CN113997820B - 响应电网协同控制的充换电站有功控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制方法，方法包括如下步骤：收集充电桩当前充电功率、最大充电功率以及电动汽车电池剩余电量SOC；对单台充电桩调节能力分析；对充换电站调节能力分析；将对单台充电桩调节能力分析的结果以及对充换电站调节能力分析的结果上传给源网荷储协同控制系统；接收由源网荷储协同控制系统发送的用电调节指令；基于用电调节指令计算用电功率调节差额；用电功率调节差额分配并计算各充电桩充电功率；向各充电桩发送充电功率调节指令。本发明针对响应电网源网荷储协同控制的充换电站，提供一种高效可靠的有功自动控制方法及系统，分析自身有功调控能力，响应电网源网荷储协同控制调度指令，协同调度系统共同维护电网安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明是关于电力系统运行控制技术领域，特别是关于一种响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制方法及系统。
背景技术
随着电动汽车规模化推广，电动汽车充电负荷带来的不可控电力需求有可能给电力系统造成较大的负担，尤其集中时段大规模充电对电网冲击不可忽视。与此同时，电动汽车也是高度灵活的移动储能单元，具有功率平滑可调、响应速度快、短时暂停供电影响小、夜间用电可控时间长等优点，在调整用电负荷特性、消纳可再生能源、削峰填谷等方面潜力巨大。如何调动充换电站积极参与有序用电已成为电网需求侧响应的重要研究课题，该应用场景下充换电站对充电桩充电功率的调整仅基于分时电价下的经济优化控制，而参与电网源网荷储协同控制以共同维护电网稳定的技术研究也将随着电动汽车爆发性增长日益重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
收集充电桩当前充电功率、最大充电功率以及电动汽车电池剩余电量SOC；
对单台充电桩调节能力分析；
对充换电站调节能力分析；
将对单台充电桩调节能力分析的结果以及对充换电站调节能力分析的结果上传给源网荷储协同控制系统；
接收由源网荷储协同控制系统发送的用电调节指令；
基于用电调节指令计算全站用电功率调节差额；
判断所述用全站电功率调节差额是否大于死区值；
如果所述用全站电功率调节差额大于死区值，则对各充电桩进行功率调节差额分配；
判断所述各充电桩所分配的功率调节差额是否大于死区值；
如果所述各充电桩所分配的功率调节差额大于死区值，则计算各充电桩充电功率；
向各充电桩发送充电功率调节指令。
在一优选的实施方式中，其中，对单台充电桩调节能力分析包括如下步骤：
对充电桩的最大充电功率进行分析，当充电桩当前所接电动汽车电池剩余电量SOC在允许充电范围内，其最大可充电功率为电动汽车最大可充电功率，当充电桩未接电动汽车或电动汽车当前SOC超出允许充电范围则最大可充电功率为0；
其中，Pimax为第i台充电桩最大可充电功率，SOCi为充电桩对应电动汽车当前电池剩余电量，SOCimax为电池最大允许剩余电量。
在一优选的实施方式中，其中，对充换电站调节能力分析包括如下步骤：
确定充换电站最小用电功率、充换电站最大用电功率以及可增可减用电功率，
其中，确定充换电站最小用电功率包括：
所有充电桩最小用电功率为0，此时整个充换电站最小用电功率为站内综合用电，站内综合用电通过当前充换电站总用电功率与各充电桩充电功率总和的差值计算获得：
其中Pmin为充换电站最小用电功率，Ppcc为充换电站当前并网用电功率，Pi为第i台充电桩当前充电功率；
其中，确定充换电站最大用电功率包括：
充换电站最大用电功率计算如下：
其中，Pmaxi为第i台充电桩最大充电功率；
其中，确定可增可减用电功率包括：
可增用电功率为充换电站最大用电功率与当前用电功率之差：
可减用电功率为充换电站当前用电功率与最小用电功率之差：
在一优选的实施方式中，其中，基于用电调节指令计算用电功率调节差额包括如下步骤：
