基于电动汽车响应优先度序列的虚拟电厂功率控制方法

摘要

本发明公开了基于电动汽车响应优先度序列的虚拟电厂功率控制方法，确定电动汽车参与需求响应的功率目标值和响应时间段，确定电动汽车随时间变化的功率响应能力；根据电动汽车功率响应能力确定当前时间区间功率目标值；计算当前时间区间各电动汽车单体响应时间裕度指标RTM，建立电动汽车响应优先度序列；分配下发电动汽车充放电功率指令，执行完毕检查是否达到功率目标值；在下一时间区间重新计算电动汽车响应优先度序列并分配功率指令，遍历每个时间区间。本方法考虑了电动汽车电池的性能衰减和用户需求，保证了用户出行体验，能有效提高虚拟电厂电动汽车资源参与功率响应的效率和用户参与需求响应的积极性。

说明书

技术领域

本发明涉及基于电动汽车响应优先度序列的虚拟电厂功率控制方法，属于虚拟电厂技术 领域。

背景技术

随着我国能源转型的不断推进，电力系统对电网的功能和运行方式提出了新的挑战，风 能和太阳能等可再生能源具有的随机性、间歇性和波动性特征，给电网带来巨大调峰调频压 力。同时，随着我国电动汽车保有量的增加，大量电动汽车的无序充电给电网带来巨大的峰 值负荷压力。据统计，每当电动汽车占比增加20％，就会增加接近10％的系统峰值需求。 如果考虑系统备用容量等问题，发输配系统就要提升20％的冗余度。电动汽车通过充电桩接 入电网，充电桩的输入端与交流电网直接连接，充电桩的输出端都装有充电插头用于为电动 汽车充电，一般提供常规充电和快速充电两种充电方式。

现有的虚拟电厂对电动汽车参与电网需求响应的功率控制策略中，没有充分考虑电动汽 车作为交通工具的特殊性，通常只是视为分布式储能电池来处理，并且忽略了电动汽车电池 在大量无序充电过程后产生的性能衰减，以统一的恒功率充放电控制来参与响应，往往不能 充分挖掘电动汽车电池潜力，同时还会影响用户出行体验，降低用户参与需求响应的积极性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供基于电动汽车响应优先度序列 的虚拟电厂功率控制方法。

为达到上述目的，本发明提供基于电动汽车响应优先度序列的虚拟电厂功率控制方法，包括： 获取虚拟电厂数据，所述虚拟电厂数据包括电动汽车基本信息、用户的预期用车时间、电动 汽车满足用户出行需求的最小荷电状态、电动汽车入网时间和电动汽车初始的荷电状态信息； 根据虚拟电厂参与需求响应的总功率，确定电动汽车集群参与响应的功率目标值和响应时间 段；

根据电动汽车的历史充放电数据进行个性化建模，获得电动汽车单体充放电曲线；

将响应时间段划分为多个等长的时间区间，根据约束条件和电动汽车单体充放电曲线计算电 动汽车单体响应能力；

根据电动汽车集群聚合响应能力和电动汽车集群参与响应的功率目标值，设定各时间区间内 电动汽车集群的功率目标值；

根据电动汽车满足用户出行需求的最小荷电状态，计算电动汽车单体响应时间裕度指标RTM；

根据RTM、电动汽车当前的荷电状态和单个时间区间内电动汽车集群的功率目标值，建立电 动汽车响应优先度序列；

从当前时间区间开始，在每个时间区间开始时循环迭代更新电动汽车响应优先度序列，分配 并下发各个单体电动汽车的功率目标值给对应充电桩执行，直至响应时间段结束。

优先地，根据电动汽车的历史充放电数据进行个性化建模，获得电动汽车单体充放电曲线， 包括：

将电动汽车电池的电流计算公式为：

式中，

基于电流值获得电动汽车单体充电时的荷电状态；

基于电动汽车初始的荷电状态信息和电动汽车充电时的实时荷电状态，建立电动汽车单体充 放电曲线；

电动汽车单体充放电曲线中，根据电动汽车满足用户出行需求的最小荷电状态和电动汽车满 足用户出行需求的最大荷电状态，构建电动汽车充电时实时荷电状态的下边界线以及电动汽 车充电时实时荷电状态的上边界线，汽车充电时实时荷电状态的上边界线和下边界线之间为 电动汽车的充放电可行域，横轴为充电时间，纵轴为电动汽车单体充电时的荷电状态；

