CN114103711B - 充电负荷有序充电的控制方法、系统、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电负荷有序充电的控制方法、系统、装置和存储介质。控制方法包括：获取电动汽车在峰、平、谷不同时段充电的费用总和，以及电动汽车接入配电台区充电后的配电台区后总负荷、电动汽车充电时间；以充电的费用总和最小、配电台区后总负荷方差最小、总负荷峰值最小和电动汽车充电时间最小为目标，建立配电台区侧与用户侧多目标函数；求解所述配电台区侧与用户侧多目标函数，得到电动汽车的最优充电策略。通过分时电价有序充电调控策略分析研究，对分时电价调控分析建模，确立目标函数与约束条件，分时电价调控方案下，车辆充电行为得到一定程度的积极引导，降低配电台区峰谷差率、减少了配电台区系统波动。

Description

充电负荷有序充电的控制方法、系统、装置和存储介质

技术领域

本发明属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种充电负荷有序充电的控制方法、系统、装置和存储介质。

背景技术

电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。电动汽车的推广使用能够有效减少传统化石燃料的使用、降低碳排放，随着电池使用成本的降低、整车制造技术的增强与充电设备平台的完善，电动汽车迎来快速发展时段，其保有量将与日俱增。

由于用户对车辆的充电行为习惯不同，大量电动车随机无序的充电行为将会对配电网络系统运行安全造成一些负面的效应。在对电动汽车的充电负荷特性分析基础上，探究有效的充电调控策略引导车主的充电行为，能够改善配电网峰谷差率与运行稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充电负荷有序充电的控制方法、系统、装置和存储介质。通过分析电动车辆的充电负荷特性，研究分时电价调控策略对电动汽车的有序调控，有效引导车主的充电行为，改善配电网峰谷差率与运行稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供了一种充电负荷有序充电的控制方法，包括如下步骤：

获取电动汽车在峰、平、谷不同时段充电的费用总和，以及电动汽车接入配电台区充电后的配电台区后总负荷、电动汽车充电时间；

以充电的费用总和最小、配电台区后总负荷方差最小、总负荷峰值最小和电动汽车充电时间最小为目标，建立配电台区侧与用户侧多目标函数；

求解所述配电台区侧与用户侧多目标函数，得到电动汽车的最优充电策略。

可选的，所述电动汽车在峰、平、谷不同时段充电的费用总和如下：

f_cb(n)＝c_ft_f(n)+c_pt_p(n)+c_gt_g(n)

式中，c_f、c_p、c_g为配电台区在峰、平、谷不同时段制定电价，t_f(n)、t_p(n)、t_g(n)为编号n的电动汽车在峰、平、谷不同时段充电时间。

可选的，配电台区后总负荷如下：

f_max(n)(t)＝max[P_n(t)]

式中：max[P_n(t)]为对第n辆电动车接入后配电台区总负荷曲线P_n(t)求最大值；

配电台区侧总负荷方差：

f_D(n)(t)＝D[P_n(t)] (4)

式中：D[P_n(t)]为对第n辆电动车接入后配电台区总负荷曲线P_n(t)求方差。

可选的，第n辆车接入配电台区后总负荷P_n(t)为：

P_n(t)＝P_ev(n)(t)+P_n-1(t) (3)

式中，P_n-1(t)为第n辆电动车接入配电台区前配电台区运行总负荷功率，P_ev(n)(t)为第n辆车充电负荷功率。

可选的，电动汽车充电时间函数为：

f_ch-time(n)(t)＝t_ch-end(n)

式中，t_ch-end(n)为编号n的电动汽车充电作业完成时刻。

可选的，配电台区侧与用户侧多目标函数如下：

式中，minf_D(n)(t)为最小配电台区侧总负荷方差；minf_max(n)(t)为最小配电台区侧总负荷峰值；minf_cb(n)(t)为最小电动汽车充电费用；minf_ch-time(n)(t)为最小充电时间。

可选的，求解所述配电台区侧与用户侧多目标函数时，先进行归一化处理，得到：

式中：P_max、P_min为配台区常规用电负荷曲线最大值、最小值；t_ch(n)为编号n的电动汽车总充电时间，t_ch(n)＝t_f+t_p+t_g；T_d为充电周期；

得到下述简化总目标函数：

minF＝λ₁f_D+λ₂f_max+λ₃f_cb+λ₄f_ch-time

式中：λ₁、λ₂、λ₃、λ₄为目标函数权重系数，且满足λ₁+λ₂+λ₃+λ₄＝1，λ₁、λ₂、λ₃、λ₄≥0，λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的取值依照统计数据与调控情况设定。