充换电站用电功率调节差额为源网荷储协同控制系统的调节期望值与当前实际用电功率之间的差额，所述差额反映了源网荷储协同控制系统对充换电站的用电调整程度，所述差额计算公式如下：
ΔP＝Pd-Ppcc
其中，Pd为源网荷储协同控制系统的调节期望值。当ΔP小于0时，要求充换电站少用电即减小充电桩的充电功率，当ΔP大于0时，充换电站可增加用电即增加充电桩的充电功率。
在一优选的实施方式中，计算各充电桩充电功率包括如下步骤：
充电桩功率分配公式如下：
其中，Pi-t为第i个充电桩在进行功率分配后的有功功率期望值，考虑充电桩的最大最小充电功率，修改后的充电功率调节目标值Paim为：
本发明提供了一种响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制系统，其特征在于，所述系统包括有功自动控制系统，所述有功自动控制系统被配置为进行以下操作：
收集充电桩当前充电功率、最大充电功率以及电动汽车电池剩余电量SOC；
对单台充电桩调节能力分析；
对充换电站调节能力分析；
将对单台充电桩调节能力分析的结果以及对充换电站调节能力分析的结果上传给源网荷储协同控制系统；
接收由源网荷储协同控制系统发送的用电调节指令；
基于用电调节指令计算全站用电功率调节差额；
判断所述全站用电功率调节差额是否大于死区值；
如果所述全站用电功率调节差额大于死区值，则对各充电桩进行功率调节差额分配；
判断所述各充电桩所分配的功率调节差额是否大于死区值；
如果所述各充电桩所分配的功率调节差额大于死区值，则计算各充电桩充电功率；
向各充电桩发送充电功率调节指令。
在一优选的实施方式中，其中，对单台充电桩调节能力分析包括如下步骤：
对充电桩的最大充电功率进行分析，当充电桩当前所接电动汽车电池剩余电量SOC在允许充电范围内，其最大可充电功率为电动汽车最大可充电功率，当充电桩未接电动汽车或电动汽车当前SOC超出允许充电范围则最大可充电功率为0；
其中，Pimax为第i台充电桩最大可充电功率，SICi为充电桩对应电动汽车当前电池剩余电量，SOCimax为电池最大允许剩余电量。
在一优选的实施方式中，其中，对充换电站调节能力分析包括如下步骤：
确定充换电站最小用电功率、充换电站最大用电功率以及可增可减用电功率，
其中，确定充换电站最小用电功率包括：
所有充电桩最小用电功率为0，此时整个充换电站最小用电功率为站内综合用电，站内综合用电通过当前充换电站总用电功率与各充电桩充电功率总和的差值计算获得：
其中Pmin为充换电站最小用电功率，Ppcc为充换电站当前并网用电功率，Pi为第i台充电桩当前充电功率；
其中，确定充换电站最大用电功率包括：
充换电站最大用电功率计算如下：
其中，Pmaxi为第i台充电桩最大充电功率；
其中，确定可增可减用电功率包括：
可增用电功率为充换电站最大用电功率与当前用电功率之差：
可减用电功率为充换电站当前用电功率与最小用电功率之差：
在一优选的实施方式中，其中，基于用电调节指令计算用电功率调节差额包括如下步骤：
充换电站用电功率调节差额为源网荷储协同控制系统的调节期望值与当前实际用电功率之间的差额，所述差额反映了源网荷储协同控制系统对充换电站的用电调整程度，所述差额计算公式如下：
ΔP＝Pd-Ppcc
其中，Pd为源网荷储协同控制系统的调节期望值。当ΔP小于0时，要求充换电站少用电即减小充电桩的充电功率，当ΔP大于0时，充换电站可增加用电即增加充电桩的充电功率。
在一优选的实施方式中，计算各充电桩充电功率包括如下步骤：
充电桩功率分配公式如下：
其中，Pi-t为第i个充电桩在进行功率分配后的有功功率期望值，考虑充电桩的最大最小充电功率，修改后的充电功率调节目标值Paim为：
与现有技术相比，本发明具有如下优点，本发明针对响应电网源网荷储协同控制的充换电站，提供一种高效可靠的有功自动控制方法及系统，分析自身有功调控能力，响应电网源网荷储协同控制调度指令，协同调度系统共同维护电网安全稳定运行。
附图说明
图1为响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制系统框架图。
