一种基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法

1.一种基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、计算各电动汽车的期望SOCexp
(1.1)、将控制中心监测管辖内的电动汽车接入充电桩；
(1.2)、控制中心根据各电动汽车的行驶数据，分别计算出每台电动汽车的期望SOCexp；
(2)、控制中心确定出每台电动汽车的当前状态
调度开始时，控制中心将每台电动汽车的当前SOC与该台电动汽车的期望SOCexp进行比较，如果SOC≤SOCexp，该电动汽车处于充电状态，则在电池有效容量范围内对电动汽车进行快速率充电，并进入下一轮的调度；如果SOC＞SOCexp，该电动汽车处于参与调频状态，并进入步骤(3)；
(3)、控制中心对处于参与调频状态的电动汽车进行调度
(3.1)、电网每隔时间T向控制中心发送调频信号，控制中心根据调频信号和电动汽车的当前SOC组织电动汽车电池容量跟踪调频信号；
控制中心再通过协调电动汽车总收益和跟踪调频信号的精度，由式(1)～(6)计算出参与调频的电动汽车的总容量Ropt(t)；
|Ropt(t)-XS(t)|≤0.03*|XS(t)|  (3)
其中U(t)是参与调频的电动汽车总收益；Ropt(t)是t时刻参与调频的电动汽车总容量；
是t时刻第n辆电动汽车参与调频的容量；N表示控制中心调度参与调频的电动汽车数量；Preg(t)和Pcha(t)是调频容量价格和节点电价；α、β、γ为权重系数；XS(t)表示调频信号，X表示调频信号的正负取值，当X＝1时，电动汽车参与下调服务，当X＝-1时，电动汽车参与上调服务；SOCn(t)表示第n辆电动汽车t时刻的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车期望的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车电池有效范围的最大值； 表示第n辆电动汽车t时刻可参与调频服务充放电的功率值； 和 分别表示第n辆电动汽车充放电功率的最小值和最大值；
(3.2)、控制中心将步骤(3.1)计算得到的总容量按照电动汽车电池可用容量的范围，通过式(7)～(12)计算分配给每台电动汽车，分配完成后，每台电动汽车中参与调频的容量占可用容量的百分比最小；
n n
其中，J(t)表示电动汽车参与调频容量占可用容量百分比之和；SOC (t)和SOC (t-1)表示第n辆电动汽车t时刻和t-1时刻的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车电池有效范围的最大值；(3.3)、控制中心将总容量Ropt(t)分配完成后，结束本次调度，并返回步骤(2)，待接收到T+1时刻的调频信号后，进行下一轮调度。
2.根据权利要求1所述的基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法，其特征在于，所述的步骤(1.2)中，计算电动汽车的期望SOCexp的方法为：
1)、计算电动汽车行驶时每公里的能耗量Em
Em＝E·η
其中，E表示电动汽车标准能耗值，η表示电动汽车电池放电效率；
2)、计算电动汽车行驶时的日需求电量DE
DE＝Md*Em
其中，Md为电动汽车的日行驶距离；
3)、计算电动汽车的期望SOCexp
SOCexp＝SOCη*20％+DE/C+Em*1/C
其中，SOCη为电动汽车电池的有效容量，C表示电池总容量。
3.根据权利要求1所述的基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法，其特征在于，所述电动汽车电池的有效容量范围为20％～95％。

一种基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于电网调度技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法。\n背景技术\n[0002] 电动汽车在环保方面的优势，是传统汽车无法比拟的，受到了全世界范围的广泛关注。随着电池设备、驱动技术的不断发展，促使电动汽车飞速发展。大量电动汽车接入电网，对电网的负荷承受能力带来了巨大的挑战，影响了电网的安全运行。随着电动汽车充放电设备技术发展逐渐成熟，将电动汽车纳入电网调度成为了新的研究趋势。\n[0003] 电动汽车电池能够在短时间内快速响应电网频率需求，通过对大量电动汽车的调度，可以帮助电网改善其运行特性。