CN108631344A - 一种计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法 - Google Patents

Abstract

一种计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法。利用输电网电力调度控制中心和配电网调度控制站两级调度机构，计及输电网N‑1潮流约束、充放电设施功率约束、电动汽车荷电状态约束、用户充放电需求和被调度意愿等多种边界条件，基于无线通讯、GPS、GIS和电动汽车V2G等多种技术，实现对电网和电动汽车的协调控制。与已有的电动汽车有序充放电控制方法相比，本发明更能发挥规模化电动汽车充放电的调峰作用和调度灵活性，将电动汽车与电网的互动拓展至输电网层面，使电动汽车的充放电行为响应输电网的运行状态，能够进一步提高输电网的N‑1静态安全性。

Description

一种计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法

技术领域

本发明属于电力***控制运行技术领域，特别是涉及一种计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法。

背景技术

近年来，以电动汽车为代表的我国新能源汽车产业发展迅猛。国家《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》设立了到2020年全国纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量超过500万辆的目标，国家要求城市新增或更新公共服务领域中的新能源汽车比例不低于30％。同时，充放电设施规模也快速增长，预计至2020年全国将建成充放电站2万座、充放电桩507万个，公共充电网络实现重点城市和高速公路的全面覆盖。

随着大规模电动汽车接入电网，电动汽车的充电行为会对电网产生诸多影响。电动汽车接入将改变电网的负荷特性，影响电网的运行优化控制和电网可靠性，带来电压下降、谐波污染和三相不平衡等电能质量问题，会增加网络损耗并影响配电变压器的寿命，在电网规划时还需要额外考量电动汽车的充电功率需求和充电设施的布点投资。从输配电网的层面分析，电动汽车直接通过配电网接入电网***，其充电负荷相较常规负荷具有更强的时空随机性，会给配电网的运行带来更多的不确定性。电动汽车接入对输电网的影响是间接的，但随着电动汽车接入规模的增大，其充电负荷的时空不确定性也将影响输电网的运行安全。规模化电动汽车的无序充电可能会进一步加剧电网负荷的峰谷差，加重输配电网的运行负担，减小电网运行的安全裕度。因此，为了有效避免规模化电动汽车无序充电对电网造成的负面影响，需要对电动汽车的充电行为进行有序控制，使电动汽车以可控负荷的形式参与电网调控。此外，由于电动汽车V2G(Vehicle to Grid)技术日趋成熟，电动汽车的动力电池既能作为电网负荷，也可以作为电网电源向电网放电，实现了电动汽车与电网之间的双向电能交互。对规模化电动汽车的放电行为进行有序控制，可以进一步提高电动汽车参与电网调控的灵活性，更能全面发挥电动汽车动力电池的储能作用。

已有的电动汽车有序充放电控制方法主要关注电动汽车与配电网之间的电能互动，一般以配电网运行经济性最优或电动汽车充放电对配电网影响最小为控制目标，无法使电动汽车的充放电行为有序响应输电网的运行情况，也无法在输电网层面发挥规模化电动汽车动力电池的储能作用。而且已有方法通常仅考虑电动汽车动力电池的性能与用户充放电需求等边界约束，忽视了充放电设施功率约束以及电动汽车用户的被调度意愿等限制条件，对控制方法限制因素的考量仍有待完善。因此，为了将电动汽车与电网的互动作用拓展至输电网层面，需要设计输电网、配电网、电动汽车联动的电动汽车有序充放电控制机制，在控制过程中计及输电网的运行约束并综合考虑多种限制条件，以有效利用规模化电动汽车有序充放电的调峰作用，提高输电网的运行安全性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1)每隔ΔT时间(一般取几小时至一天)，输电网的电力调度控制中心基于上一时段的电网运行数据和短期负荷预测结果，进行输电网N-1静态安全分析；根据输电线路N-1有功潮流约束，校核筛选存在过载风险的重载输电线路；

步骤2)基于上述输电网N-1静态安全分析结果，输电网的电力调度控制中心向负责上述调控重载输电线路送受端配电网的调度控制站下发负荷调控指令：重载输电线路送端配电网增负荷，重载输电线路受端配电网减负荷；