本发明的第二方面，提供了一种用于所述充电负荷有序充电的控制方法的系统，包括：

采集模块，用于获取电动汽车在峰、平、谷不同时段充电的费用总和，以及电动汽车接入配电台区充电后的配电台区后总负荷、电动汽车充电时间；

模型构建模块，用于以充电的费用总和最小、配电台区后总负荷方差最小、总负荷峰值最小和电动汽车充电时间最小为目标，建立配电台区侧与用户侧多目标函数；

求解模块，用于求解所述配电台区侧与用户侧多目标函数，得到电动汽车的最优充电策略。

本发明的第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的充电负荷有序充电的控制方法。

本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的充电负荷有序充电的控制方法。

本发明的有益效果如下：

(A)本发明实施例提供的充电负荷有序充电的控制方法，通过分时电价有序充电调控策略分析研究，对分时电价调控分析建模，确立目标函数与约束条件，分时电价调控方案下，车辆充电行为得到一定程度的积极引导，降低配电台区峰谷差率、减少了配电台区系统波动。

(B)本发明实施例提供的充电负荷有序充电的控制方法，通过进行电动汽车多目标有序充电控制研究工作，能够降低配电台区侧负荷运行压力、提升配电台区运行安全经济效益。

(C)采用的分时电价调整机制引导车辆充电行为，增强车辆应对突发事件的能力。

(D)能够对随机大量的车辆充电使用行为进行合理有效的管理，可减小配电台区峰谷差、减小配电台区调度压力、提升配电台区运行可靠性、提高设备利用率、降低输电损耗，利于配电台区安全经济运行。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的充电负荷有序充电的控制方法原理图。

图2为本发明实施例提供的充电负荷有序充电的控制方法流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

本发明实施例提供了一种充电负荷有序充电的控制方法、系统、装置和存储介质，通过过分析电动汽车的充电负荷特性，研究分时电价调控策略对电动汽车的有序调控，有效引导车主的充电行为，能够改善配电网峰谷差率与运行稳定性。

如图1和2所示，一种充电负荷有序充电的控制方法，包括以下步骤：

步骤10)分析电动汽车的充电特性，电池的充电特性、充电量与充时间，对电动汽车充电负荷建模有着重要参考意义，具体包括步骤101)-步骤103)

步骤101)电池的充电特性

研究发现，虽然不同蓄电池的实际充电曲线不尽相同，但曲线变化趋势十分相似。

若使用先恒流再恒压方式对蓄电池从零电量状态至饱和状态充电，可将过程划为3个阶段。当SOC<7％时，充电电压快速升高，充电电流基本无变动，充电功率快速增加；当7％≤SOC<95％时，充电电流值无明显变化，电池端电压波动较小，充电功率恒定；当95％≤SOC<100％时，充电电压无变动，但充电电流迅速变小，充电功率随之快速变化。

考虑用户实际使用行为，通常很少将电池电量全部用完之后才对电池进行能量补充，同时恒压充电时段占整个充电过程时间比重较小，并结合当前充电桩主流充电模式，故本发明考虑恒功率模型模拟电动汽车电池在充电过程中的特性。

步骤102)车辆电池充电电量

电池的充电电量V_charge是对电动汽车充电负荷建模的重要参照，其表达式为：

V_charge＝V_end-V_start＝V_e(SOC_end-SOC_start) (1)

式中：V_e为电动汽车电池额定容量；V_start、V_end为电池的初始电量、结束电量；SOC_start、SOC_end为电动汽车电池开始时荷电状态、结束时荷电状态。

步骤103)车辆电池充电时间

充电时间是对电动汽车进行有序调控的现实基础，最优情况下，应在用户允许的充电时间内对动力电池进行有效的能量补充满足用户使用需求；同时，降低作业中车辆充电负荷给配电网络的负面效应。

记车辆接入充电桩时刻为t_start，计划离开时刻为t_end，则车辆充电作业刻调配时长T_stay为：

T_stay＝t_end-t_start (2)

步骤20)提出分时电价有序充电调控策略，具体包括步骤201)-步骤204)。

分时电价调控策略，依照配电台区网络常规用电负荷统计信息，在不同时段制定充电价格，鼓励车辆用户在常规用电负荷低谷时段充电。

步骤201)配电台区侧目标

假定第n辆电动车接入配电台区前，网络运行总负荷功率P_n-1(t)，第n辆车充电负荷功率P_ev(n)(t)，第n辆车接入配电台区后总负荷为P_n(t)，三者关系：

P_n(t)＝P_ev(n)(t)+P_n-1(t) (3)

配电台区侧总负荷方差：

f_D(n)(t)＝D[P_n(t)] (4)

式中：D[P_n(t)]为对第n辆电动车接入后配电台区总负荷曲线P_n(t)求方差。

配电台区侧总负荷峰值：

f_max(n)(t)＝max[P_n(t)] (5)

