CN113022361B - 电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法 - Google Patents

电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法，基于有序充电方法的有序充电系统包括：充电桩、充放电控制器、断路器和充放电管理终端，充电桩与断路器连接，充放电控制器分别与充电桩和断路器通信连接；充放电管理终端与充放电控制器通信连接，充放电管理终端根据电动汽车的参量数据和可响应负荷预测值，得到充电数列组合，根据得到的充电数列组合进行有序充电控制；本公开满足了电力需求响应，提高了电网供电的效率和供电的经济性，降低了电网负荷，减少了电网波动，提高了供电的安全稳定性，起到很好的削峰填谷的作用。

Description

电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法
技术领域
本公开涉及电动汽车充电控制技术领域，特别涉及一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着新能源电动汽车的加速发展，新能源电动汽车充电负荷规模越来越大。
但是，发明人发现，电动汽车接入电网会对电力系统带来巨大的影响，主要包括：
(1)新能源电动汽车充电网络具有较大的偶然性和不可预测性，将加大电网控制的难度；影响传统配电网安全、可靠及经济供电；
(2)大量新能源电动汽车充电系统直接接入配电网，将影响配网供电设备的利用率、配网损耗、配网供电质量、配网静态安全以及暂动态稳定等；
(3)现有电动汽车的充电策略主要是自由充电模式，大规模电动汽车接入配电网自由充电时，会产生电网高峰负荷增加、电压偏移及波动加大、供电效率及经济性下降、影响配网安全稳定等一系列问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法，满足了电力需求响应，提高了电网供电的效率和供电的经济性，降低了电网负荷，减少了电网波动，提高了供电的安全稳定性，起到很好的削峰填谷的作用。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电系统。
一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电系统，包括：充电桩、充放电控制器、断路器和充放电管理终端，充电桩与断路器连接，充放电控制器分别与充电桩和断路器通信连接；
充放电管理终端与充放电控制器通信连接，充放电管理终端根据电动汽车的参量数据和可响应负荷预测值，得到充电数列组合，根据得到的充电数列组合进行有序充电控制。
本公开第二方面提供了一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法。
一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法，包括以下过程：
获取电动汽车和充电桩的参量数据；
根据获取的参量数据，利用基于密度的聚类方法对用车和充电行为进行分类；
根据分类结果和电动汽车的参量数据，进行电动汽车可响应负荷预测；
根据电动汽车的参量数据和可响应负荷预测值，得到充电数列组合，根据得到的充电数列组合进行有序充电控制。
作为可选的实施方式，根据充电桩采集的用户车辆入网时间、离开时间、开始充电时间和结束充电时间，利用基于密度的聚类方法进行用车行为和充放电行的聚类。
作为可选的实施方式，电动汽车离开的时间与电力需求响应结束时间的差值大于或等于电动汽车从最低电量到目标电量的充电时长时，电动汽车的可响应负荷为：电动汽车入网时剩余的电量与电动汽车的放电最低电量的差值。
作为可选的实施方式，电动汽车离开的时间与电力需求响应结束时间的差值小于电动汽车从最低电量到目标电量的充电时长时，电动汽车的可响应负荷为：
电动汽车离开的时间与电力需求响应结束时间的差值与电动汽车充电功率和电动汽车充电效率三者的乘积，再同入网时剩余的电量与电动汽车的放电最低电量的差值的加和。
作为可选的实施方式，当电动汽车离网时间与电力需求响应结束时间的差值小于或等于零时，根据入网时间递增组成第一数列。
进一步的，当电动汽车离网时间与电力需求响应结束时间的差值大于零，且小于电动车在需求响应时间段的充电时长时；