步骤3)接到上述输电网的电力调度控制中心的调控指令后，每隔Δt时间(一般取15分钟)，配电网调度控制站采集分析接入重载输电线路送受端配电网的可用充放电设施使用状态，即接入充放电设施的充放电负荷；在送端配电网，筛选出可用充电设施，确定相应的可用充电能力；在受端配电网，筛选出可用放电设施，确定相应的放电接入能力；

步骤4)配电网调度控制站实时采集或接收电动汽车的状态信息，包括电动汽车的荷电状态(SOC)、地理位置、续航里程、充放电需求以及被调度意愿；然后通过对采集的信息进行分析匹配，配电网调度控制站向可接受充电调度的电动汽车发送充电指令，并将接入重载输电线路送端配电网的可用充电设施信息推送给电动汽车用户，具体包括可用充电设施的地理位置和可用充电能力；向可接受放电调度的电动汽车发送放电指令，并将接入重载输电线路受端配电网的可用放电设施信息推送给电动汽车用户，具体包括可用放电设施的地理位置和放电接入能力；

步骤5)可接受充放电调度的电动汽车用户，执行配电网调度控制站的充放电指令，结合电动汽车的地理位置和行程安排在内的自身情况，在由配电网调度控制站推荐的可用充放电设施中自主选择充放电设施，完成充放电。

在步骤1)中，所述的输电线路N-1有功潮流约束为：

P_ij＝P_i0+λ_ijP_j0≤P_imax (1)

式中，P_ij表示输电线路L_j切除后输电线路L_i的有功潮流，P_i0表示无输电线路切除时输电线路L_i的有功潮流，λ_ij表示切除输电线路L_j对输电线路L_i的有功潮流转移系数，P_j0表示无输电线路切除时输电线路L_j的有功潮流，P_imax表示输电线路L_i允许的最大有功潮流。

在步骤3)中，所述的可用充放电设施包括可用的充放电桩和可用的充放电站；可用的充放电桩是指充放电桩未被使用，其可用充电能力或放电接入能力满足约束：

|P_pa|≤P_pmax (2)

式中，P_pa表示可用的充放电桩能够提供的充电功率或能够接入的放电功率，P_pa为充电功率时取正值，P_pa为放电功率时取负值，P_pmax表示可用的充放电桩能承受的功率上限；可用的充放电站是指充放电站中有未被使用的充放电桩，其可用充电能力或放电接入能力满足约束：

|P_sa|≤k_aP_pmax (3)

其中，P_sa表示可用的充放电站能够提供的充电功率或能够接入的放电功率，同样的，P_sa为充电功率时取正值，P_sa为放电功率时取负值，k_a表示充放电站中未被使用的充放电桩的数量。

在步骤4)中，所述的采集或接收电动汽车的状态信息是通过车载通讯终端、无线通讯技术、全球定位***(GPS)和地理信息***(GIS)在内的***实现的；可接受充电调度的电动汽车分为两类：一类是电动汽车用户有充电需求，而且电动汽车的地理位置和续航里程满足充电调度要求(电动汽车抵达充电设施时，SOC≥0.1)；另一类是电动汽车用户无充电需求，但电动汽车电量未满(SOC<max{0.9，SOC_set}，SOC_set是用户自行设定的电池荷电状态充电上限)、地理位置和续航里程满足充电调度要求，而且同意被充电调度；可接受放电调度的电动汽车也分为两类：一类是电动汽车用户有放电需求，电动汽车的地理位置和续航里程满足放电调度要求(电动汽车抵达放电设施时，SOC>0.1)；另一类是电动汽车用户无放电需求，但电动汽车有放电能力(SOC>0.1)、地理位置和续航里程满足放电调度要求，而且同意被放电调度。配电网调度控制站向可接受充放电调度的电动汽车推送的可用充放电设施信息每隔Δt时间进行更新。