国内外对于电动汽车参与调频服务的调度方法研究较多，但是考虑汽车用户行驶模型的调度方法即电动汽车参与电网调频调度过程中优先考虑电动汽车用户的行驶需求的优化解决方法研究较少。在电网对参与调频服务的电动汽车调度过程中，大多忽略电动汽车流动性的特点，而只是在电动汽车长时间接入电网的整个调度循环周期结束时保证电动汽车的电量需求。这样将导致电动汽车在调度周期结束之前离开时，电池电量不能保证电动汽车下一段旅程的需求，这将影响电动汽车用户的日常生活。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法，在满足电动汽车出行需求电量的基础上，尽可能地增加电动汽车集群收益，减小对某辆电动汽车电池大幅度的使用。\n[0005] 为实现上述发明目的，本发明一种基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法，其特征在于，包括以下步骤：\n[0006] (1)、计算各电动汽车的期望SOCexp\n[0007] (1.1)、将控制中心监测管辖内的电动汽车接入充电桩；\n[0008] (1.2)、控制中心根据各电动汽车的行驶数据，分别计算出每台电动汽车的期望SOCexp；\n[0009] (2)、控制中心确定出每台电动汽车的当前状态\n[0010] 调度开始时，控制中心将每台电动汽车的当前SOC与该台电动汽车的期望SOCexp进行比较，如果SOC≤SOCexp，该电动汽车处于充电状态，则在电池有效容量范围内对电动汽车进行快速率充电，并进入下一轮的调度；如果SOC＞SOCexp，该电动汽车处于参与调频状态，并进入步骤(3)；\n[0011] (3)、控制中心对处于参与调频状态的电动汽车进行调度\n[0012] (3.1)、电网每隔时间T向控制中心发送调频信号，控制中心根据调频信号和电动汽车的当前SOC，组织电动汽车电池容量跟踪调频信号；\n[0013] 控制中心再通过协调电动汽车总收益和跟踪调频信号的精度，由式(1)～(6)计算出参与调频的电动汽车的总容量Ropt(t)；\n[0014]\n[0015]\n[0016] |Ropt(t)-XS(t)|≤0.03*|XS(t)|  (3)\n[0017]\n[0018]\n[0019]\n[0020] 其中U(t)是参与调频的电动汽车总收益；Ropt(t)是t时刻参与调频的电动汽车总容量； 是t时刻第n辆电动汽车参与调频的容量；N表示控制中心调度参与调频的电动汽车数量；Preg(t)和Pcha(t)是调频容量价格和节点电价；α、β、γ为权重系数；XS(t)表示调频信号，X表示调频信号的正负取值，当X＝1时，电动汽车参与下调服务，当X＝-1时，电动汽车参与上调服务；SOCn(t)表示第n辆电动汽车t时刻的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车期望的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车电池有效范围的最大值； 表示\n第n辆电动汽车t时刻可参与调频服务充放电的功率值； 和 分别表示第n辆电动汽车充放电功率的最小值和最大值；\n[0021] (3.2)、控制中心将步骤(3.1)计算得到的总容量按照电动汽车电池可用容量的范围，通过式(7)～(12)计算分配给每台电动汽车，分配完成后，每台电动汽车中参与调频的容量占可用容量的百分比最小；\n[0022]\n[0023]\n[0024]\n[0025]\n[0026]\n[0027]\n[0028] 其中，J(t)表示电动汽车参与调频容量占可用容量百分比之和；SOCn(t)和SOCn(t-\n1)表示第n辆电动汽车t时刻和t-1时刻的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车电池有效范围的最大值；\n[0029] (3.3)、控制中心将总容量Ropt(t)分配完成后，结束本次调度，并返回步骤(2)，待接收到T+1时刻的调频信号后，进行下一轮调度。\n[0030] 本发明的发明目的是这样实现的：\n[0031] 本发明基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法，通过协调跟踪调频信号精度和电动汽车的总收益计算电动汽车参与调频总容量，在稳定电网频率的同时使得电动汽车总收益最大。然后，根据电动汽车可用容量范围，将计算得到的总容量公平分配给参与调频的电动汽车，这样非常好的满足了电动汽车的需求电量，方便了电动汽车用户的随时出行需求，可以激励更多的用户参与到调频服务中。