CN114566989A - 电动汽车v2g能量交换方法、系统、介质及设备 - Google Patents

电动汽车v2g能量交换方法、系统、介质及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动汽车V2G能量交换方法、系统、介质及设备，根据电网、用户等实时信息变动，通过不断更新V2G方案，调整V2G实时功率，响应系统实时电价以及系统，实现用户和系统的利益最大化，在调整V2G功率同时考虑电池损耗成本影响、用户需求和电力系统基础设施的影响。

Description

电动汽车V2G能量交换方法、系统、介质及设备
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车V2G能量交换方法、系统、介质及设备。
背景技术
在终端能源消耗比例超过30％的交通领域，交通运输工具所排放的尾气中二氧化碳约占城市二氧化碳排放总量的40％，其他温室效应气体排放量约占城市排放总量的70％。电动汽车由于零或者低排放，近年得到大力发展。
中国汽车工业协会对外发布数据显示，2017年我国纯电动汽车产销分别完成47.8万辆和46.8万辆，同比分别增长81.7％和82.1％；插电式混合动力汽车产销分别完成11.4万辆和11.1万辆，同比分别增长40.3％和39.4％。据测算，截至2017年全国新能源汽车保有量已达180万辆。预计2020年全国电动汽车保有量将突破500万辆。预计2025年后电动汽车将会呈现爆发式增长，2025年前后全国保有量将达到700万辆，随后将以每年60％的复合增长率急速窜升，在2030年前后达到8000万辆。
随着电动汽车的普及，其作为用电负荷将对电网规划、运行以及电力市场的运营造成不可忽视的影响。由于受用户使用习惯、电动汽车数量规模、充电基础设施等因素影响，电动汽车充电负荷具有复杂特性，如随机性、分散性。因此，电动汽车充电有可能会导致“峰上加峰”的现象，对电力系统安全稳定运行造成极大威胁。
随着近年来电动汽车数量急剧增加，大规模电动汽车随机并网进行充、放电行为将对电网正常运行造成极大威胁，并且对电动汽车用户体验造成不利影响。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种电动汽车V2G能量交换方法，旨在改善电动汽车在V2G能量交换过程中的成本效益。
为实现上述目的，本发明提出的一种电动汽车V2G能量交换方法，包括以下步骤：
当接收到电动汽车用户到达目标充电桩后，传递电动汽车信息时，从控制中心收集整体电网信息以及电动汽车所在充电桩区域的局域电网信息，根据收集到的信息优化电动汽车V2G能量交换方案，并根据优化后的V2G能量交换方案通过充电桩控制V2G能量交换方案中的功率，其中，所述电动汽车信息包括目标电动汽车充电桩位置、电动汽车联网时间、电动汽车电池最大充/放电功率、额定容量以及期望荷电状态值，所述整体电网信息包括当前电力价格和预测电力价格，所述局域电网信息包括电力基础设施额定容量和运行状态以及未来时间段电力负荷；
当设定时间点时的预测电力价格的变化值超出第一设定值时，向电动汽车用户发送是否改变电动汽车信息的指令；
当接收到电动汽车用户反馈的同意改变的指令时，则获取新的电动汽车信息，并根据更新后的电动汽车信息优化电动汽车V2G能量交换方案；
当接收到电动汽车用户反馈的不同意改变的指令时，则获取电动汽车电池荷电状态值；
当电动汽车电池荷电状态值未达到期望荷电状态值时，则判断电动汽车联网时间是否充足；若是，则重新优化电动汽车V2G能量交换方案；若否，则根据原V2G能量交换方案控制充电桩；
在重新优化V2G能量交换方案之后，判断电动汽车信息是否发生变动；若是，则重新优化V2G能量交换方案；若否，则获取电动汽车断网时间；
当电动汽车达到断网时间时，则结束充电；当电动汽车未达到断网时间时，则继续根据重新优化电动汽车V2G能量交换方案控制充电桩，当电动汽车超过断网时间时，则重新判断电动汽车信息是否发生变动。
优选地，所述优化电动汽车V2G能量交换方案中所使用的模型的公式为：
min CEV
Figure BDA0003523078420000021
Figure BDA0003523078420000031
BDC(t)＝α1·(PEV(t)+χ1·SOC(t)·QEV)β1+α2·(PEV(t)-PEV(t-Δt))β2
Figure BDA0003523078420000032