在步骤5)中，所述的电动汽车用户在由配电网调度控制站推荐的可用充放电设施中自主选择充放电设施，完成充放电是指配电网调度控制站向可接受充电调度的电动汽车用户推送接入重载输电线路送端配电网的可用充电设施，用户选择其中之一进行充电；配电网调度控制站向可接受放电调度的电动汽车用户推送接入重载输电线路受端配电网的可用放电设施，用户选择其中之一进行放电。

本发明提供的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法利用输电网电力调度控制中心和配电网调度控制站两级调度机构，计及输电网N-1潮流约束、充放电设施功率约束、电动汽车荷电状态约束、用户充放电需求和被调度意愿等多种边界条件，基于无线通讯、GPS、GIS和电动汽车V2G等多种技术，实现对电网和电动汽车的协调控制。与已有的电动汽车有序充放电控制方法相比，本发明更能发挥规模化电动汽车充放电的调峰作用和调度灵活性，将电动汽车与电网的互动拓展至输电网层面，使电动汽车的充放电行为响应输电网的运行状态，能够进一步提高输电网的N-1静态安全性。本发明为有序利用规模化电动汽车的充放电行为并将其作用应用到输电网层面提供了一种很好的解决方法。

附图说明

图1为本发明提供的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法流程图。

图2为实施例的输电网示意图。

图3显示实施例中输电线路S3-S4N-1后***主要线路的有功潮流情况。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法进行详细说明。

本发明提供的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法属于电力***控制运行技术领域，特别适用于考虑输电网运行约束的大规模电动汽车有序充放电控制。本发明使用图2所示的电网***为实施例进行示例应用。该实施例为某城市东部的区域电网，变电站S是500千伏变电站，变电站S1至S9是220千伏变电站，发电厂G1至G5直接接入220千伏电网，电动汽车充放电需要接入由220千伏变电站供电的配电网中。

基于图2所示的实施例，本发明提供的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

第1步：针对图2所示的电网***，某城市输电网的电力调度控制中心开始进行[t₁,t₁+△T]时段(△T取24小时)的N-1静态安全分析。

第2步：电力调度控制中心基于上一时段的电网运行数据和短期负荷预测结果进行仿真计算，依照输电线路N-1有功潮流约束(P_ij＝P_i0+λ_ijP_j0≤P_imax)校核筛选出存在过载风险的重载输电线路S3-S4。

线路S3-S4双回型号均是2*JL/LB20A-400，单回线在气温40摄氏度时的最大载流量是493.8MVA。如图3所示，输电线路S3-S4进行N-1静态安全分析后，S3-S4单回线路的有功潮流达到494.1MW，超过最大载流量约束，因此输电线路S3-S4存在N-1过载风险。

第3步：电力调度控制中心向负责调控输电线路S3-S4送端配电网的调度控制站下发增负荷指令；电力调度控制中心向负责调控输电线路S3-S4受端配电网的调度控制站下发减负荷指令。

如图2所示，输电线路S3-S4的潮流方向是由变电站S4流向变电站S3。所以，输电线路S3-S4送端配电网的大致地理区域如变电站S4周边圆圈包围的范围所示，受端配电网的大致地理区域如变电站S3周边圆圈包围的范围所示。

第4步：接到输电网的电力调度控制中心的调控指令后，负责调控输电线路S3-S4送受端配电网的调度控制站开始进行[t₂,t₂+△t]时段(△t取15分钟)的充放电设施状态分析。

第5步：配电网调度控制站采集分析接入输电线路S3-S4送受端配电网的充放电桩和充放电站的使用状态，即采集分析接入这些充放电设施的充放电负荷。

第6步：配电网调度控制站在输电线路S3-S4的送端配电网，筛选出未使用的充电桩和可用充电站，确定这些充电桩能承受的充电功率上限、充电站能提供的充电功率和该站中未使用的充电桩数量；在输电线路S3-S4的受端配电网，筛选出未使用的放电桩和可用放电站，确定放电桩能承受的放电功率上限、放电站能接入的放电功率和该站中未使用的放电桩数量。

