适用于多个充电站的电动汽车有序充电协调控制方法

摘要

本发明提出一种适用于多个充电站的电动汽车有序充电协调控制方法，首先由各充电站根据站内所有电动汽车的充电需求信息以及电池信息计算充电站内所有电动汽车集合充电需求边界曲线并发送给控制中心，再由控制中心根据各充电站上报的站内所有电动汽车集合充电需求边界曲线，根据电网电价以及系统电动汽车充电负荷约束条件计算各充电站最优充电负荷指导曲线，并下发给各充电站。各充电站采用协调优化充电算法计算站内各电动汽车最优充电策略，从而实现了多个充电站之间有序充电协调控制。该控制方法依赖计算简单的优化模型，计算效率高，对控制系统硬件环境要求低，有效节约了各个充电站与控制中心之间的通信资源。

主权项

1.一种适用于多个充电站的电动汽车有序充电协调控制方法，其特征在于，是在充电机加装的客户端程序，以下简称为客户端，电动汽车充电站内有序充电控制中心以及充电站间电动汽车有序充电控制中心的主控机中依次按以下步骤实现的：步骤（1）：初始化步骤（1-1）：充电站间电动汽车有序充电控制中心的主控机初始化：预置以下参数：a）控制充电站个数N，当日充电负荷裕度信息M(t)，其单位为kW，表示在第t个时间段电网允许该充电站间电动汽车有序充电协调控制系统用来对管辖范围内电动汽车充电站内电动汽车进行充电的最大负荷功率，t=1,2,...,96，采样间隔为15min，当日电价信息，包括：充电单位成本c_t，其单位为元/kWh，t=1,2,...,96，采样间隔为15min，步骤（1-2）：充电站内有序充电控制中心的主控机初始化：预置以下参数：b）站内控制充电机数量F_i，i=1,2,...,N，每台充电机j，j=1,2,...,F_i的充电功率大小P_ij，当日充电站充电负荷裕度信息M_i(t)，其单位为kW，表示第i个充电站在第t个时间段电网允许该充电站用来进行电动汽车充电的最大负荷功率，i=1,2,...,N，t=1,2,...,96，采样间隔为15min，步骤（1-3）：客户端信息初始化：客户通过客户端输入其电动汽车的预期停留时间t_ij以及离开时期望的电池充电水平其中j为客户电动汽车在充电站i内接入的充电机编号，充电机通过访问电池管理系统中获取客户电动汽车的当前电池信息，包括：电池容量B_ij，以及电池当前充电水平步骤（2）：当客户电动汽车在充电站i接入充电机j时，i=1,2,...N,j=1,2,...F_i,汇总站内所有电动汽车的充电需求，；步骤（3）：按照如下方法计算站级电动汽车集合充电需求边界曲线：步骤（3-1）：根据当前时间与所述控制系统管辖范围内所有车辆的各自离开时间设定值，确定从当前时刻起每辆电动汽车的停留时间段数和从当前时刻起的所有车辆停留时间的最大值t_ij和的单位均为min，得到充电站充电协调控制的时间段数设定计算有序充电策略的时间长度最长为一天，表示小于x的最大整数，步骤（3-2）：按照如下所述方法计算站内接入充电机j的电动汽车在未来J_i个时间段的累计充电电量上下界，定义和分别表示该电动汽车从现在时刻算起，第t个时间段的累计充电电量下界和上界，则：$E_{\mathrm{ij}}^{\min }\left(t\right)=({\mathrm{SOC}}_{\mathrm{ij}}^D-{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{ij}}^A)B_{\mathrm{ij}},t=J_{\mathrm{ij}},J_{\mathrm{ij}}+1,...,J_i$$E_{\mathrm{ij}}^{\min }\left(t\right)=\max (E_{\mathrm{ij}}^{\min }(t+1)-P_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Delta t},{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{ij}}^A{B}_{\mathrm{ij}}),t=\mathrm{1,2},...,(J_{\mathrm{ij}}-1)$$E_{\mathrm{ij}}^{\max }\left(0\right)={\mathrm{SOC}}_{\mathrm{ij}}^A{B}_{\mathrm{ij}}$$E_{\mathrm{ij}}^{\max }\left(t\right)=\min (E_{\mathrm{ij}}^{\max }(t-1)+P_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Delta