Figure BDA0003523078420000033
式中，CEV表示目标电动汽车在V2G期间的花费成本；t0表示目标电动汽车联网的初始时间；tend表示目标电动汽车联网的结束时间；Δt表示整个V2G流程中的时间间隔；PEV(t)表示目标电动汽车在t时刻的V2G功率；QEV表示目标电动汽车电池额定容量；aprice表示目标电动汽车的V2G电力价格；BDC表示目标电动汽车的电池损耗成本；SOCexpect表示期望荷电状态值；SOCmax表示电池荷电状态值的最大值；SOCmin表示电池荷电状态值的最小值；Pdis,max表示目标电动汽车最大放电功率；Pch,max表示目标电动汽车最大充电功率；α1、α2、β1、β2和χ1都表示电池损耗成本模型参数；asell表示目标电动汽车的电力售卖价格；apurchase表示目标电动汽车的电力购买价格；f1(P(t),minQothers,anode-sell(t))表示关于目标所在区域供需平衡情况、电力基础设施最小额定容量值和节点电力价格的售电价格函数；f2(P(t),minQothers,anode-purchase(t))表示关于目标所在区域供需平衡情况、电力基础设施最小额定容量值和节点电力价格的购电价格函数。
优选地，所述方法还包括：
当电动汽车信息的变化值超出第二设定值且未更新自身信息时，对目标电动汽车的V2G能量交换方案进行重新优化，优化模型的公式还包括：
Figure BDA0003523078420000034
式中，SOC’expect表示对目标电动汽车进行优化时更新的期望荷电状态值，t’end表示对目标电动汽车进行优化时更新的断网时间。
优选地，所述方法还包括：
当设定时间点时的预测电力价格的变化值未超出第一设定值时，根据原V2G能量交换方案控制充电桩。
为实现上述目的，本发明提供的一种高成本效益的电动汽车V2G能量交换系统，所述系统包括：
接收模块，用于接收电动汽车用户到达目标充电桩后，传递的电动汽车信息；以及从控制中心收集整体电网信息以及电动汽车所在充电桩区域的局域电网信息；以及当接收到电动汽车用户反馈的同意改变的指令时，获取新的电动汽车信息；以及当接收到电动汽车用户反馈的不同意改变的指令时，获取电动汽车电池荷电状态值；以及获取电动汽车断网时间；
优化模块，用于根据收集到的信息优化电动汽车V2G能量交换方案；以及根据更新后的电动汽车信息优化电动汽车V2G能量交换方案；
控制模块，用于根据优化后的V2G能量交换方案通过充电桩控制V2G能量交换方案中的功率；
判断模块，用于当电动汽车电池荷电状态值未达到期望荷电状态值时，判断电动汽车联网时间是否充足；以及在重新优化V2G能量交换方案之后，判断电动汽车信息是否发生变动；
发送模块，用于当设定时间点时的预测电力价格的变化值超出第一设定值时，向电动汽车用户发送是否改变电动汽车信息的指令。
为实现上述目的，本发明提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的电动汽车V2G能量交换方法。
为实现上述目的，本发明提供的一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储所述处理器的可执行指令，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-4任一项所述的电动汽车V2G能量交换方法。
本发明的技术方案中，根据电网、用户等实时信息变动，通过不断更新V2G方案，调整V2G实时功率，响应系统实时电价以及系统，实现用户和系统的利益最大化。在调整V2G功率同时考虑电池损耗成本影响、用户需求和电力系统基础设施的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图；
图1为本发明一种电动汽车V2G能量交换方法的流程图；
图2为本发明一种电动汽车V2G能量交换方法所对应的系统框图；
图3为本发明一种电动汽车V2G能量交换装置一实施例的模块结构示意图；
图4为本发明电子设备一实施例的模块结构示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参照图1和图2，一种电动汽车V2G能量交换方法，包括以下步骤：
