CN107480848A - 一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法 - Google Patents

Abstract

一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法，该方法首先获取一定区域内电动汽车日充电汽车数量、动力电池容量、充电初始荷电状态和充电初始时刻参数的样本分布，并生成单辆电动汽车的动力电池容量、充电初始荷电状态等参数；进而计算单辆电动汽车的等效负荷向量、等效储能最大充/放电功率向量以及等效储能的最高/低存储电量向量；通过叠加计算一定电动汽车数量汇聚后的等效负荷向量、等效储能最大充/放电功率向量和等效储能的最高/低存储电量向量，得到一定规模电动汽车汇聚等效储能的参数。本发明适用于不同电动汽车类型、充电设施类型和使用场所，可为配电网或充电设施运营管理者对电动汽车的汇聚管理提供依据。

Description

一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法

技术领域

本发明是一种规模化电动汽车等效储能能力的评估方法，属于分布式储能的评估方法。

背景技术

电动汽车具有负荷和电源的双重属性，在满足电动汽车用户行驶需求的前提下，使电动汽车参与电网的能量管理和控制。在IEC智能电网标准化路线中指出，电动汽车可以在一级、二级、三级备用、负荷调节、电力***稳定、电能质量等领域发挥作用。电动汽车在本地能量管理***中，也可发挥重要作用，如吸纳本地间歇性发电、提供应急电源、提供无功支撑、平滑本地负荷曲线等。电动汽车有序充电或馈入电网的情况下，电动汽车均具有一定储能能力，即具备能量在时间上的转移能力。

规模化电动汽车对改善电网运行特性有着积极的作用。通过实时或分时电价对单辆电动汽车的充(放)电行为进行引导是实现大规模电动汽车与电网互动的有效方式，可有效减少因充电导致的配电网“阻塞”问题。同时，除满足行驶需要外，电动汽车的动力电池相当于储能单元，规模化电动汽车将形成可观的储能能力，对电动汽车的汇聚管理是实现其储能能力充分利用的途径。

2020年我国电动汽车数量将达到500万辆，未来规模化电动汽车将在电网用户侧形成可观的储能能力，电网需要对电动汽车的汇聚储能能力进行合理评估，并基于此对其储能能力进行利用，以实现资源的充分利用。

当前，电动汽车的有序充电以及充放电主要集中于本地应用，如家庭能量管理***、微电网能量管理***，缺乏关于规模化电动汽车汇聚储能能力的相关评估和应用方法。

发明内容

针对规模化电动汽车储能能力的评估需求，本发明提供一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法，使其适用于不同电动汽车类型、充电设施类型以及不同使用场所，从而可为配电网或充电设施运营管理方对电动汽车汇聚储能能力的利用提供依据。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)按照电动汽车充电设施所属的配电网区域划分，确定所评估汇聚等效储能的空间范围；

2)获取该空间区域一日内充电电动汽车数量N、动力电池容量B、设施的最大充电功率P_c、设施的最大放电功率P_d、动力电池初始荷电状态SOC₀、动力电池最高允许荷电状态SOC_M、动力电池最低允许荷电状态SOC_m、充电初始时刻t₀，以及车辆驶离充电站时刻t_end的样本分布；

3)初始化计算曲线向量，包括等效储能最大充电功率向量等效储能最大放电功率向量等效储能最低电量向量等效储能最高电量向量以及等效负荷向量其中，各向量元素的下角标数字表示对应日内时段的序号，各向量的长度l取决于计算时段ΔT，l＝24×60/ΔT，上角标数字表示计算的电动汽车数量，初始化时为0；

4)依据步骤2)获得的各变量样本分布，生成区域内第k辆电动汽车的动力电池容量B^k、充电初始荷电状态最高允许荷电状态最低允许荷电状态设施最大充电功率设施最大放电功率充电初始时刻和车辆驶离时刻k的取值范围为1， 2，3…N；

5)计算第k辆电动汽车的等效负荷向量其中，下角标的数字表示对应日内时段的序号；

6)计算第k辆电动汽车的等效储能最大充电功率向量最大放电功率向量等效储能的最低存储电量向量和等效储能的最高储电量向量

7)计算得到1至N辆电动汽车汇聚后的等效负荷向量等效储能最大充电功率向量等效储能放电功率向量等效储能最低存储电量向量和等效储能最高存储电量向量

8)重复步骤3)至7)，对各次计算中的等效负荷和等效储能的相关向量取平均值；

9)判断计算结果是否收敛，若收敛则终止计算，若不收敛则重复步骤3)至步骤8)，直至计算结果收敛。

本发明的方法中，所述步骤5)中第k辆电动汽车的等效负荷向量计算方法如下：

其中，l₁为电动汽车接入时间所属时段序号，l₂为电动汽车驶离时间所属时段序号，

表示向下取整；i表示计算元素的序号，与时段对应；i的取值范围为1，2，…l；l为各向量的长度；

本发明的方法中，所述步骤6)中第k辆电动汽车的等效储能最大充放电功率向量、等效储能最大放电功率向量、等效储能的最低存储电量向量和等效储能的最高储电量向量计算方法如下：

