CN113452055B - 一种电网调峰调频方法、系统及电动汽车充放电调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网调峰调频方法、系统及电动汽车充放电调度系统，其中，所述方法包括：将实时采集的目标台区用电数据输入至用电预测模型中，得到所述目标台区的电量预测结果；根据所述电量预测结果判断所述目标台区下一时段的负荷需求；根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电。上述方法利用电动汽车作为电网储能设备，在用电低峰时段对电动汽车进行充电实现填谷，在用电高峰期间电动汽车对电网供电实现平峰，以对电动汽车充放电进行合理调度，实现城市电网调峰调频功能。

Description

一种电网调峰调频方法、系统及电动汽车充放电调度系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电网调峰调频方法、系统及电动汽车充放电调度系统。

背景技术

电动汽车由于其价格便宜，节能环保，已在国内大量普及使用，然而，当电动汽车在城市中普遍用于上下班通勤时，大量的电动汽车在上班时间同时到达办公园区，在下班时间同时到达居民住宅区，集中在同一时段同一配电网区域为电动汽车充电，易给原本的用电负荷高峰叠加更多的用电负荷，导致部分时段局部配电变压器过载，造成配电网潮流分布改变，有可能造成网络损耗和网络阻塞。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种电网调峰调频方法、系统及电动汽车充放电调度系统，通过对电动汽车充放电合理调度，实现城市电网调峰调频功能。

第一方面，本发明提供一种电网调峰调频方法，包括：

将实时采集的目标台区用电数据输入至用电预测模型中，得到所述目标台区的电量预测结果；根据所述电量预测结果判断所述目标台区下一时段的负荷需求；根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电。

可选的，所述电网调峰调频方法还包括：获取目标台区的用户用电数据、电网数据和历史气象数据；根据所述用户用电数据、所述电网数据和所述历史气象数据构建所述目标台区的用电预测模型。

可选的，所述用电预测模型为线性回归模型。

作为第一方面的进一步改进，所述根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电，具体为：当所述负荷需求高于基准值时，通过所述充电桩控制所述电动汽车停止充电，同时通过所述充电桩向电网放电；当所述负荷需求低于基准值时，控制所述充电桩停止向所述电网放电，同时通过所述充电桩对所述电动汽车充电。

可选的，所述电网调峰调频方法还包括：响应所述目标台区的调频指令，通过所述电动汽车的变流器控制车辆进行充电或放电，所述调频指令根据所述目标台区的所述负荷需求发出。

所述响应所述目标台区的调频指令，通过所述电动汽车的变流器控制车辆进行充电或放电，具体为：根据所述调频指令判断所述目标台区的电力系统频率；当所述电力系统频率下降时，减小所述电动汽车的充电量；其中，当所述电力系统频率下降幅度大于预设标准时，控制所述电动汽车通过所述充电桩向电网放电。

第二方面，本发明提供一种电网调峰调频系统，包括：

预测单元，用于将实时采集的目标台区用电数据输入至用电预测模型中，得到所述目标台区的电量预测结果；

判断单元，用于根据所述电量预测结果判断所述目标台区下一时段的负荷需求；

控制单元，用于根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电。

可选的，所述电网调峰调频系统还包括构建单元，用于获取目标台区的用户用电数据、电网数据和历史气象数据；根据所述用户用电数据、所述电网数据和所述历史气象数据构建所述目标台区的用电预测模型。

第三方面，本发明提供一种电动汽车充放电调度系统，包括：调控中心、主站模块、通信模块和充放电模块；所述通信模块包括无线基站、智能电表和双向电源控制器；所述充放电模块包括电动汽车以及与所述电动汽车连接的充电桩；所述电动汽车通过内部设置的无线终端与所述无线基站通信连接，所述无线基站通过光纤连接所述主站模块；所述充电桩通过所述双向电源控制器连接所述智能电表，所述智能电表通过电力线与所述主站模块进行载波通信；所述主站模块通过光传输通信设备连接所述调控中心。

可选的，所述充电桩、所述双向电源控制器以及所述智能电表通过电力线依次连接。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的电网调峰调频方法、系统及电动汽车充放电调度系统通过将电动汽车作为电网储能设备，在用电低峰时段对电动汽车进行充电实现填谷，在用电高峰期间电动汽车对电网供电实现平峰，以对电动汽车充放电进行合理调度，实现城市电网调峰调频功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例提供的电动汽车充放电调度系统的结构图；