第7步：判断[t₂,t₂+△t]时段是否结束。若结束，更新时间t₂，令t₂＝t₂+△t，并返回第4步，进行下一时段的充放电设施状态分析；若未结束，进入下一步。

第8步：基于车载通讯终端、无线通讯技术、GPS和GIS等技术，配电网调度控制站采集或接收电动汽车的状态数据，包括电动汽车SOC、所处地理位置、续航里程、充放电需求以及被调度意愿等信息。

第9步：配电网调度控制站对采集到的电动汽车的状态数据进行分析，综合考虑电动汽车的状态数据，与充放电调度要求进行匹配。例如，电动汽车抵达充电设施时，需要SOC≥0.1；电动汽车抵达放电设施时，需要SOC>0.1。最后确定出可接受充放电调度的电动汽车。

第10步：负责调控输电线路S3-S4送端配电网的调度控制站，向可接受充电调度的电动汽车用户发送充电指令，并向其推送接入输电线路S3-S4送端配电网的可用充电设施信息，包括充电设施的地理位置和可用充电能力；负责调控输电线路S3-S4受端配电网的调度控制站，向可接受放电调度的电动汽车用户发送放电指令，并向其推送接入输电线路S3-S4受端配电网的可用放电设施信息，包括放电设施的地理位置和放电接入能力。

第11步：结合电动汽车的地理位置和行程安排等自身情况，可接受充电调度的电动汽车用户执行充电指令，在由配电网调度控制站推荐的可用充电设施中自主选择充电桩或者充电站，完成电动汽车充电；可接受放电调度的电动汽车用户执行放电指令，在由配电网调度控制站推荐的可用放电设施中自主选择放电桩或者放电站，完成电动汽车放电。

第12步：判断[t₁,t₁+△T]时段是否结束。若未结束，返回第7步，判断[t₂,t₂+△t]时段是否结束；若结束，进入第13步。

第13步：判断输电网N-1静态安全分析是否结束。若未结束，更新时间t₁，令t₁＝t₁+△T，并返回第1步，进行下一时段的输电网N-1静态安全分析；若结束，整个电动汽车有序充放电控制流程结束。

实施上述电动汽车有序充放电控制流程，考虑输电线路S3-S4送(受)端配电网接入可用充(放)电站25个，单个充(放)电站保有可用充(放)电桩40根，可充(放)电调度电动汽车1000多辆，电动汽车平均充(放)电功率5kW，仿真得到本发明所提方法实施前后图2所示***的N-1潮流结果如图3所示。

可以看出，本发明方法实施后，此前有N-1过载风险的输电线路S3-S4单回有功潮流降至490.2MW，因此可满足线路载流量约束，此前无N-1过载风险的其他输电线路有功潮流基本保持不变，实现了对输电网线路潮流的精准改善，消除了图2所示***的输电网静态安全风险。因此，实施结果充分验证了本发明所提方法的可行性和有效性。同时说明了本发明可以有序利用规模化电动汽车的充放电行为，精准响应输电网的运行状态，能够有效提高输电网的N-1静态安全性，为在输电网层面合理利用规模化电动汽车的充放电行为提供了一种很好的解决方法。

Claims (5)

1.一种计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法，其特征在于：所述的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1)每隔ΔT时间，输电网的电力调度控制中心基于上一时段的电网运行数据和短期负荷预测结果，进行输电网N-1静态安全分析；根据输电线路N-1有功潮流约束，校核筛选存在过载风险的重载输电线路；

步骤2)基于上述输电网N-1静态安全分析结果，输电网的电力调度控制中心向负责上述调控重载输电线路送受端配电网的调度控制站下发负荷调控指令：重载输电线路送端配电网增负荷，重载输电线路受端配电网减负荷；

步骤3)接到上述输电网的电力调度控制中心的调控指令后，每隔Δt时间，配电网调度控制站采集分析接入重载输电线路送受端配电网的可用充放电设施使用状态，即接入充放电设施的充放电负荷；在送端配电网，筛选出可用充电设施，确定相应的可用充电能力；在受端配电网，筛选出可用放电设施，确定相应的放电接入能力；