t},({\mathrm{SOC}}_{\mathrm{ij}}^D-{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{ij}}^A)B_{\mathrm{ij}}),t=\mathrm{1,2},...,J_i$其中：Δt是一个控制时间段的时间长度，取15min，步骤（3-3）：按照如下述方法计算站内接入充电机j的电动汽车在未来J_i个时间段的充电功率上下界，定义和分别为该电动汽车从现在时刻算起，第t个时间段的充电功率下界和上界，则：$P_{\mathrm{ij}}^{\min }\left(t\right)=0,t=\mathrm{1,2},...,J_i$$P_{\mathrm{ij}}^{\max }\left(t\right)=P_{\mathrm{ij}},t=\mathrm{1,2},...,J_{\mathrm{ij}}$$P_{\mathrm{ij}}^{\max }\left(t\right)=0,t=J_{\mathrm{ij}}+1,...,J_i$步骤（3-4）：按照如下方法计算站内集合充电需求边界曲线，包括站内累积充电电量上下界和充电功率上下界，分别用表示，$E_i^{\max }\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{F_i}{\Sigma }}{E}_{\mathrm{ij}}^{\max }\left(t\right),t=\mathrm{1,2},...,J_i$$E_i^{\min }\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{F_i}{\Sigma }}{E}_{\mathrm{ij}}^{\min }\left(t\right),t=\mathrm{1,2},...,J_i$$P_i^{\max }\left(t\right)=\min (\underset{j=1}{\overset{F_i}{\Sigma }}{P}_{\mathrm{ij}}^{\max }\left(t\right),M_i\left(t\right)),t=\mathrm{1,2},...,J_i$$P_i^{\min }\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{F_i}{\Sigma }}{P}_{\mathrm{ij}}^{\min }\left(t\right),t=\mathrm{1,2},...,J_i$其中，M_i(t)表示从现在时刻算起，充电站i的充电负荷裕度，在计算得到站内集合充电需求边界曲线后，上报充电站间电动汽车有序充电控制中心汇总，以计算各充电站充电负荷指导曲线；步骤（4）：依次执行以下步骤以计算各充电站充电负荷指导曲线：步骤（4-1）：根据当前时间与各充电站的充电协调控制的时间段数J_i确定充电站间充电协调控制的时间段数步骤（4-2）：构造各充电站充电负荷指导曲线决策变量i=1,2,...,N,t=1,2,...,J，表示第i个充电站从现在时刻算起第t个时间段的指导充电功率，步骤（4-3）：按下式确定控制目标函数：min$\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_i^{\mathrm{ref}}\left(t\right)\times c_j\times \mathrm{\Delta t}$表示：使得在J个时间段中充电站的充电总费用最小，以此作为控制目标函数，步骤（4-4）：要求在各时间点充电站的指导充电功率不能超过其充电站充电功率上下界，在充电站的充电规划时间外，指导充电功率为0，确定约束条件：$P_i^{\min }\left(t\right)\le P_i^{\mathrm{ref}}\left(t\right)\le P_i^{\max }\left(t\right),t=\mathrm{1,2},...,J_{i,}\forall i$$P_i^{\mathrm{ref}}\left(t\right)=0,t=J_i+1,...,J,\forall i$同时，各充电站的充电指导功率积分值满足各充电站的累积充电电量上下界，$E_i^{\min }\left(t\right)\le \underset{\tau =1}{\overset{t}{\Sigma }}{P}_i^{\mathrm{ref}}\left(\tau \right)\mathrm{\Delta t}\le E_i^{\max }\left(t\right),t=\mathrm{1,2},...,J_i$同时，各充电站在任意时间段的总充电功率不得超过设定的充电站间充电负荷裕度，$\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_i^{\mathrm{ref}}\left(t\right)\le M\left(t\right),t=\mathrm{1,2},...,J$其中M(t)表示从现在算起第t个时间段内的充电负荷裕度，步骤（4-5）：上述所建立的数学模型为线性规划模型，采用一般单纯型算法求解，若无解，则表示不能满足下属各充电站内新接入客户的充电需求，提示对应充电站，放弃为该用户充电，否则，将得到的充电负荷指导曲线下达给对应充电站站级电动汽车有序充电控制系统；步骤（5）：每个充电站i，i=1,2,3...N，站级有序充电控制系统在接收未来J_i个时间段的充电负荷指导曲线后，依次执行如下步骤，计算得到站内电动汽车有序充电控制策略，步骤（5-1）：根据所述接入的电动汽车各自的当前充电水平，期望离开充电水平，电池容量和充电功率，确定每辆电动汽车所需充电时间段数I_ij，其中j为电动汽车停靠的充电机编号，j=1,2,3...F_i，得到电动汽车所需充电时间段数为：其中为不小于x的最小整数，Δt=15min，步骤（5-2）：构造站内电动汽车充电需求排序表A_L×4，共L行4列，其中L表示目前该充电站控制系统管辖范围内停靠的电动汽车数量，第一列对应电动汽车停靠充电机的编号j，第二列表示该电动汽车所需充电时间段数I_ij，第三列表示该电动汽车停靠时间段数J_ij，第四列表示该电动汽车停靠时间段数与所需充电时间段数之差J_ij-I_ij与该充电机充电功率P_ij之比，即（J_ij-I_ij）/P_ij，电动汽车充电需求排序表A_L×4的行以第四列的数值大小从小到大排序，系统计算有序充电策略时安排优先级高的电动汽车先进行充电，步骤（5-3）：再次判断能否为新接入电动汽车提供充电服务，找到新接入电动汽车所在电动汽车充电需求排序表的对应行，若该新接入的电动汽车对应的J_ij-I_ij值小于0，则表示控制系统无法在该电动汽车停留时间内满足其充电需求，将该车的充电时间段数设置为其停靠时间段数，步骤（5-4）：构造电动汽车充电机启停控制矩阵表示第i个充电站第j个充电机从当前时刻算起的第t个时间段内的控制决策，表示充电机开启，表示充电机关闭，同时选取该充电站从当前时刻算起，未来J_i个时间段的充电负荷裕度M_i(t)，步骤（5-5）：从充电需求排序表中充电优先级最高的车辆开始安排充电，设正在安排充电的车辆停靠充电机编号为k，则在这J_i个时间段的前J_ik个时间段内，选取负荷指导曲线即从步骤（5-7）返回重新计算时，初始化为最初下达的指导曲线，最大的前I_ik个时间段，安排该电动汽车进行充电，若所选取的I_ik个时间段内站级充电负荷裕度出现负值，则说明系统无法安排新接入电动汽车的充电，跳至步骤（5-7），否则，安排好该电动汽车的有序充电计划后，选取电动汽车充电机启停控制矩阵的第k行，将安排该电动汽车充电的时间段对应的列元素的值置为1，步骤（5-6）：根据新安排电动汽车的充电计划，更新从现在时刻算起，前J_i个时间段内的充电负荷裕度M_i(t)，在相应的时间段减去计划充电的充电功率P_ij，同时更新从现在时刻算起，前J_i个时间段内的充电负荷指导曲线在相应的时间段减去计划充电的充电功率P_ij，回到步骤（5-5）逐步安排充电需求排序表中未安排充电计划的电动汽车，步骤（5-7）：将新接入电动汽车的对应充电时间段数I_ij减1，回到步骤（5-2），重新生成电动汽车充电需求排序表并重新计算步骤（5-3）至（5-6），步骤（5-8）安排完充电需求排序表中所有电动汽车充电计划后，此时系统能满足新进入电动汽车离开时期望的最大为：${\mathrm{SOC}}_{\mathrm{ij}}^{D,\max }=\frac{I_{\mathrm{ij}}^{\prime }{P}_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Delta t}}{B_{\mathrm{ij}}}+{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{ij}}^A$其中，是调整后的充电时间段数，若此时其中为用户最初设定的期望离开则提示用户能够满足客户充电需求，否则，提示客户无法满足其充电需求，并提示用户最大限度能满足其离开时期望为用户根据需要自行选择是否接受充电服务；步骤（6）：根据步骤（5）求出的充电机启停控制策略矩阵控制各充电机启停，实现有序充电。