CN107359625B - 一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置和方法 - Google Patents

一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置和方法，其包括频率检测模块和响应控制模块，以及超短期预测模块，所述频率检测模块的输入端与接入电网电连接，所述频率检测模块的输出端通过超短期预测模块与所述响应控制模块连接，所述响应控制模块与电动汽车电池组电连接，通过超短期预测模块分析未来电网的变化趋势，当预测的频率偏差与检测的频率偏差的差值在一定的阈值区间内，才确定检测结果有效，提高了电网频率变动检测结果的合理可信度，增加了频率响应的可靠性。

Description

一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置和方法
技术领域
本发明涉及电气领域，特别涉及一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置和方法。
背景技术
V2G技术的诞生，实现电动汽车与电网能量和信息的双向交换，使电动汽车不再仅仅是一个电力使用者，更是一个积极的参与者。通过合理的控制策略，对电动汽车充放电进行适当调整与控制，实现电网与用户之间能量的双向互动，使得电力供应***更稳定、更可靠，改善电网的电能质量及其运行经济性。
电动汽车参与电网调频，主要包括向上调频与向下调频两种调频方式。向上调频方式是指电动汽车向电网回送功率；向下调频方式则是电动汽车向电网吸收功率。电动汽车的运行模式一般分为三种：可控负荷模式，能控制电动汽车的充电功率；中立模式，电动汽车与电网相连但没有功率交换；发电模式，电动汽车将储存的能量返还给电网。电动汽车根据当前电网的运行情况，通过改变电动汽车的运行模式以实现充放电功率的快速调整，从而阻止频率的下降或升高，提高电网安全稳定运行与新能源的接纳能力。
如专利公开号为CN103762688A，专利名称为一种电动汽车充电设备动态响应电网频率的装置的专利文献中，公开的电动汽车充电设备装置的频率响应控制模块是将电网频率变化率分为n个等级，并以此将响应控制模块的响应门槛设为n个等级，不同的响应门槛对应不同的控制策略，进而对应不同的充电状态。当电网频率发生异常或即将发生异常时，若监测的频率偏移达到EV(电动汽车)的频率响应动作门槛值，此时EV(电动汽车)根据自身的SOC(荷电状态)判断是否适合参与到电网的频率响应，若适合参与则按照响应的控制策略进行频率响应；若SOC(荷电状态)不适合当前的响应动作，则处于闲置状态，直到下一个监测周期T，重复上一轮控制动作；若未出现频率异常时，EV(电动汽车)则保持正常的充电状态；每隔一定周期T监测一次电网频率，根据电网频率的变化率，判断频率的变化趋势，决定电动汽车的充电状态或充电功率大小。
上述技术方案的频率响应动作门槛值、响应幅度、采样周期等参数都是固定不变，当电网频率发生异常或即将发生异常时，电网频率变化率与临近的频率响应动作门槛值之间的间隔会造成一定的延时，从而造成响应控制模块响应动作的进一步延时，不利于快速地契合电网调频需求，不能及时有效减小电网环境继续恶化的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置和方法，其响应速度快，可以有效地减小电网环境继续恶化的风险，快速改善电网环境。
本发明的解决方案是这样实现的：一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置，包括频率检测模块和响应控制模块，其中，还包括超短期预测模块，所述频率检测模块的输入端与接入电网电连接，所述频率检测模块的输出端通过超短期预测模块与所述响应控制模块连接，所述响应控制模块与电动汽车电池组电连接；
所述频率检测模块用于检测电网频率的实时变化并将采样频率数据传递到超短期预测模块；
所述超短期预测模块用于对电网频率未来几秒之内的频率变化进行预测，并将预测频率变化数据传递到响应控制模块；
所述响应控制模块接收到超短期预测模块发送的预测频率变化数据后，经过数据处理，若判断电网频率有变化的趋势，则响应控制模块根据电网频率变化趋势动态调整响应门槛值。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，则降低每一级动作的门槛值；或者，当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，则提高电动汽车响应每一级动作的门槛值。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述响应控制模块接收到超短期预测模块发送的预测频率变化数据后，经过数据处理，若判断电网频率有变化的趋势，所述响应控制模块根据电网频率变化趋势动态调整响应幅度。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，增加每一个门槛等级内响应幅度；当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，降低每一个门槛等级内响应幅度。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述响应控制模块设置有动态响应按钮和人工控制按钮。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述响应控制模块还与报警器和显示器电连接，当响应控制模块检测到并确认频率偏离额定值时，响应控制模块给出报警信号，报警器开始报警；所述显示器显示频率偏差以及频率变化率信息。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，还提供了一种具有动态调频功能的电动汽车充电方法，包括以下步骤：
