一种基于V2G技术的电动汽车配电调度控制方法

摘要

本发明公开了一种基于V2G技术的电动汽车配电调度控制方法，其在考虑了电动汽车充、放电功率的影响之外，还计及了配电网的容量、电动汽车技术条件等限制因素，并且进一步考量了电动汽的车行车路线、充/放电接入等交通因素，综合确定更加符合实际的电动汽车优化充电和放电调度策略，利用V2G系统对电动汽车的充电和放电进行控制，实现对电动汽车的配电调度控制；通过上述实施例和相关数据表明，本发明基于V2G技术的电动汽车配电调度控制方法，能够有效改善大规模电动汽车接入为系统可靠性带来的负面影响，提高配电网的负荷利用率，降低配电网负荷峰谷差，帮助提升电动汽车配电调度和配电网运行的经济性。

主权项

一种基于V2G技术的电动汽车配电调度控制方法，其特征在于，以天为调度周期，以每小时为一个时段，建立电动汽车充电功率模型以及计及电动汽车交通因素影响的电动汽车放电功率模型，然后根据电动汽车在不同时段的充电和放电要求，基于所述电动汽车充电功率模型和电动汽车放电功率模型，利用V2G系统对电动汽车的充电和放电进行控制，实现对电动汽车的配电调度控制；具体包括如下步骤：1)建立电动汽车充电功率模型；具体为：将电动汽车的充电功率作为配电网的充电负荷，建立配电网中的各个充电负荷点在各时段的充电功率模型：$P_t^i=\underset{n=1}{\overset{N_t^i}{\Sigma }}{P}_{n,t}^i;$其中，Pⁱ_n,t表示在负荷点i进行充电的第n辆电动汽车在时刻t的充电功率；Nⁱ_t表示时刻t在负荷点i处接入的电动汽车数量；所述充电功率模型应满足以下约束条件：①负荷点i的充电容量约束条件：$P_t^i+{\mathrm{LP}}_t^i\le P_{Tr}^i;$②电动汽车充电技术约束条件：$P_{n,t}^i\le P_{max};$SOC_min≤SOC_t≤SOC_max；③电动汽车使用约束条件：SOC_end≥SOC_Drive；其中，Pⁱ_Tr表示负荷点i处变压器的额定容量；LP_tⁱ表示负荷点i在t时段的原有负荷；P_max表示电动汽车最大充电功率；SOC_end表示电动汽车充电结束时刻的荷电状态；SOC_Drive表示满足用户出行要求的最低荷电状态；SOC_max和SOC_min分别表示电动汽车的最高荷电状态和最低荷电状态；负荷点i在时段t的等值负荷Lⁱ_t表示为：$L_t^i=P_t^i+{\mathrm{LP}}_t^i;$以所述配电网中的各个充电负荷点在各时段的充电功率模型，作为V2G系统中各电动汽车的充电功率模型；2)建立计及电动汽车交通因素影响的电动汽车放电功率模型；该步骤具体为：2.1)以电动汽车空间驾驶路线的路径最短和时间最短为目标，建立电动汽车最优驾驶路线模型；所述电动汽车最优驾驶路线模型中，总目标函数Z为：Z＝min(θ₁Z₁+θ₂Z₂)，θ₁+θ₂＝1；其中，Z₁和Z₂分别为电动汽车空间驾驶路线的路径最短目标函数和时间最短目标函数；θ₁为空间因素所占的权重系数，θ₂为时间因素所占的权重系数；空间驾驶路线的路径最短目标函数Z₁和时间最短目标函数Z₂分别为：$\begin{array}{cc}{Z}_1=\min \underset{k=1}{\overset{s}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{s}{\Sigma }}\left(d_{kj}{x}_{kj}{m}_{kj}\right);& Z_2=\min \underset{k=1}{\overset{s}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{s}{\Sigma }}\left(t_{kj}{x}_{kj}{m}_{kj}\right)\end{array};$约束条件为：$\begin{array}{cc}st.& \underset{j=1}{\overset{s}{\Sigma }}{x}_{1j}{m}_{1j}=1\end{array};$$\begin{array}{cc}st.