电动汽车停止充电在在时刻充电，根据/>时间递增组成第二数列，/>为第i辆电动汽车离网时间，qi g为i辆电动汽车用户目标电量，Pi c为第i辆电动汽车充电功率，η为电动汽车充电效率，/>为第i辆电动汽车在需求响应时间段入网时剩余的电量；
当电动汽车离网时间与电力需求响应的结束时间的差值大于或等于电动汽车在电力需求响应时段内的充电时长时，电动汽车停止充电，并在电力需求响应结束后的时刻充电，按照/>时间递增组成第三充电数列，/>为第i辆电动汽车离网时间，qi g为i辆电动汽车用户目标电量，Pi c为第i辆电动汽车充电功率，η为电动汽车充电效率，/>为第i辆电动汽车在需求响应时间段入网时剩余的电量；
电动汽车依次按照第一充电序列、第二充电序列和第三充电序列的顺序进行有序充电控制。
本公开第三方面提供了一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电系统。
一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取电动汽车和充电桩的参量数据；
行为分类模块，被配置为：根据获取的参量数据，利用基于密度的聚类方法对用车和充电行为进行分类；
负荷预测模块，被配置为：根据分类结果和电动汽车的参量数据，进行电动汽车可响应负荷预测；
充电控制模块，被配置为：根据电动汽车的参量数据和可响应负荷预测值，得到充电数列组合，根据得到的充电数列组合进行有序充电控制。
本公开第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第二方面所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法中的步骤。
本公开第五方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第二方面所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，满足了电力需求响应，提高了电网供电的效率和供电的经济性，降低了电网负荷，减少了电网波动，提高了供电的安全稳定性，起到很好的削峰填谷的作用。
2、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，获取不同类别的电动汽车的充放电行为和用车行为，然后将不同类别的充放电行为和用车行为进行组合，将电动汽车划分为不同类别，最后计算不同类别的电动汽车的可用负荷，极大的提高了可用负荷的准确性，进而进一步的提高了有序充电控制的精度。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1提供的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本公开实施例1提供了一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电系统，包括电网、断路器、充电桩、充电控制器、电动汽车、电动汽车充电管理平台。
当电动汽车充电管理平台收到电网的需求侧响应信号，管理平台根据电网需求侧响应负荷的数值大小，与电动汽车所能响应的负荷预测值进行分析，然后电动汽车充电管理平台再给充电控制器发送充电或不充电指令，利用断路器来控制电动汽车充电行为。
充电桩具备以下能力：
1)电动汽车充电行为信息采集能力，采集信息包括电动汽车的入网时间和离网时间、接入充电桩时剩余电量、当前电量、电动汽车充电电量等信息；具备显示指示单元，能显示运行和充电状态，并具备过流、短路、漏电保护等功能。
2)与充电控制器双向信息传输能力，将采集信息传输到充电控制器进行数据存储，并可以接受充电控制器发出的控制信号，进行电动汽车充电断路器的通断。
充电控制器具备以下能力：
1)与充电桩进行双向传输的能力，可以接受充电桩采集到的信息，有监控和管理信息数据的能力；可以给充电桩发送电价调整、参数设置和控制指令等功能。
2)可以与电动汽车充电管理平台进行双向传输的能力，可以把数据传输给电动汽车充电管理平台，也可以接受电动汽车充电管理平台发出的控制指令。
3)具有控制充电断路器通断的能力。
电动汽车充电管理平台具备以下能力：
1)可以与电网平台、充电控制器、双电源开关控制器等进行双向通信，并能根据所获得的数据进行电动汽车用车行为和充电行为分类、可响应负荷预测等。
2)合理安排各充电桩充电状态、充电功率等。
