前电池总的可充电电量是否满足电网调度需求，若不满足则控制电动汽车之间进行充放电，利用电能在传输、变换和存储过程中的损耗来消耗多余的电量，直至电池总的可充电电量能够满足电网调需求，并且控制该过程结束时各电充汽车的电池依然处于均衡状态。
通过上述过程，当电池总的可充电电量不能满足电网调度需求时，即使在各电动汽车的电池完成均衡，依然控制控制电动汽车之间进行充放电，利用电能在传输、变换和存储过程中的损耗来消耗多余的电量，从而取代现有的泄能电阻，降低了成本，并且根据上述需要，直流母线无需追求过高电压等级(高电压等级可以减少线路损耗)，充电桩的双向变换器也无需追求很高的转换效率，性能参数的降低也将大大降低投资成本。
具体的，充电桩控制指令中的充电功率、放电功率、充电量和放电量是基于V2G调度指令中的总充电功率、总放电功率、总充电量和总放电量除以接入双向充电桩的电动汽车数量得到的。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车的V2G双层充放电控制方法，其特征在于：
当电网需要充电站充放电时，上级调度中心会先向充电站侧控制中心发送电力请求信息，其中电力请求信息包括充电请求信息或放电请求信息；
充电站侧控制中心接收电力请求信息，基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池状态信息，并控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，实现各电动汽车的电池状态均衡，其中电池状态包括剩余电量或可充电电量；
充电站侧控制中心基于均衡后的电池状态信息，并将其发送给上级调度中心；
上级调度中心根据接收到的电池状态信息以及电网调度需求，生成V2G调度指令发送给充电站侧控制中心，V2G调度指令包括充电站总充电功率、总充电量、总放电量或总放电功率；
充电站侧控制中心根据V2G调度指令以及接入双向充电桩的电动汽车数量，生成双向充电桩控制指令，控制双向充电桩的充放电，充电桩控制指令包括充电功率、放电功率、充电量或放电量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池可充电电量，当电动汽车的电池可充电电量最大值与最小值的差值大于第一预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第一预设值，结束均衡过程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
当电力请求信息为放电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池剩余电量，当电动汽车的电池剩余电量最大值与最小值的差值大于第二预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第二预设值，结束均衡过程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池可充电电量，计算电动汽车的电池可充电电量平均值，并将该可充电电量平均值发送给各充电桩，作为充放电的基准值，当电动汽车的电池可充电电量与该可充电电量平均值的差值大于第三预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第三预设值，结束均衡过程。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当电力请求信息为放电请求信息时，充电站侧控制中心基于已接入双向充电桩的电动汽车的电池剩余电量，计算电动汽车的电池剩余电量平均值，并将该剩余电量平均值发送给各充电桩，作为充放电的基准值，当电动汽车的电池剩余电量与该剩余电量平均值的差值大于第四预设值时，控制双向充电桩使电动汽车之间进行充放电，当差值小于第四预设值，结束均衡过程。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当电力请求信息为充电请求信息时，充电站侧控制中心完成均衡并上传均衡后的电池状态信息，上级调度中心基于接收到的电池状态信息判断当前电池总的可充电电量是否满足电网调度需求，若不满足则控制电动汽车之间进行充放电，利用电能在传输、变换和存储过程中的损耗来消耗多余的电量，直至电池总的可充电电量能够满足电网调需求，并且控制该过程结束时各电充汽车的电池依然处于均衡状态。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：充电桩控制指令中的充电功率、放电功率、充电量和放电量是基于V2G调度指令中的总充电功率、总放电功率、总充电量和总放电量除以接入双向充电桩的电动汽车数量得到的。
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