S01，电网频率检测，检测电网频率的实时变化；
S02，电网频率变化预测，对电网频率未来几秒之内的频率变化进行预测；
S03，响应控制，当判断电网频率有变化的趋势时，则根据电网频率变化趋势动态调整响应门槛值。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述步骤S03具体为，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，则降低每一级动作的门槛值；或者，当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，则提高电动汽车响应每一级动作的门槛值。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述步骤S03还包括，当所述响应控制模块接收到超短期预测模块发送的预测频率变化数据后，经过数据处理，若判断电网频率有变化的趋势，则响应控制模块根据电网频率变化趋势动态调整响应幅度。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述步骤S03具体为，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，增加每一个门槛等级内响应幅度；当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，降低每一个门槛等级内响应幅度。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述步骤S03具体为，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，降低每一级动作的门槛值并增加每一个门槛等级内响应幅度；当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，提高电动汽车响应每一级动作的门槛值并降低每一个门槛等级内响应幅度。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述响应控制步骤，包括自动动态响应和人工动态响应两种模式。
本专利的有益效果为：本专利所述的具有动态调频功能的电动汽车充电装置和方法，其通过超短期预测模块分析未来电网的变化趋势，当预测的频率偏差与检测的频率偏差的差值在一定的阈值区间内，才确定检测结果有效，提高了电网频率变动检测结果的合理可信度，增加了频率响应的可靠性；而且，本专利申请根据电网频率变化趋势，动态调整电动汽车的响应动作门槛值和相应的幅度及对电网频率检测的采样频率，具体来说，每一级的门槛值设定受电网频率变化趋势影响，当电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，降低每一级动作的门槛值，使得电动汽车可以快速响应，改善电网环境；当电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，提高电动汽车响应每一级动作的门槛值；或者当电网频率有发生异常或者频率偏变大的趋势时，增加每一个门槛等级内响应幅度，以更快速的改善电网环境；当电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，降低每一个门槛等级内响应幅度；或者当电网频率有发生异常的趋势时，增加采样频率，而不是监测到异常频率后才去增加；提高了响应速度，以便电动汽车充电设备动态响应电网频率的变化，达到快速调频的效果，有效提高电网频率的稳定性。进一步地，除了响应动作门槛值，响应的幅度与采样频率外，其他的参数设定也受电网频率变化趋势影响而动态变化。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1本发明一种实施方式中涉及的具有动态调频功能的电动汽车充电装置的结构框图；
图2本发明一种实施方式中涉及的具有动态调频功能的电动汽车充电方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例如下，请参见图1，一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置，包括频率监测模块2、超短期预测模块3和响应控制模块4，其中，频率检测模块2的输入端与接入电网1电连接，频率检测模块2的输出端通过超短期预测模块3与所述响应控制模块4连接，所述响应控制模块4与电动汽车电池组5连接；频率监测模块2用来检测电网频率的实时变化并将采样频率数据传递到超短期预测模块3，超短期预测模块3对电网频率未来几秒之内的频率变化进行预测，若电网频率有变化的趋势或发生异常，响应控制模块4根据频率变化趋势动态调整不同的响应门槛值和/或响应幅度：当电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，降低每一级动作的门槛值，使得电动汽车可以快速响应，调整充电状态，从而满足调频要求，协助电网快速恢复正常运行水平，改善电网环境；当电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，提高电动汽车响应每一级动作的门槛值；根据频率变动的趋势自动调整电动汽车响应的幅度：当电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，增加每一个门槛等级内响应幅度；当电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，降低每一个门槛等级内响应幅度。