信息流程：用户将电动汽车接入电网后，充电桩会采集用户的入网、离网时间和入网剩余电量、离网目标电量，充电控制器将这些信息发送到电动汽车充电管理平台。在接入电网的时间内，电动汽车处于可调度状态，其充电行为受电动汽车充电管理平台控制。电动汽车充电管理平台在保证按时完成所有车辆充电任务的前提下制定基于充电桩电力需求响应有序充电策略。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法，包括以下步骤：
步骤1：利用基于密度的聚类方法(DBSCAN)对电动汽车用户用车和充电行为进行分类。
步骤2：根据聚类结果和电动汽车的相关参量，进行电动汽车可响应负荷预测计算。
步骤3：根据电动汽车相关参数，电动汽车形成充电数列组合，有序充电。
具体的，包括以下内容：
(1)电动汽车类别划分
根据充电桩采集的用户车辆入网时间、离开时间、开始充电时间、结束充电时间，利用基于密度的聚类方法(DBSCAN)用户的用车行为和充放电行为进行聚类分析：
假设电力需求响应开始时间为结束时间为td o，采集天数为N1天，根据用户用车行为和充放电行为的特点，假设N1天有m个星期，第i辆开始充电时间为/>结束充电时间为第i辆电动汽车入网时间/>时和离开时间/>时(/>和/>计算方法，采集h时min分，)。
电动汽车分类方法如下：
假设采集周d第i汽车的数据集如下所示：
并该数据矩阵的列的中位数作为第i辆汽车的用户用车行为和充放电行为特征，参与DBSCAN聚类分析。
第i辆电动汽车在m个周d的特征数据如下：
式中，medium(x)表示x的中位数。
周d所有汽车的特征数据组合为Dd参与DBSCAN的聚类分析，Dd的表示如下：
DBSCAN输入：Dd；
DBSCAN输出：电动汽用户用车和充放电行为的分类。
(2)电动汽车可响应的负荷预测
根据聚类结果，可得出在建筑物应急供电阶段的电动汽车数量、时间、充电量等信息。第i辆电动汽车在时间段入网时剩余的电量特征值为/>第i辆电动汽车用户目标电量特征值为qi g，第i辆电动汽车在/>时刻的电量特征值为qi d，第i辆电动汽车可响应负荷/>第i辆电动汽车充电功率Pi c，电动汽车充电效率为η，第i辆电动汽车离开的时间特征值为/>根据聚类在/>阶段电动汽车的数量为n，第i辆电动汽车在/>充电时长则满足以下关系：
若则：
若则：
电动汽车可响应的负荷即为电动汽车可响应的预测负荷，在电力需求阶段电动汽车可响应的负荷是：
说明：若不计入运算或计0。
电动汽车充放电管理平台，输入电动汽车的变量，就可以输出在阶段电动汽车可响应预测负荷，如下：
输入：η、/>
输出：Qd s
(3)电力需求响应下电动汽车有序充电策略
1)若电动汽车继续充电，根据入网时间递增组成数列D1；
2)若电动汽车停止充电在在/>时刻充电，根据时间递增组成数列D2；
3)若电动汽车停止充电在/>后充电，根据/>时间递增组成数列D3。
根据以上分类，电动汽车依次按照D1、D2、D3顺序和相关的要求进行有序充电。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取电动汽车和充电桩的参量数据；
行为分类模块，被配置为：根据获取的参量数据，利用基于密度的聚类方法对用车和充电行为进行分类；
负荷预测模块，被配置为：根据分类结果和电动汽车的参量数据，进行电动汽车可响应负荷预测；
充电控制模块，被配置为：根据电动汽车的参量数据和可响应负荷预测值，得到充电数列组合，根据得到的充电数列组合进行有序充电控制。
所述系统的工作方法与实施例1提供的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法相同，这里不再赘述。
实施例4：
本公开实施例4提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例2所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法中的步骤。
实施例5：
本公开实施例5提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例2所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法，其特征在于：包括以下过程：
获取电动汽车和充电桩的参量数据；
根据获取的参量数据，利用基于密度的聚类方法对用车和充电行为进行分类；
根据分类结果和电动汽车的参量数据，进行电动汽车可响应负荷预测；
根据电动汽车的参量数据和可响应负荷预测值，得到充电数列组合，根据得到的充电数列组合进行有序充电控制；