S

当S

当S

优先地，约束条件包括：

电动汽车的充电功率或放电功率的需要满足：

P(t)＝m

式中：P(t)为电动汽车的实时充电功率或放电功率，P

E

式中，S(t)为电动汽车充电时实时荷电状态，t

E

E

式中，E

优先地，将响应时间段划分为多个等长的时间区间，根据约束条件和电动汽车单体充放电曲 线计算电动汽车单体响应能力，包括：

基于电动汽车的充放电可行域，计算电动汽车单体响应能力：

将响应时间段[t

式中，E(t)为电动汽车实时电量，E

电动汽车单体最大可增加或削减的充电功率为：

式中，P

电动汽车集群最大可增加或削减的充电功率：

式中：

优先地，计算电动汽车单体响应时间裕度指标RTM：

式中，RTM是电动汽车单体响应时间裕度指标，表示电动汽车单体的剩余停车时间与必要充 电时间的差值；S

优先地，根据RTM、电动汽车当前的荷电状态和单个时间区间内电动汽车集群的功率目标值， 建立电动汽车响应优先度序列，包括：

步骤1：采集t

步骤2：在电动汽车集群聚合响应能力内，在响应时间段[t,t+Δt]内设置电动汽车集群的功率 目标值P

当调度指令为需要电动汽车集群增加响应功率时，按照RTM值从大到小顺序给对应的电动汽 车依次停止放电，RTM值相同时荷电状态更小的电动汽车优先停止放电；当所有电动汽车停 止放电仍不能满足电动汽车集群增加响应功率需求时，按照RTM值从小到大的顺序给对应的 电动汽车依次充电，RTM值相同时荷电状态小的电动汽车优先开始充电；

当调度指令为需要电动汽车集群削减响应功率时，按照RTM值从大到小顺序给对应的电动汽 车依次停止充电，RTM值相同时荷电状态大的电动汽车优先停止充电，当所有电动汽车停止 充电仍不能满足电动汽车集群削减响应功率需求时，按照RTM值从大到小顺序给对应的电动 汽车依次开始放电，RTM值相同时荷电状态大的电动汽车优先开始放电；

步骤3：根据生成的电动汽车优先度队列响应系统调度，检验电动汽车的响应功率P是否达 到功率目标值P

步骤4：将t的值增加Δt，运行步骤2。

优先地，获取虚拟电厂数据，包括：

用户在虚拟电厂管控系统平台进行注册，输入电动汽车基本信息；

用户在移动客户端上输入用户的预期用车时间和电动汽车满足用户出行需求的最小荷电状态；

电动汽车基本信息包括电动汽车的出厂时间、电动汽车的电池容量和电动汽车的型号。

优先地，分配并下发各个电动汽车单体功率目标值P

分配并依次下发各个电动汽车单体功率目标值给对应充电桩执行；

(1)若若功率目标值P

若电动汽车集群中没有处于放电状态的电动汽车单体且当前电动汽车单体的P(t)

当前电动汽车单体成功开始充电后，检查当前电动汽车单体的P(t)

若功率目标值P

当电动汽车集群中没有处于充电状态的电动汽车单体且P(t)>P

具有相同RTM值的电动汽车单体，按电动汽车单体的荷电状态从大到小顺序接受并执行放电 指令；

每条放电指令下发并执行成功后，判断电动汽车集群P(t)>P

本发明所达到的有益效果：

本发明考虑实际电动汽车在多次充放电后产生的电池特性衰减以及充放电过程中功率的 时变性，通过模型迭代和时间离散化处理获得的电动汽车响应能力更加准确，在此基础上， 建立电动汽车响应优先度序列进行功率控制，在不影响用户出行体验的前提下达到所需目标 功率，同时减少电动汽车电池不必要的响应充放电次数，提高电动汽车电池使用寿命。

附图说明

图1是本发明中S

图2是本发明中S

图3是本发明t时刻下第i个电动汽车单体的剩余未充电电量的示意图；

图4是本发明建立电动汽车响应优先度序列的流程图；

图5是本发明的流程图；

图6是本发明系统的模块示意图。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护 范围。

需要说明，若本发明实施例中有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)，则其仅 用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系和运动情况等，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，若在本发明中涉及“第一”和“第二”等的描述，则其仅用于描述目的，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”和“第 二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，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。

一种基于电动汽车响应优先度序列的虚拟电厂功率控制方法，包括：

采集虚拟电厂数据，所述虚拟电厂数据包括电动汽车基本信息，电动汽车实时信息，电 动汽车入网时间和电动汽车荷电状态状态信息，电动汽车满足用户出行需求的最小荷电状态 等；

根据调度系统下发的功率响应目标值，确定电动汽车集群响应目标功率和响应时间段；

对电动汽车进行个性化建模，根据历史充放电数据，获得电动汽车单体充放电曲线；

将响应时间窗口划分为多个等长的时间区间，根据约束条件和电动汽车单体充放电曲线 计算单体电动汽车在各时间区间内的响应能力，以此获得电动汽车集群聚合响应能力；

根据电动汽车集群聚合响应能力和响应目标功率，设定单个时间区间内电动汽车集群功 率控制目标；

根据用户出行需求计算各电动汽车单体响应时间裕度指标RTM，根据RTM、电动汽车当 前的荷电状态以及设定的单个时间区间内电动汽车集群功率控制目标值，建立电动汽车响应 优先度序列；