优选的是，响应控制模块4具有动态响应和人为控制两个按钮，当选择动态响按钮，由充电设备自主地控制电动汽车参与电网调频；当选择人为控制按钮时，若充电设备经检测确定电网频率发生异常，则迅速通过报警装置7提醒用户是否参与电网调频，由用户进行后续控制操作；显示器6用来显示频率变化曲线和频率偏差等信息。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，则降低每一级动作的门槛值且增加每一个门槛等级内响应幅度；或者，当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，则提高电动汽车响应每一级动作的门槛值且降低每一个门槛等级内响应幅度。另外，也可以在判断电网频率有变化的趋势，则响应控制模块根据电网频率变化趋势动态调整对电网频率检测的采样频率。具体为，所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，则提高对电网频率检测的采样频率；或者，当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，则降低对电网频率检测的采样频率。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图2所示，还提供了一种具有动态调频功能的电动汽车充电方法，包括以下步骤：
电网频率检测，检测电网频率的实时变化；
电网频率变化预测，对电网频率未来几秒之内的频率变化进行预测；
响应控制，当判断电网频率有变化的趋势时，则根据电网频率变化趋势动态调整响应门槛值和/或相应幅度。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述响应控制具体为，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，则降低每一级动作的门槛值；或者，当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，则提高电动汽车响应每一级动作的门槛值。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述响应控制具体为，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，增加每一个门槛等级内响应幅度；当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，降低每一个门槛等级内响应幅度。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述响应控制具体为，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，降低每一级动作的门槛值并增加每一个门槛等级内响应幅度；当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，提高电动汽车响应每一级动作的门槛值并降低每一个门槛等级内响应幅度。另外，也可以在判断电网频率有变化的趋势，则响应控制模块根据电网频率变化趋势动态调整对电网频率检测的采样频率。具体为，所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，则提高对电网频率检测的采样频率；或者，当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，则降低对电网频率检测的采样频率。
具体地，设频率检测模块2采用采样周期为T1的电网频率监测芯片，超短期预测模块3的预测频率为T2，T2略大于T1，若频率检测模块检测的电网频率偏差Δf1与超短期预测模块预测的电网频率偏差Δf2之间的差值在一定的阈值区间F1内，则视检测的电网频率偏差值为合理可信的检测结果，F2为频率偏差的允许正常范围。当监测到电网频率有发生异常或者频率有变化的趋势且预测结果与检测结果相近时，此时频率采样周期根据电网频率的变化趋势进行改变，同时EV(电动车辆)根据自身的SOC(荷电状态)状态判断是否适合参与到电网的频率响应，若SOC(荷电状态)的状态不适合当前的响应动作，则处于闲置状态，直到下一轮动作；若适合参与则按照响应的控制策略进行频率响应，即当电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，降低每一级动作的门槛值并增加每一个门槛等级内的响应幅度(即电动车的充放电状态或充放电频率的大小)，使得电动汽车可以快速响应，以更快速的改善电网环境，当电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，提高电动汽车响应每一级动作的门槛值，降低每一个门槛等级内响应幅度电动车的充电状态或充电频率的大小，达到电动汽车充电设备动态响应电网频率的效果。直到检测到正常频率，根据超短期预测模块预测到未来几秒电网频率无异常变动趋势时，停止响应并进行下一轮监测。