图2为响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
为了实现上述目的，本发明中充换电站有功控制系统(简称有功自动控制系统)首先需评估充换电站各充电桩当前电动汽车充电能力以及整个充换电站有功调节能力，随后向源网荷储协同控制系统上传本站调节能力信息，并接受源网荷储协同控制系统下发的用电功率调节指令，最后根据电动汽车电池充电情况分解有功调度指令并向充电桩下发各自充电功率，实现充换电站作为可调柔性负荷与源网荷储协同控制系统的互动控制。
如图2所示，本发明的方法包括如下步骤：
首先，有功自动控制系统采集充换电站中所有充电桩的实时运行信息，并对每台充电桩的调节能力进行分析。
其次，有功自动控制系统基于每台充电桩的调节能力分析充换电站全站调节能力，并向源网荷储协同控制系统上传充换电站当前运行信息以及有功调节能力信息。
进一步的，当有功自动控制系统接收到源网荷储协同控制系统有功调节指令后，根据充换电站当前用电情况计算用电功率调节差额，如果调节差额小于死区值，则说明当前用电与调节指令接近无需调整充电桩的用电情况。否则根据各充电桩最大充电功率、剩余容量SOC等因数向所有充电桩分配调节差额。
进一步的，当充电桩分配后的功率调节差额较小则保持该充电桩充电功率不变，但需把该功率差额分配到SOC较大(减负荷时)或SOC较小(增负荷时)的充电桩上。计算各充电桩充电功率后下发有功控制指令。
响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功控制系统框架如附图1所示。包含充电桩与电动汽车的信息交互、有功自动控制系统与充电桩的信息交互、有功自动控制系统与源网荷储协同控制系统的信息交互。
其中，充电桩与电动汽车的信息交互包括：电动汽车通过CAN总线将电池最大可充电电压、最大可充电电流、电池剩余电量SOC(％)等信息传递给充电桩。当充电桩未接电动汽车时，其对应的电动汽车最大充电电压、最大充电电流、电池剩余电量SOC等均为零值，充电桩也无调节能力。
其中，有功自动控制系统与充电桩的信息交互包括：有功自动控制系统接收充电桩当前充电功率、最大充电功率、电动汽车电池剩余电量SOC等信息，并对充电桩下发有功功率调节指令。
其中，有功自动控制系统与源网荷储协同控制系统的信息交互包括：有功自动控制系统向源网荷储协同控制系统上送充换电站当前有功功率、最大有功功率、最小有功功率、可增用电功率、可减用电功率等信息，并接收源网荷储协同控制系统下发的有功功率调节指令。
在一个实施例中，有功自动控制系统对单台充电桩调节能力分析包括：
有功自动控制系统对单台充电桩调节能力分析主要是对充电桩的最大充电功率进行分析，当充电桩当前所接电动汽车电池剩余电量SOC在允许充电范围内，其最大可充电功率为电动汽车最大可充电功率，当充电桩未接电动汽车或电动汽车当前SOC超出允许充电范围则最大可充电功率为0。
其中，Pimax为第i台充电桩最大可充电功率，SOCi为充电桩对应电动汽车当前电池剩余电量，SOCimax为电池最大允许剩余电量。
在一个实施例中，有功自动控制系统对充换电站调节能力分析包括：
有功自动控制系统根据所有充电桩当前运行情况汇总分析充换电站整体调节能力，其具体包括：充换电站最小用电功率、充换电站最大用电功率以及可增可减用电功率的确定，
在一个实施例中，充换电站最小用电功率具体为：
由于充电桩对电动汽车功率有效调节范围为0到最大充电功率，因此在电网需要时可临时停止对充电桩的全部用电，即所有充电桩最小用电功率为0，此时整个充换电站最小用电功率仅为站内综合用电，站内综合用电可通过当前充换电站总用电功率与各充电桩充电功率总和的差值计算获得。
其中Pmin为充换电站最小用电功率，Ppcc为充换电站当前并网用电功率，Pi为第i台充电桩当前充电功率。
在一个实施例中，充换电站最大用电功率具体为：
充换电站最大用电功率既需要考虑各充电桩的最大充电功率，也需要考虑站内综合用电，由于站内综合用电可由充换电站最小用电功率表征，即充换电站最大用电功率计算如下：
其中，Pmaxi为第i台充电桩最大充电功率。