步骤4)配电网调度控制站实时采集或接收电动汽车的状态信息，包括电动汽车的荷电状态(SOC)、地理位置、续航里程、充放电需求以及被调度意愿；然后通过对采集的信息进行分析匹配，配电网调度控制站向可接受充电调度的电动汽车发送充电指令，并将接入重载输电线路送端配电网的可用充电设施信息推送给电动汽车用户，具体包括可用充电设施的地理位置和可用充电能力；向可接受放电调度的电动汽车发送放电指令，并将接入重载输电线路受端配电网的可用放电设施信息推送给电动汽车用户，具体包括可用放电设施的地理位置和放电接入能力；

步骤5)可接受充放电调度的电动汽车用户，执行配电网调度控制站的充放电指令，结合电动汽车的地理位置和行程安排在内的自身情况，在由配电网调度控制站推荐的可用充放电设施中自主选择充放电设施，完成充放电。

2.根据权利要求1所述的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的ΔT取几小时至一天；输电线路N-1有功潮流约束为：

P_ij＝P_i0+λ_ijP_j0≤P_imax (1)

式中，P_ij表示输电线路L_j切除后输电线路L_i的有功潮流，P_i0表示无输电线路切除时输电线路L_i的有功潮流，λ_ij表示切除输电线路L_j对输电线路L_i的有功潮流转移系数，P_j0表示无输电线路切除时输电线路L_j的有功潮流，P_imax表示输电线路L_i允许的最大有功潮流。

3.根据权利要求1所述的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的Δt取15分钟；可用充放电设施包括可用的充放电桩和可用的充放电站；可用的充放电桩是指充放电桩未被使用，其可用充电能力或放电接入能力满足约束：

|P_pa|≤P_pmax (2)

式中，P_pa表示可用的充放电桩能够提供的充电功率或能够接入的放电功率，P_pa为充电功率时取正值，P_pa为放电功率时取负值，P_pmax表示可用的充放电桩能承受的功率上限；可用的充放电站是指充放电站中有未被使用的充放电桩，其可用充电能力或放电接入能力满足约束：

|P_sa|≤k_aP_pmax (3)

其中，P_sa表示可用的充放电站能够提供的充电功率或能够接入的放电功率，同样的，P_sa为充电功率时取正值，P_sa为放电功率时取负值，k_a表示充放电站中未被使用的充放电桩的数量。

4.根据权利要求1所述的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的采集或接收电动汽车的状态信息是通过车载通讯终端、无线通讯技术、全球定位***和地理信息***在内的***实现的；可接受充电调度的电动汽车分为两类：一类是电动汽车用户有充电需求，而且电动汽车的地理位置和续航里程满足充电调度要求，即电动汽车抵达充电设施时，SOC≥0.1；另一类是电动汽车用户无充电需求，但电动汽车电量未满、地理位置和续航里程满足充电调度要求，而且同意被充电调度，即SOC<max{0.9，SOC_set}，SOC_set是用户自行设定的电池荷电状态充电上限；可接受放电调度的电动汽车也分为两类：一类是电动汽车用户有放电需求，电动汽车的地理位置和续航里程满足放电调度要求，即电动汽车抵达放电设施时，SOC>0.1；另一类是电动汽车用户无放电需求，但电动汽车有放电能力、地理位置和续航里程满足放电调度要求，而且同意被放电调度，即SOC>0.1；配电网调度控制站向可接受充放电调度的电动汽车推送的可用充放电设施信息每隔Δt时间进行更新。

5.根据权利要求1所述的计及输电网运行约束的电动汽车有序充放电控制方法，其特征在于：在步骤5)中，所述的电动汽车用户在由配电网调度控制站推荐的可用充放电设施中自主选择充放电设施，完成充放电是指配电网调度控制站向可接受充电调度的电动汽车用户推送接入重载输电线路送端配电网的可用充电设施，用户选择其中之一进行充电；配电网调度控制站向可接受放电调度的电动汽车用户推送接入重载输电线路受端配电网的可用放电设施，用户选择其中之一进行放电。