图2是本发明实施例提供的电网调峰调频方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的电网调峰调频系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着电动汽车的广泛普及，越来越多人驾驶电动汽车用于上下班通勤，这些电动汽车通常仅在上下班路上的1到2小时内使用，其余时段均为闲置状态，因此，本发明考虑利用闲置期间的电动汽车作为电网储能设备，在深夜凌晨时段对电动汽车进行充电实现填谷，在白天或夜间用电高峰期间电动汽车对电网供电实现平峰，通过这种对电动汽车充放电合理调度的方式，实现城市电网调峰调频和备用的功能。

要实现对电动汽车的调度，首先需要搭建电动汽车控制通道，以实现对电动汽车蓄电池容量等运行状态的采集，以及充电桩开关、车辆充放电状态的控制。

因此，第一方面，本发明一个实施例提供一种电动汽车充放电调度系统，具体包括调控中心、主站模块、通信模块和充放电模块。

具体地，通信模块包括无线基站、智能电表和双向电源控制器；充放电模块包括电动汽车以及与所述电动汽车连接的充电桩；电动汽车通过内部设置的无线终端与无线基站通信连接，无线基站通过光纤连接主站模块；充电桩则通过双向电源控制器连接智能电表，智能电表通过电力线与所述主站模块进行载波通信；充电桩、双向电源控制器以及智能电表通过电力线依次连接；主站模块通过光传输通信设备连接所述调控中心。

其中，无线基站包括射频天线、射频拉远单元和基带处理单元。

在一个具体实施例中，电动汽车充放电调度系统的具体结构可划分为充电站侧、线路侧、配变侧和主站侧，如图1所示。

在充电站侧，配置有电动汽车以及为电动汽车充放电的充电桩，充电桩由双向电源控制器控制，通过电力线连接智能电表，再经智能断路器接入主站，其中，各智能断路器、智能电表均利用电力线载波进行通信，智能电表采集充电桩的电流、电压和频率等数据后，通过电力线上传至调控中心，由调控中心根据所接收的充电站侧数据发送充电桩充放电控制命令。

另一方面，电动汽车中安装有无线终端，无线终端接入至电力专用无线网关后，再通过馈线接入射频天线，实现与无线基站的信号连接，此时，电动汽车所安装的无线终端便可将电动汽车信息通过充电站的电力专用无线网关发送至调控中心。

具体地，电动汽车信息包括蓄电池组的充放电电流、电压、输入输出电能量、电池剩余容量、充电次数、模块温度、单体电池电压以及电动机输入电流和电压等。

在主站侧安装有电力无线核心路由器、交换机和无线基站，无线基站由基带处理单元、在楼顶安装的射频拉远单元和射频天线组成。

电力无线核心路由器通过光纤接入主站光传输通信设备，以接入电力专用光传输网络。

第二方面，为了通过实时对大量电动汽车充放电进行控制，以快速地实现调峰调频，如图2所示，本发明一个实施例提供一种电网调峰调频方法，包括下述步骤：

S11：将实时采集的目标台区用电数据输入至用电预测模型中，得到所述目标台区的电量预测结果。

首先，需获取目标台区的用户用电数据、电网数据和历史气象数据，再根据用户用电数据、电网数据和历史气象数据构建目标台区的用电预测模型。

具体地，需在电网系统数据资源内获取台区用电用户的档案信息，包括用户用电数据和电网数据，并从中获取特征数据，在本实施例中，所选取的特征包括台区标识、电费年月日时、公变用户数、公变总容量、交流220kV用户数、居民生活用户数、三类负荷用户数、所属城市、总容量、台区总用户数、无等级用户数、无阶梯用户数、一表一户用户数和专变总容量。

同时，还需获取电网系统外部的历史气象数据，包括地区天气数据，如最高气温、最低气温和气温差等。

完成数据获取后，对数据进行清理，清理流程包括修复异常值、填充缺失值以及删除重复值等。

其中，可通过对存在时间关系的连续型数据采用滑动平均值的方法进行缺失值填充；对于不存在时间关系的连续型数据则采用均值法进行填充；对于不确定的量采用前值(上一个)进行填充。