在一个实施例中，可增可减用电功率具体为：
可增可减用电功率将协助源网荷储协同控制系统分析各充换电站作为柔性负荷的上下可调备用容量。
可增用电功率为充换电站最大用电功率与当前用电功率之差。
可减用电功率为充换电站当前用电功率与最小用电功率之差。
在一个实施例中，有功自动控制系统对充电桩功率分配具体为：
当有功自动控制系统接收到源网荷储协同控制系统下发用电调节指令后，首先计算需要调节功率差额，再根据各充电桩最大充电功率、剩余容量SOC等因数向所有充电桩分配功率差额。
在一个实施例中，用电功率调节差额基于以下步骤确定：
充换电站用电功率调节差额为源网荷储协同控制系统的调节期望值与当前实际用电功率之间的差额，该差额反映了源网荷储协同控制系统对充换电站的用电调整程度。
ΔP＝Pd-Ppcc
其中，Pd为源网荷储协同控制系统的调节期望值。当ΔP小于0时，要求充换电站少用电即减小充电桩的充电功率，当ΔP大于0时，充换电站可增加用电即增加充电桩的充电功率。
在一个实施例中，充电桩功率分配基于以下步骤确定：
对充电桩的功率分配考虑各充电桩的最大充电功率、所接电动汽车电池剩余电量SOC，当ΔP大于0即增加充电桩用电时，为满足剩余电量小的电动汽车能分配较大的充电功率，充电桩功率分配原则上充电桩最大充电功率越大、电动汽车电池剩余电量SOC越小则分配的差额越多。而当ΔP小于0即减小充电桩用电时，为同样满足剩余电量小的电动汽车能分配较大的充电功率，充电桩功率分配原则将改为充电桩最大充电功率越大、电动汽车电池剩余电量SOC越大则分配的差额越多。充电桩功率分配公式如下：
其中Pi-t为第i个充电桩在进行功率分配后的有功功率期望值。考虑充电桩的最大最小充电功率，修改后的充电功率调节目标值Paim为：
应当理解的是，在本发明的各种实施例中，上述各过程的撰写的先后顺序并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (6)
1.一种响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
收集充电桩当前充电功率、最大充电功率以及电动汽车电池剩余电量SOC；
对单台充电桩调节能力分析，包括如下步骤：
对充电桩的最大充电功率进行分析，当充电桩当前所接电动汽车电池剩余电量SOC在允许充电范围内，其最大可充电功率为电动汽车最大可充电功率，当充电桩未接电动汽车或电动汽车当前SOC超出允许充电范围则最大可充电功率为0；
其中，Pimax为第i台充电桩最大可充电功率，SOCi为充电桩对应电动汽车当前电池剩余电量，SOCimax为电池最大允许剩余电量；
对充换电站调节能力分析，包括如下步骤：
确定充换电站最小用电功率、最大用电功率以及可增可减用电功率，
其中，确定充换电站最小用电功率包括：
所有充电桩最小用电功率为0，此时整个充换电站最小用电功率为站内综合用电，站内综合用电通过当前充换电站总用电功率与各充电桩充电功率总和的差值计算获得：
其中Pmin为充换电站最小用电功率，Ppcc为充换电站当前并网用电功率，Pi为第i台充电桩当前充电功率；
其中，确定充换电站最大用电功率包括：
充换电站最大用电功率计算如下：
其中，Pmaxi为第i台充电桩最大充电功率；
其中，确定可增可减用电功率包括：
可增用电功率为充换电站最大用电功率与当前用电功率之差：
可减用电功率为充换电站当前用电功率与最小用电功率之差：
将对单台充电桩调节能力分析的结果以及对充换电站调节能力分析的结果上传给源网荷储协同控制系统；
接收由源网荷储协同控制系统发送的用电调节指令；
基于用电调节指令计算全站用电功率调节差额；
判断全站用电功率调节差额是否大于死区值；
如果所述全站用电功率调节差额大于死区值，则对各充电桩进行功率调节差额分配；
判断所述各充电桩所分配的功率调节差额是否大于死区值；
如果所述各充电桩功率调节差额大于死区值，则计算各充电桩充电功率；
向各充电桩发送充电功率调节指令。
2.如权利要求1所述的响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制方法，其中，基于用电调节指令计算用电功率调节差额包括如下步骤：