本专利的有益效果为：本专利所述的具有动态调频功能的电动汽车充电装置和方法，其通过超短期预测模块分析未来电网的变化趋势，当预测的频率偏差与检测的频率偏差的差值在一定的阈值区间内，才确定检测结果有效，提高了电网频率变动检测结果的合理可信度，增加了频率响应的可靠性；而且，本专利申请根据电网频率变化趋势，动态调整电动汽车的响应动作门槛值和相应的幅度及对电网频率检测的采样频率，具体来说，每一级的门槛值设定受电网频率变化趋势影响，当电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，降低每一级动作的门槛值，使得电动汽车可以快速响应，改善电网环境；当电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，提高电动汽车响应每一级动作的门槛值；或者当电网频率有发生异常或者频率偏变大的趋势时，增加每一个门槛等级内响应幅度，以更快速的改善电网环境；当电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，降低每一个门槛等级内响应幅度；或者当电网频率有发生异常的趋势时，增加采样频率，而不是监测到异常频率后才去增加；提高了响应速度，以便电动汽车充电设备动态响应电网频率的变化，达到快速调频的效果，有效提高电网频率的稳定性。进一步地，除了响应动作门槛值，响应的幅度与采样频率外，其他的参数设定也受电网频率变化趋势影响而动态变化。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有动态调频功能的电动汽车充电装置，包括频率检测模块和响应控制模块，其特征在于，还包括超短期预测模块，所述频率检测模块的输入端与接入电网电连接，所述频率检测模块的输出端通过超短期预测模块与所述响应控制模块连接，所述响应控制模块与电动汽车电池组电连接；
所述频率检测模块用于检测电网频率的实时变化并将采样频率数据传递到超短期预测模块；
所述超短期预测模块用于对电网频率未来几秒之内的频率变化进行预测，并将预测频率变化数据传递到响应控制模块；
所述响应控制模块接收到超短期预测模块发送的预测频率变化数据后，经过数据处理，若判断电网频率有变化的趋势，则响应控制模块根据电网频率变化趋势动态调整响应门槛值；
当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，则降低每一级动作的门槛值；或者，当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，则提高电动汽车响应每一级动作的门槛值。
2.根据权利要求1所述的具有动态调频功能的电动汽车充电装置，其特征在于，所述响应控制模块接收到超短期预测模块发送的预测频率变化数据后，经过数据处理，若判断电网频率有变化的趋势，所述响应控制模块根据电网频率变化趋势动态调整响应幅度。
3.根据权利要求2所述的具有动态调频功能的电动汽车充电装置，其特征在于，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，增加每一个门槛等级内响应幅度；当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，降低每一个门槛等级内响应幅度。
4.根据权利要求2所述的具有动态调频功能的电动汽车充电装置，其特征在于，所述响应控制模块设置有动态响应按钮和人工控制按钮；或者，所述响应控制模块还与报警器和显示器电连接，当响应控制模块检测到并确认频率偏离额定值时，响应控制模块给出报警信号，报警器开始报警；所述显示器显示频率偏差以及频率变化率信息。
5.一种具有动态调频功能的电动汽车充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01，电网频率检测，检测电网频率的实时变化；
S02，电网频率变化预测，对电网频率未来几秒之内的频率变化进行预测；
S03，响应控制，当判断电网频率有变化的趋势时，则根据电网频率变化趋势动态调整响应门槛值；
所述步骤S03具体为，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，则降低每一级动作的门槛值；或者，当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，则提高电动汽车响应每一级动作的门槛值。
6.根据权利要求5所述的具有动态调频功能的电动汽车充电方法，其特征在于，所述步骤S03还包括，当所述响应控制模块接收到超短期预测模块发送的预测频率变化数据后，经过数据处理，若判断电网频率有变化的趋势，则响应控制模块根据电网频率变化趋势动态调整响应幅度。
7.根据权利要求6所述的具有动态调频功能的电动汽车充电方法，其特征在于，所述步骤S03具体为，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，增加每一个门槛等级内响应幅度；当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，降低每一个门槛等级内响应幅度；或者，当所述响应控制模块判断电网频率有发生异常或者频率偏差变大的趋势时，降低每一级动作的门槛值并增加每一个门槛等级内响应幅度；当所述响应控制模块判断电网频率偏差有逐步缓解的趋势时，提高电动汽车响应每一级动作的门槛值并降低每一个门槛等级内响应幅度。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的具有动态调频功能的电动汽车充电方法，其特征在于，所述响应控制步骤，包括自动动态响应和人工动态响应两种模式。
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