式中：max[P_n(t)]为对第n辆电动车接入后配电台区总负荷曲线P_n(t)求最大值。

步骤202)用户侧目标

作为充电主体的电动汽车用户的需求分析十分必要，车主充电需求可简化为出行使用性充电需求与经济节约性充电需求。

出行使用性充电需求指在车辆停留充电时段，应达到对车辆电动电量的有效补充满足用户出行使用需求；经济节约性充电需求指在满足前述出行使用需求条件下，尽可能缩短充电时间、降低充电费用、节省车主的充电成本。

用户出行使用性充电需求由客观条件决定，应作为有序充电调控中约束因子考虑，经济节约性充电需求可通过合理有效的充电调控调度计划实现，可选为有序充电调控目标因子。

假定配电台区在峰、平、谷不同时段制定电价c_f、c_p、c_g，编号n的电动汽车在峰、平、谷不同时段充电时间t_f(n)、t_p(n)、t_g(n)。则编号n的电动汽车充电费用为：

f_cb(n)＝c_ft_f(n)+c_pt_p(n)+c_gt_g(n) (6)

此外，为提升用户充电满意度，应尽早完成车辆所需电量充电工作，编号n的电动汽车充电作业完成时刻为t_ch-end(n)，充电时间函数为：

f_ch-time(n)(t)＝t_ch-end(n) (7)

步骤203)配电台区侧与用户侧多目标函数

考虑配电台区侧与用户侧多目标函数：

式中，minf_D(n)(t)为最小配电台区侧总负荷方差；minf_max(n)(t)为最小配电台区侧总负荷峰值；minf_cb(n)(t)为最小电动汽车充电费用；minf_ch-time(n)(t)为最小充电时间。

因上述目标函数量纲不同，无法直接加权，故对上式进行归一化处理：

式中：P_max、P_min为配台区常规用电负荷曲线最大值、最小值；t_ch(n)为编号n的电动汽车总充电时间，t_ch(n)＝t_f+t_p+t_g；T_d为充电周期，常设定为一天。

上述目标函数加权处理后，可得下述简化总目标函数：

minF＝λ₁f_D+λ₂f_max+λ₃f_cb+λ₄f_ch-time (10)

式中：λ₁、λ₂、λ₃、λ₄为目标函数权重系数，且满足λ₁+λ₂+λ₃+λ₄＝1，λ₁、λ₂、λ₃、λ₄≥0，λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的取值依照统计数据与调控情况设定。

步骤204)约束条件

依照用户充电需求，时间约束为：

电量约束为：

式中：V_need(n)电动汽车所需电量。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (4)

1.一种充电负荷有序充电的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取电动汽车在峰、平、谷不同时段充电的费用总和，以及电动汽车接入配电台区充电后的配电台区后总负荷、电动汽车充电时间；

以充电的费用总和最小、配电台区后总负荷方差最小、总负荷峰值最小和电动汽车充电时间最小为目标，建立配电台区侧与用户侧多目标函数；

求解所述配电台区侧与用户侧多目标函数，得到电动汽车的最优充电策略；

电动汽车在峰、平、谷不同时段充电的费用总和如下：

配电台区后总负荷如下：

配电台区侧总负荷方差如下：

第n辆车接入配电台区后总负荷P _n （t）为：

电动汽车充电时间函数为：

配电台区侧与用户侧多目标函数如下：

求解所述配电台区侧与用户侧多目标函数时，先进行归一化处理，得到：

得到下述简化总目标函数：

上式中，minf _D(n) (t)为最小配电台区侧总负荷方差；minf _max(n) (t)为最小配电台区侧总 负荷峰值；minf _cb(n) (t)为最小电动汽车充电费用；minf _ch-time(n) (t)为最小充电时间；

为对第n辆电动车接入后配电台区总负荷曲线

求方差；

为对第n辆 电动车接入后配电台区总负荷曲线

求最大值；

为配电台区在峰、平、谷 不同时段制定电价，

为编号n的电动汽车在峰、平、谷不同时段充电时间；

为编号n的电动汽车充电作业完成时刻；

为第n辆电动车接入配电台区前配 电台区运行总负荷功率，

为第n辆车充电负荷功率；

为配台区常规用电 负荷曲线最大值、最小值；

为编号n的电动汽车总充电时间，

；

为充 电周期；

为目标函数权重系数，

，

。

2.一种用于权利要求1所述充电负荷有序充电的控制方法的系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于获取电动汽车在峰、平、谷不同时段充电的费用总和，以及电动汽车接入配电台区充电后的配电台区后总负荷、电动汽车充电时间；

模型构建模块，用于以充电的费用总和最小、配电台区后总负荷方差最小、总负荷峰值最小和电动汽车充电时间最小为目标，建立配电台区侧与用户侧多目标函数；

求解模块，用于求解所述配电台区侧与用户侧多目标函数，得到电动汽车的最优充电策略。

3.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的充电负荷有序充电的控制方法。

4.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1所述的充电负荷有序充电的控制方法。

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