1)第k辆电动汽车等效储能的最大充电向量

2)第k辆电动汽车等效储能的最大放电向量

3)第k辆电动汽车等效储能的最低电量向量

4)第k辆电动汽车等效储能的最高电量向量

1≤l₁≤i≤l₂≤l或1≤i＜l₂≤l₁≤l或1≤l₂≤l₁≤i≤l

其中，l_b为电动汽车从接入到计算时段i的时段数，l_b＝max(i-l₁,0)；l_f为电动汽车接入剩余时段数，l_f＝max[l₁+max(l₂-l₁,0)-i,0]。

本发明的方法中，所述步骤9)中，按照如下条件判断计算结果是否收敛：

且且且

其中，s为当前计算次数，为s次等效储能最大充电功率平均向量， 为s次等效储能最大放电功率平均向量， 为s次等效储能最低存储电量平均向量， 为等效储能最高存储电量平均向量，ε_Sc、ε_Sd、ε_Sm、ε_SM分别为给定的充电功率允许误差、放电功率允许误差、最低存储电量允许误差和最高存储电量允许误差。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：本发明提供的规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法，基于电动汽车的充电需求的概率分布特性，经随机模拟计算获得一定规模电动汽车的等效负荷和等效储能，并通过单辆电动汽车等效储能的叠加计算获得规模化汇聚后的等效储能能力；本发明将电动汽车等效为负荷和储能两部分，分别对其进行计算，充分考虑了电动汽车的充电需求，提供了一种实用有效的汇聚储能能力评估方法，用于对规模化电动汽车的汇聚管理。本发明适应规模化电动汽车储能能力的应用需求，是一种实用的电动汽车储能能力评估方法，较之当前电动汽车有序充电的评估方法，本发明适用于不同电动汽车类型、充电设施类型以及不同使用场所，为其提供了通用的评估方法，并充分考虑了电动汽车的充电需求，为电动汽车储能能力充分利用提供了依据。

附图说明

图1为本发明的规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法流程。

图2为电动汽车充电初始时刻样本分布示例图。

图3为电动汽车驶离充电站时刻样本分布示例图。

图4为电动汽车动力电池初始荷电状态样本分布示例图。

图5为1000辆电动汽车等效负荷和等效储能最大充放电功率示例图。

图6为1000辆电动汽车等效储能最高/低存储电量示例图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例度本发明做进一步的说明。

图1为本发明的规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法的流程图，该方法具体包括如下步骤：

1)按照电动汽车充电所连接的配电网区域划分，确定所评估汇聚储能能力的空间范围。

2)获取该空间区域内电动汽车日充电汽车数量N、动力电池容量B(单位：kWh)、设施的最大充电功率P_c(单位：kW)、设施的最大放电功率P_d(单位：kW)、动力电池初始荷电状态SOC₀、动力电池最高允许荷电状态SOC_M、动力电池最低允许荷电状态SOC_m、充电初始时刻t₀(单位：h)、车辆驶离充电站时刻t_end(单位：h)的样本分布。如图2、图3、图4所示，图2为电动汽车充电初始时刻样本分布示例，图3为电动汽车驶离充电站时刻样本分布示例，图4为电动汽车充电初始荷电状态样本分布示例，本实施例中，该区域有1000辆电动汽车，即N＝1000；

3)开始第s次计算，s＝1,2,...，初始化计算曲线向量，包括等效储能最大充电功率向量等效储能日最大放电功率向量等效储能最低电量向量等效储能最高电量向量以及等效负荷向量各向量的初始值均为全0元素向量，各向量的长度l取决于计算时段ΔT(单位：min)，l＝24×60/ΔT，各向量元素表示对应时段下的值。

4)按照步骤2)获得的各变量样本分布，生成区域内第k辆电动汽车的动力电池容量B^k、充电初始荷电状态最高允许荷电状态最低允许荷电状态设施最大充电功率设施最大放电功率充电初始时刻车辆驶离时刻其中，k＝1,2,...,N；

5)计算第k辆电动汽车的等效负荷向量

其中， 表示向下取整；

6)计算第k辆电动汽车的等效储能最大充/放电功率向量、等效储能的最高/低存储电量向量。如图5、图6所示，图5为s＝5时计算得出的1000辆电动汽车等效负荷和等效储能最大充放电功率示例，图6为1000辆电动汽车等效储能最高/低存储电量示例：

a、按照下式计算第k辆电动汽车的等效储能的最大放电向量

b、按照下式计算第k辆电动汽车的等效储能的最大充电向量

C、按照下式计算第k辆电动汽车等效储能的最低电量向量

1≤l₁≤i≤l₂≤l或1≤i＜l₂≤l₁≤l或1≤l₂≤l₁≤i≤l

l_d＝max[l₁+max(l₂-l₁,0)-i,0]，l_c＝max(i-l₁,i+24/ΔT-l₁)

c、按照下式计算第k辆电动汽车等效储能的最高电量向量

1≤l₁≤i≤l₂≤l或1≤i＜l₂≤l₁≤l或1≤l₂≤l₁≤i≤l

其中，l_b为电动汽车从接入到计算时段i的时段数，l_b＝max(i-l₁,0)；l_f为电动汽车接入剩余时段数，l_f＝max[l₁+max(l₂-l₁,0)-i,0]。