\n[0032] 同时，本发明基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法还具有以下有益效果：\n[0033] (1)、本发明通过协调电动汽车总收益和调频信号跟踪精度，在稳定电网频率的基础上，实现了电动汽车总收益的最大化；\n[0034] (2)、根据电动汽车可用容量的不同给电动汽车分配调频容量，不仅满足了电动汽车用户行驶需求，还减少了对某一辆电动汽车电池的大幅度使用，同时保护了电池。\n附图说明\n[0035] 图1是本发明基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法的流程图；\n[0036] 图2是本发明中，电动汽车集群跟踪调频信号图；\n[0037] 图3是对比案例中，电动汽车集群跟踪调频信号图；\n[0038] 图4是本发明中，电动汽车电量随时间变化图；\n[0039] 图5是对比案例中，电动汽车电量随时间变化图。\n具体实施方式\n[0040] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。\n[0041] 实施例\n[0042] 图1是本发明基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法的流程图。\n[0043] 在本实施例中，如图1所示，本发明基于行驶模型的电动汽车参与电网调频调度方法，包括以下步骤：\n[0044] S1、读取电动汽车的行驶数据\n[0045] 在本发明中，控制中心监测管辖内的电动汽车均采用通勤电动汽车，当电动汽车停入充电站接入到充电桩时，控制中心可读取到电动汽车的行驶数据和当前的SOC；\n[0046] S2、计算电动汽车行驶时每公里的能耗量Em\n[0047] Em＝E·η\n[0048] 其中，E表示电动汽车标准能耗值，η表示电动汽车电池放电效率；\n[0049] S3、计算电动汽车行驶时的日需求电量DE\n[0050] DE＝Md*Em\n[0051] 其中，Md为电动汽车的日行驶距离，可以通过对电动汽车在一个月内的行驶数据求均值得到；\n[0052] S4、计算电动汽车的期望SOCexp\n[0053] SOCexp＝SOCη*20％+DE/C+Em*1/C\n[0054] 其中，SOCη为电动汽车电池的有效容量，C表示电池总容量，可以在电池的产品说明书中读取；在本实施例中，通勤电动汽车电池的有效容量范围为20％～95％；\n[0055] S5、控制中心确定出每台电动汽车的当前状态\n[0056] 调度开始时，控制中心将每台电动汽车的当前SOC与该台电动汽车的期望SOCexp进行比较，如果SOC≤SOCexp，该电动汽车处于充电状态，则在电池有效容量范围内对电动汽车进行快速率充电，并进入下一轮的调度；如果SOC＞SOCexp，该电动汽车处于参与调频状态，并进入步骤S6；以此确定出所有电动汽车的当前状态；\n[0057] S6、控制中心对处于参与调频状态的电动汽车进行调度\n[0058] S6.1)、电网每隔时间T向控制中心发送调频信号，控制中心再根据调频信号和电动汽车的当前SOC，组织电动汽车电池容量跟踪调频信号；\n[0059] 控制中心再通过协调电动汽车总收益和跟踪调频信号的精度，由式(1)～(6)计算出参与调频的电动汽车的总容量Ropt(t)；\n[0060]\n[0061]\n[0062] |Ropt(t)-XS(t)|≤0.03*|XS(t)|  (3)\n[0063]\n[0064]\n[0065]\n[0066] 其中U(t)是参与调频的电动汽车总收益；Ropt(t)是t时刻参与调频的电动汽车总容量； 是t时刻第n辆电动汽车参与调频的容量；N表示控制中心调度参与调频的电动汽车数量；Preg(t)和Pcha(t)是调频容量价格和节点电价；α、β、γ为权重系数；XS(t)表示调频信号，X表示调频信号的正负取值，当X＝1时，电动汽车参与下调服务，当X＝-1时，电动汽车参与上调服务；SOCn(t)表示第n辆电动汽车t时刻的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车期望的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车电池有效范围的最大值； 表示\n第n辆电动汽车t时刻可参与调频服务充放电的功率值； 和 