充换电站用电功率调节差额为源网荷储协同控制系统的调节期望值与当前实际用电功率之间的差额，所述差额反映了源网荷储协同控制系统对充换电站的用电调整程度，所述差额计算公式如下：
ΔP＝Pd-Ppcc
其中，Pd为源网荷储协同控制系统的调节期望值；当ΔP小于0时，要求充换电站少用电即减小充电桩的充电功率，当ΔP大于0时，充换电站可增加用电即增加充电桩的充电功率。
3.如权利要求1所述的响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制方法，计算各充电桩充电功率包括如下步骤：
充电桩功率分配公式如下：
其中，Pi-t为第i个充电桩在进行功率分配后的有功功率期望值，考虑充电桩的最大最小充电功率，修改后的充电功率调节目标值Paim为：
4.一种响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制系统，其特征在于，所述系统包括有功自动控制系统，所述有功自动控制系统被配置为进行以下操作：
收集充电桩当前充电功率、最大充电功率以及电动汽车电池剩余电量SOC；
对单台充电桩调节能力分析，包括如下步骤：
对充电桩的最大充电功率进行分析，当充电桩当前所接电动汽车电池剩余电量SOC在允许充电范围内，其最大可充电功率为电动汽车最大可充电功率，当充电桩未接电动汽车或电动汽车当前SOC超出允许充电范围则最大可充电功率为0；
其中，Pimax为第i台充电桩最大可充电功率，SOCi为充电桩对应电动汽车当前电池剩余电量，SOCimax为电池最大允许剩余电量；
对充换电站调节能力分析，包括如下步骤：
确定充换电站最小用电功率、充换电站最大用电功率以及可增可减用电功率，
其中，确定充换电站最小用电功率包括：
所有充电桩最小用电功率为0，此时整个充换电站最小用电功率为站内综合用电，站内综合用电通过当前充换电站总用电功率与各充电桩充电功率总和的差值计算获得：
其中Pmin为充换电站最小用电功率，Ppcc为充换电站当前并网用电功率，Pi为第i台充电桩当前充电功率；
其中，确定充换电站最大用电功率包括：
充换电站最大用电功率计算如下：
其中，Pmaxi为第i台充电桩最大充电功率；
其中，确定可增可减用电功率包括：
可增用电功率为充换电站最大用电功率与当前用电功率之差：
可减用电功率为充换电站当前用电功率与最小用电功率之差：
将对单台充电桩调节能力分析的结果以及对充换电站调节能力分析的结果上传给源网荷储协同控制系统；
接收由源网荷储协同控制系统发送的用电调节指令；
基于用电调节指令计算全站用电功率调节差额；
判断全站用电功率调节差额是否大于死区值；
如果所述全站用电功率调节差额大于死区值，则对各充电桩进行功率调节差额分配；
判断所述各充电桩所分配的功率调节差额是否大于死区值；
如果所述各充电桩功率调节差额大于死区值，则计算各充电桩充电功率；
向各充电桩发送充电功率调节指令。
5.如权利要求4所述的响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制系统，其中，基于用电调节指令计算用电功率调节差额包括如下步骤：
充换电站用电功率调节差额为源网荷储协同控制系统的调节期望值与当前实际用电功率之间的差额，所述差额反映了源网荷储协同控制系统对充换电站的用电调整程度，所述差额计算公式如下：
ΔP＝Pd-Ppcc
其中，Pd为源网荷储协同控制系统的调节期望值；当ΔP小于0时，要求充换电站少用电即减小充电桩的充电功率，当ΔP大于0时，充换电站可增加用电即增加充电桩的充电功率。
6.如权利要求5所述的响应电网源网荷储协同控制的充换电站有功自动控制系统，计算各充电桩充电功率包括如下步骤：
充电桩功率分配公式如下：
其中，Pi-t为第i个充电桩在进行功率分配后的有功功率期望值，考虑充电桩的最大最小充电功率，修改后的充电功率调节目标值Paim为：
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