7)、按照下式计算k辆电动汽车汇聚后的等效负荷向量、等效储能最大充/放电功率向量、等效储能的最高/低存储电量向量：

若k＜N，返回步骤4进行第k+1辆电动汽车的等效负荷和等效储能相关向量，直至得到1至N辆电动汽车汇聚后的等效负荷向量等效储能最大充电功率向量等效储能放电功率向量等效储能最低存储电量向量和等效储能最高存储电量向量

8)、按下式得到s次计算中等效负荷和等效储能各向量的平均值:

等效负荷平均向量：

等效储能平均最大充电功率向量：

等效储能平均最大放电功率向量：

等效储能平均最大放电功率向量：

等效储能最低电量平均向量：

等效储能最高电量平均向量：

9)、按照以下条件判断计算结果是否收敛：

且且且若不收敛返回步骤 3)进入第s+1次计算，直至计算结果收敛，其中，ε_Sc、ε_Sd、ε_Sm、ε_SM为给定的误差，本实施例中，取ε_Sc＝200kW，ε_Sd＝200kW，ε_Sm＝200kWh，ε_SM＝200kWh，经s＝5次计算收敛。

Claims (4)

1.一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)按照电动汽车充电设施所属的配电网区域划分，确定所评估汇聚等效储能的空间范围；

2)获取该空间区域一日内充电电动汽车数量N、动力电池容量B、设施的最大充电功率P_c、设施的最大放电功率P_d、动力电池初始荷电状态SOC₀、动力电池最高允许荷电状态SOC_M、动力电池最低允许荷电状态SOC_m、充电初始时刻t₀，以及车辆驶离充电站时刻t_end的样本分布；

3)初始化计算曲线向量，包括等效储能最大充电功率向量等效储能最大放电功率向量等效储能最低电量向量等效储能最高电量向量以及等效负荷向量其中，各向量元素的下角标数字表示对应日内时段的序号，各向量的长度l取决于计算时段ΔT，l＝24×60/ΔT，上角标数字表示计算的电动汽车数量，初始化时为0；

4)依据步骤2)获得的各变量样本分布，生成区域内第k辆电动汽车的动力电池容量B^k、充电初始荷电状态最高允许荷电状态最低允许荷电状态设施最大充电功率设施最大放电功率充电初始时刻和车辆驶离时刻k的取值范围为1，2，3…N；

5)计算第k辆电动汽车的等效负荷向量其中，下角标的数字表示对应日内时段的序号；

6)计算第k辆电动汽车的等效储能最大充电功率向量最大放电功率向量等效储能的最低存储电量向量和等效储能的最高储电量向量

7)计算得到1至N辆电动汽车汇聚后的等效负荷向量等效储能最大充电功率向量等效储能放电功率向量等效储能最低存储电量向量和等效储能最高存储电量向量

8)重复步骤3)至7)，求取各次计算中等效负荷和等效储能的相关向量的平均值；

9)判断计算结果是否收敛，若收敛则终止计算，若不收敛则重复步骤3)至步骤8)，直至计算结果收敛。

2.如权利要求1所述的一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法，其特征在于：所述步骤5)中第k辆电动汽车的等效负荷向量计算方法如下：

其中，l₁为电动汽车接入时间所属时段序号，l₂为电动汽车驶离时间所属时段序号， 表示向下取整；i表示计算元素的序号，与时段对应；i的取值范围为1，2，…l。

3.如权利要求1所述的一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法，其特征在于：所述步骤6)中第k辆电动汽车的等效储能最大充电功率向量、等效储能最大放电功率向量、等效储能的最低存储电量向量和等效储能的最高储电量向量计算方法如下：

1)第k辆电动汽车等效储能的最大充电向量

2)第k辆电动汽车等效储能的最大放电向量

3)第k辆电动汽车等效储能的最低电量向量

4)第k辆电动汽车等效储能的最高电量向量

1≤l₁≤i≤l₂≤l或1≤i＜l₂≤l₁≤l或1≤l₂≤l₁≤i≤l

其中，l_b为电动汽车从接入到计算时段i的时段数，l_b＝max(i-l₁,0)；l_f为电动汽车接入剩余时段数，l_f＝max[l₁+max(l₂-l₁,0)-i,0]。

4.如权利要求1所述的一种规模化电动汽车汇聚等效储能能力的评估方法，其特征在于：所述步骤9)中，按照如下条件判断计算结果是否收敛：

且且且

其中，s为当前计算次数，为s次等效储能最大充电功率平均向量， 为s次等效储能最大放电功率平均向量， 为s次等效储能最低存储电量平均向量， 为等效储能最高存储电量平均向量，ε_Sc、ε_Sd、ε_Sm、ε_SM分别为给定的充电功率允许误差、放电功率允许误差、最低存储电量允许误差和最高存储电量允许误差。