& \underset{k=1}{\overset{s}{\Sigma }}{x}_{ks}{m}_{ks}=1\end{array};$其中，m_kj＝1表示路口节点k与路口节点j之间没有通路，m_kj＝0表示路口节点k与路口节点j之间有通路；x_kj＝1表示选择路口节点k与路口节点j之间的路段，x_kj＝0表示不选择路口节点k与路口节点j之间的路段；d_kj表示路口节点k与路口节点j之间通路的距离，s表示驾驶线路途经的路口总数；t_kj表示通过路口节点k与路口节点j之间通路的时间，且有：$t_{kj}=\frac{d_{kj}}{U_{kj}};$U_kj表示通过路口节点k与路口节点j之间通路的汽车的平均通行速度，且有：$U_{kj}=\frac{{\mathrm{\alpha U}}_{kj}^s}{1+{(V_{kj}/B_{kj})}^{\beta }};$其中，U_kj^s表示通过路口节点k与路口节点j之间通路的设定速度；V_kj为路口节点k与路口节点j之间通路的车辆流通量；B_kj表示通过路口节点k与路口节点j之间通路的最大车辆流通量；α、β为交通负荷(V_kj/B_kj)的修正系数，且有：$\alpha =\frac{l-q+p}{2q-5p},\beta =\frac{l}{q};$其中，q表示电动汽车空间驾驶路线网络中的路口节点总数，l表示电动汽车空间驾驶路线网络中存在的通路总数，p表示电动汽车空间驾驶路线网络中所存在的电动汽车可选择驾驶路线的总条数；采用动态规划法对电动汽车最优驾驶路线模型进行求解，确定电动汽车的上班最优驾驶路线和下班最优驾驶路线；2.2)根据配电网是否发生故障，将配电网分为故障状态和无故障状态，确定在配电网不同状态下电动汽车的平均放电功率；具体为：在配电网无故障状态下，电动汽车的平均放电功率为：$P_{V2G,t}^i=\frac{\underset{n=1}{\overset{N_t^i}{\Sigma }}(Q_n-(d_{n,1}+d_{n,2})·c_{EV}-{\mathrm{SOC}}_{\min }·Q_n)·\eta }{T_{V2G}},L_t^i={\mathrm{LP}}_t^i-P_{V2G,t}^i;$其中，表示电动汽车在负荷点i处t时刻向电网放电的平均功率；Q_n表示第n辆电动汽车电池的容量；d_n1表示第n辆电动汽车上班最优驾驶路线的行驶距离；d_n2表示第n辆电动汽车下班最优驾驶路线的行驶距离；c_EV表示电动汽车每公里的能耗；η表示电动汽车向电网供电的效率；T_V2G表示电动汽车放电区域的高峰负荷的持续时间；在配电网无故障状态下，电动汽车的平均放电功率满足：P_V2G,t‑LP_isolated≥0；LP_isolated表示电动汽车的放电的孤岛负荷；以在配电网不同状态下电动汽车的平均放电功率作为电动汽车放电功率模型；3)确定电动汽车的充电和放电调度策略；该步骤具体为：3.1)建立电动汽车的充电和放电调度的约束条件：①电动汽车充电、放电时段约束条件：根据历史数据统计确定配电网的峰谷负荷时段，要求V2G系统控制电动汽车在谷时负荷时段且闲置状态时进行充电，在峰谷负荷时段且闲置状态时控制电动汽车参与电力系统调峰服务，在满足用户使用的前提下，仅向配电网放电；②电动汽车充电、放电接入点约束条件：根据历史数据统计划分配电网中各负荷点属于居民区还是办公区；若负荷点的充电站所在位置位于城市居民居住活动区域，则将该负荷点的充电站划分为属于居民区；若负荷点的充电站所在位置位于商业、企业办公区域或事业单位办公区域，则将该负荷点的充电站划分为属于办公区；然后，根据配电网的峰谷负荷时段，将配电网中属于居民区的充电站作为电动汽车充电的接入点，将配电网中属于办公区的充电站作为电动汽车放电的接入点；3.2)对于V2G系统中的每辆电动汽车，按如下方式确定其充电和放电调度策略：电动汽车充电调度策略：①电动汽车闲置且处于负荷低谷时段，若电动汽车此时的荷电状态SOC_t不满足SOC_t≥SOC_Drive，则利用V2G系统控制电动汽车充电；SOC_Drive表示满足用户出行要求的最低荷电状态；②若电动汽车的荷电状态满足SOC_t≥SOC_Drive，且电动汽车充电时段没有结束，则V2G系统控制电动汽车继续充电，直到充电时段结束或满足SOC_t＝SOC_max；SOC_max表示锂电池最大荷电状态；电动汽车放电控制策略：①当电动汽车处于负荷高峰时段且闲置状态，若电动汽车此时的荷电状态SOC_t满足SOC_t>SOC_min+SOC_consume，则利用V2G系统控制电动汽车放电；SOC_consume表示电动汽车下班预留电量的荷电状态；SOC_min表示电动汽车最低荷电状态；②当电动汽车的荷电状态满足SOC_t＝SOC_min+SOC_consume，则结束放电；4)按照所确定的电动汽车充电和放电调度策略，利用V2G系统对电动汽车的充电和放电进行控制，实现对电动汽车的配电调度控制。