当电动汽车离网时间与电力需求响应结束时间的差值小于或等于零时，根据入网时间递增组成第一数列；
当电动汽车离网时间与电力需求响应结束时间的差值大于零，且小于电动车在需求响应时间段的充电时长时；
电动汽车停止充电在时刻充电，根据/>时间递增组成第二数列，/>为第i辆电动汽车离网时间，qi g为i辆电动汽车用户目标电量，Pi c为第i辆电动汽车充电功率，η为电动汽车充电效率，/>为第i辆电动汽车在需求响应时间段入网时剩余的电量；
当电动汽车离网时间与电力需求响应的结束时间的差值大于或等于电动汽车在电力需求响应时段内的充电时长时，电动汽车停止充电，并在电力需求响应结束后的时刻充电，按照/>时间递增组成第三充电数列，/>为第i辆电动汽车离网时间，qi g为i辆电动汽车用户目标电量，Pi c为第i辆电动汽车充电功率，η为电动汽车充电效率，/>为第i辆电动汽车在需求响应时间段入网时剩余的电量；
电动汽车依次按照第一充电序列、第二充电序列和第三充电序列的顺序进行有序充电控制。
2.如权利要求1所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法，其特征在于：
根据充电桩采集的用户车辆入网时间、离开时间、开始充电时间和结束充电时间，利用基于密度的聚类方法进行用车行为和充放电行的聚类。
3.如权利要求1所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法，其特征在于：
电动汽车离开的时间与电力需求响应结束时间的差值大于或等于电动汽车从最低电量到目标电量的充电时长时，电动汽车的可响应负荷为：电动汽车入网时剩余的电量与电动汽车的放电最低电量的差值。
4.如权利要求1所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法，其特征在于：
电动汽车离开的时间与电力需求响应结束时间的差值小于电动汽车从最低电量到目标电量的充电时长时，电动汽车的可响应负荷为：
电动汽车离开的时间与电力需求响应结束时间的差值与电动汽车充电功率和电动汽车充电效率三者的乘积，再同入网时剩余的电量与电动汽车的放电最低电量的差值的加和。
5.一种电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电系统，其特征在于：包括：
数据获取模块，被配置为：获取电动汽车和充电桩的参量数据；
行为分类模块，被配置为：根据获取的参量数据，利用基于密度的聚类方法对用车和充电行为进行分类；
负荷预测模块，被配置为：根据分类结果和电动汽车的参量数据，进行电动汽车可响应负荷预测；
充电控制模块，被配置为：根据电动汽车的参量数据和可响应负荷预测值，得到充电数列组合，根据得到的充电数列组合进行有序充电控制；
当电动汽车离网时间与电力需求响应结束时间的差值小于或等于零时，根据入网时间递增组成第一数列；
当电动汽车离网时间与电力需求响应结束时间的差值大于零，且小于电动车在需求响应时间段的充电时长时；
电动汽车停止充电在时刻充电，根据/>时间递增组成第二数列，/>为第i辆电动汽车离网时间，qi g为i辆电动汽车用户目标电量，Pi c为第i辆电动汽车充电功率，η为电动汽车充电效率，/>为第i辆电动汽车在需求响应时间段入网时剩余的电量；
当电动汽车离网时间与电力需求响应的结束时间的差值大于或等于电动汽车在电力需求响应时段内的充电时长时，电动汽车停止充电，并在电力需求响应结束后的时刻充电，按照/>时间递增组成第三充电数列，/>为第i辆电动汽车离网时间，qi g为i辆电动汽车用户目标电量，Pi c为第i辆电动汽车充电功率，η为电动汽车充电效率，/>为第i辆电动汽车在需求响应时间段入网时剩余的电量；
电动汽车依次按照第一充电序列、第二充电序列和第三充电序列的顺序进行有序充电控制。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求2-4任一项所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法中的步骤。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求2-4任一项所述的电力需求响应条件下基于充电桩的有序充电方法中的步骤。
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