S1：当接收到电动汽车用户到达目标充电桩后，传递电动汽车信息时，从控制中心收集整体电网信息以及电动汽车所在充电桩区域的局域电网信息，其中，所述电动汽车信息包括目标电动汽车充电桩位置、电动汽车联网时间、电动汽车电池最大充/放电功率、额定容量以及期望荷电状态值，所述整体电网信息包括当前电力价格和预测电力价格，所述局域电网信息包括电力基础设施额定容量和运行状态以及未来时间段电力负荷；
S2：根据收集到的信息优化电动汽车V2G能量交换方案，并根据优化后的V2G能量交换方案通过充电桩控制V2G能量交换方案中的功率；
S3：当设定时间点时的预测电力价格的变化值超出第一设定值时，向电动汽车用户发送是否改变电动汽车信息的指令；
S4：当接收到电动汽车用户反馈的同意改变的指令时，则获取新的电动汽车信息，并根据更新后的电动汽车信息优化电动汽车V2G能量交换方案；
S5：当接收到电动汽车用户反馈的不同意改变的指令时，则获取电动汽车电池荷电状态值；
S6：当电动汽车电池荷电状态值未达到期望荷电状态值时，则判断电动汽车联网时间是否充足；
若否，则执行S7，根据原V2G能量交换方案控制充电桩；
若是，则执行S8，重新优化电动汽车V2G能量交换方案，之后执行S9；
S9：判断电动汽车信息是否发生变动；若是，则返回S8；若否，则执行S10；
S10：获取电动汽车断网时间；
S11：当电动汽车达到断网时间时，则结束充电；当电动汽车未达到断网时间时，则继续根据重新优化电动汽车V2G能量交换方案控制充电桩，当电动汽车超过断网时间时，则重新判断电动汽车信息是否发生变动。
在本实施例中，V2G能量交换是指电动汽车前往充电桩进行充电；电动汽车聚合商根据整体电网信息、局域电网信息以及电动汽车信息对目标电动汽车制定有利于电动汽车用户和电网的V2G方案。
第一设定值是指在电动汽车V2G能量交换方案中所设定的电力价格值；当设定时间点时的预测电力价格的变化值超出第一设定值时，也就是说实时电力价格出现较大的变动，使实际充电成本较大幅度上升或者降低；当设定时间点时的预测电力价格的变化值超出第一设定值时，此时已经影响到V2G方案的经济性和用户需求，向电动汽车用户发送是否改变电动汽车信息的指令，此时用户可以选择改变电动汽车信息，该信息包括期望荷电状态值和电动汽车断网时间。
联网时间是指电动汽车进行V2G能量交换的总时间，根据电动汽车发送的指令判断电动汽车联网时间是否充足；当电动汽车联网时间充足时，也就说电动汽车有足够的等待时间，此时将重新优化电动汽车V2G能量交换方案，通过利用未来时间段实时电力价格变动下先放电再充电来进一步降低用户成本；当电动汽车联网时间不充足时，也就说电动汽车没有足够的等待时间，此时将根据原V2G能量交换方案控制充电桩。
所述优化电动汽车V2G能量交换方案中所使用的模型的公式为：
min CEV
Figure BDA0003523078420000071
Figure BDA0003523078420000072
Figure BDA0003523078420000081
Figure BDA0003523078420000082
Figure BDA0003523078420000083
式中，CEV表示目标电动汽车在V2G期间的花费成本；t0表示目标电动汽车联网的初始时间；tend表示目标电动汽车联网的结束时间；Δt表示整个V2G流程中的时间间隔；PEV(t)表示目标电动汽车在t时刻的V2G功率；QEV表示目标电动汽车电池额定容量；aprice表示目标电动汽车的V2G电力价格；BDC表示目标电动汽车的电池损耗成本；SOCexpect表示期望荷电状态值；SOCmax表示电池荷电状态值的最大值；SOCmin表示电池荷电状态值的最小值；Pdis,max表示目标电动汽车最大放电功率；Pch,max表示目标电动汽车最大充电功率；α1、α2、β1、β2和χ1都表示电池损耗成本模型参数；asell表示目标电动汽车的电力售卖价格；apurchase表示目标电动汽车的电力购买价格；f1(P(t),minQothers,anode-sell(t))表示关于目标所在区域供需平衡情况、电力基础设施最小额定容量值和节点电力价格的售电价格函数；f2(P(t),minQothers,anode-purchase(t))表示关于目标所在区域供需平衡情况、电力基础设施最小额定容量值和节点电力价格的购电价格函数。
在本实施例中，通过调整V2G功率大小，响应V2G实时电力价格，满足用户期望荷电状态值的同时，实现用户成本最小。
在该模型中，当目标电动汽车联网时间足够长时，V2G功率将在购电价格高时降低；在购电价格低时提高V2G功率，减少目标电动汽车的联网时间。
进一步地，所述方法还包括：