需要说明的是，考虑台区用户数据因变压器类型差异往往易呈现较大的供电量差异，本实施例对专变容量和公变容量两个字段进行处理，具体利用one-hot编码方式将两个字段的数据分成专变台区和公变台区两类。

另一方面，考虑气温不仅仅与供电量相关，还呈现季节性趋势：存在以年为周期的数据波动特征，因此，本实施例将台区的供电时间单独提取出来，并设置为用电数据的季节性特征之一。

完成数据处理后，对各特征占比进行进一步分析，并利用主成分析法得到昨日供电量、前日供电量、专变总容量、总容量以及最高平均温度等对目标贡献较大的字段，根据所得到的上述特征信息，选择历史供电量、气温情况和变压器容量等变量作为用电预测模型的初始输入特征。

可以理解的是，由于预测用电量的字段是连续型数据，且输入特征中包含名义型字段，如台区标识和所属城市等，因此，本实施例使用线性回归算法进行用电预测模型的构建。

本实施例将历史气象信息和台区用户电量信息结合，通过特征分析和主成分分析找到对台区用户电量有较大影响的输入因子，并建立线性回归模型用于台区用电预测。线性回归算法的运行速度大大优于M5P回归树，且不仅耗时少，还可从散点图中发现输入数据和输出结果存在一定的多元线性关系，从而提高用电预测结果的准确性。

S12：根据所述电量预测结果判断所述目标台区下一时段的负荷需求。

具体地，利用智能电表实时采集台区用户信息，作为用电预测模型的输入数据，进行台区负荷预测，得到电量预测结果。

利用所得到的用电预测模型可以分析该台区在未来的负载情况趋势，判断台区在未来出现重过载的可能性。

S13：根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电。

当所述负荷需求高于基准值时，通过所述充电桩控制所述电动汽车停止充电，同时通过所述充电桩向电网放电；当所述负荷需求低于基准值时，控制所述充电桩停止向所述电网放电，同时通过所述充电桩对所述电动汽车充电。

本实施例设置削峰填谷为调峰目标，当预测台区将出现过载情况时，逐批量分散控制电动汽车停止充电，并过渡至使电动汽车向电网放电，从而提升该台区的供电量，降低该台区用电负荷；当预测台区将出现用电低谷时，逐批量分散控制电动汽车停止向电网放电，并过渡至电动汽车充电，从而提升该台区的负荷，降低该台区供电量。

城市的电动汽车充电站往往设置在市中心商业区和居住区，即用电负荷密集区，调峰线损少，本实施例通过对大量电动汽车充放电进行实时控制，从而快速实现调峰，实现平滑负荷曲线的调峰目标。

进一步地，本实施例设置电动汽车在受控状态下进行上调功率和下调功率，且上调和下调功率可以不受限制的交替进行，响应速度快，因而当电动汽车参与二次调频时，既可输出有功功率，又可吸收有功功率。

具体地，可通过控制大量电动汽车同时响应调频指令实现电网调频，当电动汽车分散接入充电桩时，通过无线终端接收调控中心的发出的自动发电控制(AGC)信号，通过电动汽车调频控制变流器控制车辆充放电，以辅助电力系统二次调频。

当电力系统频率下降时，减小电动汽车充电量以减小负荷，在频率下降幅度较大时，控制电动汽车集中向电网放电来增加供电量，当系统频率上升时，控制电动汽车集中充电。

需要说明的是，本发明一个实施例还可设置电动汽车作为储能设备，在电网需紧急用电时，将电动汽车作为瞬时备用电源，向电网提供电能。

具体地，要实现电动汽车的备用电源功能，需大量电动汽车同时响应备用，使电动汽车分散接入充电桩，再通过无线终端接收调控中心的备用调度指令，集中向电网放电。

城市电动汽车往往距离负荷点近，比起传统的发电备用，具备响应速度更快、更经济且更可靠的优势，还可有效减少电力系统备用投资。

如图3所示，第三方面，本发明提供一种电网调峰调频系统，包括预测单元101、判断单元102和控制单元103。

预测单元101用于将实时采集的目标台区用电数据输入至用电预测模型中，得到所述目标台区的电量预测结果。

判断单元102用于根据所述电量预测结果判断所述目标台区下一时段的负荷需求。

控制单元103用于根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电。

上述系统内的各单元之间信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本发明通过采集电动汽车信息并预测台区用电负荷，再根据预测结果控制电动汽车充放电，实现了城市电网更高效地调峰调频和备用。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电网调峰调频方法，其特征在于，包括：