分别表示第n辆电动汽车充放电功率的最小值和最大值；\n[0067] S6.2)、控制中心将步骤S6.3)计算得到的总容量按照电动汽车电池可用容量的范围，通过式(7)～(12)计算分配给每台电动汽车，分配完成后，每台电动汽车中参与调频的容量占可用容量的百分比最小；\n[0068]\n[0069]\n[0070]\n[0071]\n[0072]\n[0073]\n[0074] 其中，J(t)表示电动汽车参与调频容量占可用容量百分比之和；SOCn(t)和SOCn(t-\n1)表示第n辆电动汽车t时刻和t-1时刻的电池SOC状态； 表示第n辆电动汽车电池有效范围的最大值；\n[0075] 在本实施例中，设调频总容量为R，控制中心调度3辆电动汽车参与调频，3辆电动汽车的可用容量之比为3:2:1，那么控制中心会将较多的调频容量分配给可用容量较大的电动汽车。如果第一辆电动汽车在电量变化率最小的状态下，吸收了全部的调频容量，那么就将这部分容量全部分配给这辆车；如果这辆车在电量变化率最小的状态下，不能吸收全部的调频容量，那么将剩余容量分配给第二辆车，容量分配过程同第一辆车，整个分配过程以此类推。\n[0076] S6.3)、控制中心将总容量Ropt(t)分配完成后，结束本次调度，并返回步骤S5，待接收到T+1时刻的调频信号后，进行下一轮调度。\n[0077] 实例\n[0078] 选取10台通勤电动汽车即EV 1～EV 10，其电池容量、初始SOC、期望SOC以及充电、参与调频速率变化范围如表1所示。\n[0079]\n[0080]\n[0081] 表1\n[0082] 图2是本发明中，电动汽车集群跟踪调频信号图。\n[0083] 图3是对比案例中，电动汽车集群跟踪调频信号图。\n[0084] 在本实施例中，通过计算电动汽车集群收益，来体现本发明的优劣性，具体如下：\n[0085] 电动汽车集群收益In为：\n[0086]\n[0087] 其中，Rn(t)和Cn(t)分别表示t时刻第n辆电动汽车参与电网调频容量和充电电量；\nN表示控制中心调度参与调频的电动汽车数量；H表示控制中心调度电动汽车的全部时间范围；Preg(t)和Pcha(t)是调频容量价格和节点电价；α、β、γ为权重系数；XS(t)表示调频信号；\nX表示调频信号的正负取值，当X＝1时，电动汽车参与下调服务，当X＝-1时，电动汽车参与上调服务。公式中最后一项即为电网对控制中心未能稳定跟踪调频信号的收益惩罚，利用电动汽车参与调频负荷容量不能完全跟踪调频信号的容量的差值进行惩罚计算。\n[0088] 在本发明中，如图2所示，电动汽车参与调频负荷量曲线和调频信号曲线几乎重合，则电动汽车参与调频负荷容量值和调频信号值之差很小，对电动汽车总收益影响较小。\n本实施例中，选取H＝12个小时的调度周期之内，每隔5分钟进行一个调度循环，按照式(13)计算得到电动汽车总收益为$2.2491。\n[0089] 在对比案例中，如图3所示，电动汽车参与调频符合容量曲线和调频信号曲线之间偏差较大，每次调度时调频信号值和电动汽车参与调频容量值之间的差值很大，将导致收益计算过程中惩罚项值较大，电动汽车总收益较低，总收益为$2.107。\n[0090] 图4是本发明中，电动汽车电量随时间变化图。\n[0091] 图5是对比案例中，电动汽车电量随时间变化图。\n[0092] 在对比案例中，如图5所示，在第4-5小时之间以及第10.5小时左右，三辆电动汽车的SOC都下降到了期望SOC以下，如果这时用户突然有出行的需求，就会出现电池电量不能保证用户基本的行程要求。\n[0093] 在本发明案例中，如图4所示，由于电动汽车初始电量水平的不同，前一两个小时可能处于充电状态，电量未达到期望SOC。当电量超过期望SOC之后，电动汽车的电量状态就始终保持在期望SOC以上，这种情况下，不管用户何时离开，电动汽车电量始终能保证用户的基本出行需求。\n[0094] 其次，如图5所示，电动汽车会出现从90％上下的电量，放至30％以下的电量，使得电动汽车SOC的峰谷差达到了50％以上。而本发明中，如图4所示，虽然在有些时段内，电动汽车电量变化较大，但是其SOC始终维持在期望SOC以上，从而电动汽车SOC的峰谷差还是保持在50％以下。\n[0095] 通过对比两个实施案例可知，当考虑了电动汽车用户的行驶模型时，控制中心对电动汽车容量的调度维持在期望电量以上，这样保证了电动汽车用户的需求，用户不管何时离开都能保证其基本的行驶需求，并且从中获得较多的收益。本发明案例还使电动汽车电池在使用过程中，电池SOC的峰谷差降低，减少了电池的深充深放，保护电池寿命。\n[0096] 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。