当电动汽车信息的变化值超出第二设定值且未更新自身信息时，对目标电动汽车的V2G能量交换方案进行重新优化，优化模型的公式还包括：
Figure BDA0003523078420000084
式中，SOC’expect表示对目标电动汽车进行优化时更新的期望荷电状态值，t’end表示对目标电动汽车进行优化时更新的断网时间。
目标电动汽车在V2G过程中的售电和购电价格，将在所在区域电网节点价格基础上，考虑所在区域电网供需平衡情况、电力基础设施额定容量等因素，在一定范围内调整。通过电力价格的实时调整，促使和鼓励部分用户主动改变自身信息，如其电动汽车断网时间、期望SOC值等。
进一步地，所述方法还包括：
当设定时间点时的预测电力价格的变化值未超出第一设定值时，根据原V2G能量交换方案控制充电桩。
本发明还提供一种电动汽车V2G能量交换系统，请参照图3，在一实施例中，该电动汽车V2G能量交换系统包括：
接收模块101，用于接收电动汽车用户到达目标充电桩后，传递的电动汽车信息；以及从控制中心收集整体电网信息以及电动汽车所在充电桩区域的局域电网信息；以及当接收到电动汽车用户反馈的同意改变的指令时，获取新的电动汽车信息；以及当接收到电动汽车用户反馈的不同意改变的指令时，获取电动汽车电池荷电状态值；以及获取电动汽车断网时间；
优化模块102，用于根据收集到的信息优化电动汽车V2G能量交换方案；以及根据更新后的电动汽车信息优化电动汽车V2G能量交换方案；
控制模块103，用于根据优化后的V2G能量交换方案通过充电桩控制V2G能量交换方案中的功率；
判断模块104：用于当电动汽车电池荷电状态值未达到期望荷电状态值时，判断电动汽车联网时间是否充足；以及在重新优化V2G能量交换方案之后，判断电动汽车信息是否发生变动；
发送模块105，用于当设定时间点时的预测电力价格的变化值超出第一设定值时，向电动汽车用户发送是否改变电动汽车信息的指令。
图3所示实施例的装置对应地可用于执行图1所示方法实施例中的步骤，其实现原理和技术效果类似，此处不在赘述。
在一实施方式中，优化模块102还用于，当电动汽车信息的变化值超出第二设定值且未更新自身信息时，对目标电动汽车的V2G能量交换方案进行重新优化。
在另一实施方式中，控制模块103还用于，当设定时间点时的预测电力价格的变化值未超出第一设定值时，根据原V2G能量交换方案控制充电桩。
本发明还提供一种电子设备，请参照图4，在一实施例中，该电子设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储所述处理器的可执行指令，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任一项实施例中所述的电动汽车V2G能量交换方法。可以理解，该智能终端可以为电视、IPAD、PC、手机等。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一实施例中所述的电动汽车V2G能量交换方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种电动汽车V2G能量交换方法，其特征在于，包括以下步骤：
当接收到电动汽车用户到达目标充电桩后，传递电动汽车信息时，从控制中心收集整体电网信息以及电动汽车所在充电桩区域的局域电网信息，根据收集到的信息优化电动汽车V2G能量交换方案，并根据优化后的V2G能量交换方案通过充电桩控制V2G能量交换方案中的功率，其中，所述电动汽车信息包括目标电动汽车充电桩位置、电动汽车联网时间、电动汽车电池最大充/放电功率、额定容量以及期望荷电状态值，所述整体电网信息包括当前电力价格和预测电力价格，所述局域电网信息包括电力基础设施额定容量和运行状态以及未来时间段电力负荷；
当设定时间点时的预测电力价格的变化值超出第一设定值时，向电动汽车用户发送是否改变电动汽车信息的指令；
当接收到电动汽车用户反馈的同意改变的指令时，则获取新的电动汽车信息，并根据更新后的电动汽车信息优化电动汽车V2G能量交换方案；
当接收到电动汽车用户反馈的不同意改变的指令时，则获取电动汽车电池荷电状态值；
当电动汽车电池荷电状态值未达到期望荷电状态值时，则判断电动汽车联网时间是否充足；若是，则重新优化电动汽车V2G能量交换方案；若否，则根据原V2G能量交换方案控制充电桩；
在重新优化V2G能量交换方案之后，判断电动汽车信息是否发生变动；若是，则重新优化V2G能量交换方案；若否，则获取电动汽车断网时间；