获取目标台区的用户用电数据、电网数据和历史气象数据；

根据所述用户用电数据、所述电网数据和所述历史气象数据构建所述目标台区的用电预测模型；

将实时采集的目标台区用电数据输入至用电预测模型中，得到所述目标台区的电量预测结果；所述用电预测模型为线性回归模型；

根据所述电量预测结果判断所述目标台区下一时段的负荷需求；

根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电；

所述根据所述用户用电数据、所述电网数据和所述历史气象数据构建所述目标台区的用电预测模型，包括：

根据所述用户用电数据和所述电网数据获取特征数据；

对所述特征数据和所述历史气象数据进行清理；

利用主成分析法对所述清理后的特征数据和历史气象数据进行分析，获得昨日供电量、前日供电量、专变总容量、总容量以及最高平均温度；

根据所述昨日供电量、前日供电量、专变总容量、总容量以及最高平均温度，选择历史供电量、气温情况和变压器容量作为用电预测模型的初始输入特征。

2.根据权利要求1所述的电网调峰调频方法，其特征在于，所述根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电，具体为：

当所述负荷需求高于基准值时，通过所述充电桩控制所述电动汽车停止充电，同时通过所述充电桩向电网放电；

当所述负荷需求低于基准值时，控制所述充电桩停止向所述电网放电，同时通过所述充电桩对所述电动汽车充电。

3.根据权利要求1所述的电网调峰调频方法，其特征在于，还包括：

响应所述目标台区的调频指令，通过所述电动汽车的变流器控制车辆进行充电或放电，所述调频指令根据所述目标台区的所述负荷需求发出。

4.根据权利要求3所述的电网调峰调频方法，其特征在于，所述响应所述目标台区的调频指令，通过所述电动汽车的变流器控制车辆进行充电或放电，具体为：

根据所述调频指令判断所述目标台区的电力系统频率；

当所述电力系统频率下降时，减小所述电动汽车的充电量；其中，

当所述电力系统频率下降幅度大于预设标准时，控制所述电动汽车通过所述充电桩向电网放电。

5.一种电网调峰调频系统，其特征在于，包括：

预测单元，用于将实时采集的目标台区用电数据输入至用电预测模型中，得到所述目标台区的电量预测结果；

判断单元，用于根据所述电量预测结果判断所述目标台区下一时段的负荷需求；

控制单元，用于根据所述负荷需求控制所述目标台区内连接充电桩的电动汽车充电或放电；

构建单元，用于获取目标台区的用户用电数据、电网数据和历史气象数据；根据所述用户用电数据、所述电网数据和所述历史气象数据构建所述目标台区的用电预测模型，具体为：根据所述用户用电数据和所述电网数据获取特征数据；

对所述特征数据和所述历史气象数据进行清理；

利用主成分析法对所述清理后的特征数据和历史气象数据进行分析，获得昨日供电量、前日供电量、专变总容量、总容量以及最高平均温度；

根据所述昨日供电量、前日供电量、专变总容量、总容量以及最高平均温度，选择历史供电量、气温情况和变压器容量作为用电预测模型的初始输入特征。

6.一种电动汽车充放电调度系统，运用权利要求1-4任一所述的电网调峰调频方法，其特征在于，包括：调控中心、主站模块、通信模块和充放电模块；

所述通信模块包括无线基站、智能电表和双向电源控制器；

所述充放电模块包括电动汽车以及与所述电动汽车连接的充电桩；

所述电动汽车通过内部设置的无线终端与所述无线基站通信连接，所述无线基站通过光纤连接所述主站模块；

所述充电桩通过所述双向电源控制器连接所述智能电表，所述智能电表通过电力线与所述主站模块进行载波通信；

所述主站模块通过光传输通信设备连接所述调控中心。

7.根据权利要求6所述的电动汽车充放电调度系统，其特征在于，所述充电桩、所述双向电源控制器以及所述智能电表通过电力线依次连接。

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