根据当前时间区间内电动汽车响应优先度序列，下发各电动汽车功率控制目标值给对应 充电桩执行；在下个时间区间开始时，更新电动汽车响应优先度序列并下发各电动汽车功率 控制目标值给对应充电桩执行，循环迭代该过程直至响应时间窗口结束，完成功率响应过程。 获取虚拟电厂数据，包括以下步骤：

(1)用户在虚拟电厂管控系统平台(例如虚拟电厂配套APP或微信公众号)进行注册 时，将作为可调控资源的电动汽车基本信息录入平台数据库。

(2)用户在虚拟电厂配套APP或微信公众号上接收到发布的需求响应计划信息时，通 过移动客户端(例如虚拟电厂配套APP或微信公众号)确认是否参与虚拟电厂功率响应，并 根据出行计划输入预期用车时间以及最低出行荷电状态要求等信息。虚拟电厂管控系统后台 将用户输入信息与对应的电动汽车资源建立关联。

3.电动汽车个性化建模包括：

电动汽车电池的荷电状态范围区间设置为10％～90％，根据电动汽车电池类型的不同， 荷电状态上下限取值可以不同。

将电动汽车电池简化为恒压充电，充放电电流随着时间逐渐变小且电池特性会随着使用 次数的增加而衰减，采用一种基于历史数据的储能电池充/放电曲线建模方法。电流计算公式 为：

其中

建立电动汽车充放电可行域如图1和图2所示，图1和图2中，各个变量含义如下：

S

S

S

S

td为最大充电时间；

图1-2中t

电动汽车作为交通工具应首先满足用户的各类出行需求，根据电动汽车刚接入电网的起 始电量的不同，充放电可行域有图示两种情况。

(a)当S

(b)当S

获得电动汽车集群聚合响应能力，包括：

基于电动汽车的充放电可行域，计算电动汽车单体响应能力：

将一个响应时间窗口[t

式中，E(t)为电动汽车实时电量，E

电动汽车单体最大可增加或削减的充电功率为：

式中：P

电动汽车单体放电可看作削减充电功率。通过比较功率边界与电量边界等约束，计算出 各时段电动汽车单体最大可增加/削减功率。

(2)电动汽车集群最大可增加或削减的充电功率：

式中：

所述的约束条件包括：

(1)功率边界

电动汽车的充/放电功率计算公式如下：

P(t)＝m

式中：P

(2)电量边界：

电量边界用最大/最小电量表示，该边界在各个时刻处于动态变化中，前面调度过程的变 化也会引起后续电量边界的变化。

电量边界对EV响应能力的影响需满足：。

E

式中，S(t)为电动汽车实时SOC，B

单体EV的电量上下边界如下所示：

E

E

式中，E

3.建立响应优先度队列的步骤包括：

步骤1：确定响应能力评估时间窗口[t

步骤2：在电动汽车集群聚合响应能力内，在响应时间窗口[t,t+Δt]内设置电动汽车集群 响应系统的目标功率值P

当调度指令为需要电动汽车集群增加响应功率时，优先降低电动汽车的放电功率，按照 RTM值从大到小顺序给对应的电动汽车依次停止放电，RTM值相同时荷电状态更小的电动汽 车优先停止放电；当所有电动汽车停止放电仍不能满足电动汽车集群增加响应功率需求时， 开始给电动汽车充电，按照RTM值从小到大的顺序给对应的电动汽车依次充电，RTM值相 同时荷电状态小的电动汽车优先开始充电；

当调度指令为需要电动汽车集群削减响应功率时，优先降低电动汽车的充电功率，按照RTM值从大到小顺序给对应的电动汽车依次停止充电，RTM值相同时荷电状态大的电动汽车 优先停止充电，当所有电动汽车停止充电仍不能满足电动汽车集群削减响应功率需求时，开 始电动汽车放电，按照RTM值从大到小顺序给对应的电动汽车依次开始放电，RTM值相同 时荷电状态大的电动汽车优先开始放电；

步骤3：根据生成的电动汽车优先度队列响应系统调度，检验电动汽车的响应功率P是 否达到目标功率设定值P

步骤4：在下一评估时段重复步骤2，直到满足条件退出，结束运行。

4.电动汽车单体响应时间裕度(RTM)定义为：

响应时间裕度表征EV的灵活性，计算公式如下：

式中，RTM是电动汽车单体响应时间裕度指标，表示电动汽车单体的剩余停车时间与必要充 电时间的差值；S

RTM表示剩余停车时间与必要充电时间的差值，RTM越大代表电动汽车的可控灵活性越强。 电动汽车的RTM值大，表明充电需求不紧迫，优先安排其放电，RTM值小，表明其即将出 行，应优先安排其充电。

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为 本发明的保护范围。