当电动汽车达到断网时间时，则结束充电；当电动汽车未达到断网时间时，则继续根据重新优化电动汽车V2G能量交换方案控制充电桩，当电动汽车超过断网时间时，则重新判断电动汽车信息是否发生变动。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车V2G能量交换方法，其特征在于，所述优化电动汽车V2G能量交换方案中所使用的模型的公式为：
min CEV
Figure FDA0003523078410000011
Figure FDA0003523078410000021
BDC(t)＝α1·(PEV(t)+χ1·SOC(t)·QEV)β1+α2·(PEV(t)-PEV(t-Δt))β2
Figure FDA0003523078410000022
式中，CEV表示目标电动汽车在V2G期间的花费成本；t0表示目标电动汽车联网的初始时间；tend表示目标电动汽车联网的结束时间；Δt表示整个V2G流程中的时间间隔；PEV(t)表示目标电动汽车在t时刻的V2G功率；QEV表示目标电动汽车电池额定容量；aprice表示目标电动汽车的V2G电力价格；BDC表示目标电动汽车的电池损耗成本；SOCexpect表示期望荷电状态值；SOCmax表示电池荷电状态值的最大值；SOCmin表示电池荷电状态值的最小值；Pdis,max表示目标电动汽车最大放电功率；Pch,max表示目标电动汽车最大充电功率；α1、α2、β1、β2和χ1都表示电池损耗成本模型参数；asell表示目标电动汽车的电力售卖价格；apurchase表示目标电动汽车的电力购买价格；f1(P(t),minQothers,anode-sell(t))表示关于目标所在区域供需平衡情况、电力基础设施最小额定容量值和节点电力价格的售电价格函数；f2(P(t),minQothers,anode-purchase(t))表示关于目标所在区域供需平衡情况、电力基础设施最小额定容量值和节点电力价格的购电价格函数。
3.如权利要求2所述的一种电动汽车V2G能量交换方法，其特征在于，所述方法还包括：
当电动汽车信息的变化值超出第二设定值且未更新自身信息时，对目标电动汽车的V2G能量交换方案进行重新优化，优化模型的公式还包括：
Figure FDA0003523078410000031
式中，SOC’expect表示对目标电动汽车进行优化时更新的期望荷电状态值，t’end表示对目标电动汽车进行优化时更新的断网时间。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车V2G能量交换方法，其特征在于，所述方法还包括：
当设定时间点时的预测电力价格的变化值未超出第一设定值时，根据原V2G能量交换方案控制充电桩。
5.一种高成本效益的电动汽车V2G能量交换系统，其特征在于：所述系统包括：
接收模块，用于接收电动汽车用户到达目标充电桩后，传递的电动汽车信息；以及从控制中心收集整体电网信息以及电动汽车所在充电桩区域的局域电网信息；以及当接收到电动汽车用户反馈的同意改变的指令时，获取新的电动汽车信息；以及当接收到电动汽车用户反馈的不同意改变的指令时，获取电动汽车电池荷电状态值；以及获取电动汽车断网时间；
优化模块，用于根据收集到的信息优化电动汽车V2G能量交换方案；以及根据更新后的电动汽车信息优化电动汽车V2G能量交换方案；
控制模块，用于根据优化后的V2G能量交换方案通过充电桩控制V2G能量交换方案中的功率；
判断模块，用于当电动汽车电池荷电状态值未达到期望荷电状态值时，判断电动汽车联网时间是否充足；以及在重新优化V2G能量交换方案之后，判断电动汽车信息是否发生变动；
发送模块，用于当设定时间点时的预测电力价格的变化值超出第一设定值时，向电动汽车用户发送是否改变电动汽车信息的指令。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的电动汽车V2G能量交换方法。
7.一种电子设备，其特征在于：包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储所述处理器的可执行指令，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-4任一项所述的电动汽车V2G能量交换方法。
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