CN111313439A - 调整电动汽车充电时空分布实现三相平衡的方法 - Google Patents

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李洪涛
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State Grid Beijing Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种调整电动汽车充电时空分布从达到三相平衡的方法，通过实时监测三相上各相分布式电源的总功率数值，设置电动汽车三级充电电价调节机制，调整电动汽车充电的时间和空间分布，最终实现配电网中电源、负荷的平衡，达到三相平衡。同时本方法考虑到大多数电动汽车车主利用车载充电线连接墙上插座进行充电的情况下，提出在不改变原有充电桩结构的前提下，利用电价调整车主的充电相，有效解决了由于电力***三相上单相分布式电源功率不均、三相负荷不平衡而导致的三相不平衡问题，具有良好的经济性、正确性和可行性。

Description

调整电动汽车充电时空分布实现三相平衡的方法
专利领域
本发明属于电力***技术领域，涉及电力***三相平衡领域，具体来说是一种利用电价调整电动汽车充电时空分布解决电力***三相不平衡的方法。
背景技术
由于目前以光伏发电为主的大量单相分布式电源分散接入低压配电网。单相分布式电源的高渗透率接入造成了两个主要问题：第一是发电量具有强时变性，第二是三相电源的不平衡。三相电源的不平衡将使三相功率、电压出现不平衡，进而影响电能质量，增加损耗、降低工厂产品合格率，甚至危害电力设施安全。为了保证电力***稳定运行以及用户的安全用电，必须解决三相电源不平衡的问题。
目前，国内外已经针对该问题提出了不同解决办法。如：利用储能技术缓解分布式电源对于电网的冲击增加电网对新能源的接纳能力；改装电动汽车充电桩使之具有选线功能，在电动车需要充电时选择用电负荷较少、分布式电源功率较多的线路进行充电等等。但考虑到经济性和实用性，这些方法都没有较好地解决三相电源不平衡的问题。
近年，电动汽车数量呈现快速上升态势。电动汽车作为一种新型用电负荷进入电力***中。如果合理规划电动汽车的充电时间和充电位置，将同时解决分布式电源强时变性和三相不平衡的问题并提高电网消纳分布式电源的能力。同时，考虑到电价可以作为一种隐形措施，可以利用电价价格调整电动汽车车主的充电习惯。
发明内容
本发明的目的在于对随着***接入的单相分布式电源越来越多导致电力***出现三相电源不平衡的情况，提出一种利用三级电价机制调整电动汽车充电时空分布从而使***达到三相平衡的方法。
本方法通过实时监测三相上各相分布式电源的总功率数值，设置电动汽车三级充电电价调节机制，将分布式电源功率较多相的电动汽车充电电价设为最低，将分布式电源功率较少相的充电汽车充电电价设为最高，同时当分布式电源满足三相平衡且普遍功率较多时，将三相充电电价的价格下调，使之低于标准电价；当电源功率减少时调整充电电价上调，使之高于标准电价，最终，***将电价的数值在用户终端实时显示，从而吸引电动车车主选择最价格较低的相和价格最低的时间进行充电，达到调整电动汽车充电的时空分布目的，使三相线路中电源功率多的相充电汽车数量较多，电源功率多时充电汽车数量多，最终实现配电网中电源、负荷的平衡，达到三相平衡。本方法考虑到大多数电动车主采用利用车载充电线连接墙上插座的方式进行充电的情况下，提出在不改变原有充电桩结构的前提下，利用电价吸引车主选择用电负荷少电源功率多的充电相，有效解决了由于电力***三相上单相分布式电源功率不均、三相负荷不平衡而导致的三相不平衡问题，具有良好的经济性、正确性和可行性。
具体步骤如下：
步骤1：监测配电网中各单相分布式电源功率情况；
步骤2：比较判断三相***中的各相单项分布式电源功率是否满足***三相平衡；
步骤3：若三相***中的单相分布式电源功率满足***三相平衡，通过电价调整机制调整电动汽车充电时间分布；若***中的单相分布式电源功率不满足***三相平衡，通过电价调整机制调整电动汽车充电空间分布。
所述的调整充电汽车充电时间分布包括：当分布式电源功率增加时根据电价调整机制使充电电价下调，使电价低于标准值；分布式电源功率减少时根据电价调整机制使充电电价上调，使电价高于标准值。
所述的调整充电汽车充电空间分布包括：***中的单相分布式电源功率不满足***三相平衡，则需比较各相的单相分布式电源功率情况，并得出电源功率最多相以及电源功率最少相；根据电价调整机制，将电源功率最多相的充电电价下调，使之成为三相充电电价中最低电价，将电源功率最少相的充电电价上调，使之成为三相充电电价中最高电价。
所述的电价调整机制包括：
提出自电价影响系数蟻ii，以及交叉电价影响系数蟻ij。蟻ii为本相线路上电源功率对在本相线路充电电价的影响；蟻ij为j相线路电源功率对本相线路电价的影响。根据当地分布式电源发电情况、负荷变化规律以及电动车车主相应机制的积极性分权设置相应自电价影响系数以及交叉电价影响系数。电价变化量与功率变化量存在如下关系：
Figure BDA0002296220360000031
其中，Qi为电价调整前的i线路的电源功率；ΔQi为实行电价调整后在i线路需要调整的电源功率；ρii为i线路的自电价影响系数，蟻ij为线路j对线路i电价的交叉电价影响系数；Pi为电价调整前i线路的电价；ΔPi为电价调整后i线路的电价变化量。
根据上述公式，可以依据***中各相发电功率变化量调整各相的充电电价，从而吸引电动汽车车主选择合适的线路进行充电。
本发明的优点和有益效果包括：
(1)通过三级充电电价机制，可以有效调节分布式电源的电源不平衡导致的***三相不平衡问题，该方法具有可行性及正确性；
(2)该方法通过电价调节无需改变现有充电桩结构且无需增设充电桩，对大部分采用家用充电线的充电车主同样适用，对设备要求低，经济性好，方法易于实现；
(3)该方法所需信息易于收集，且对于信息处理的复杂程度较低，对计算设备要求低；
(4)该方法针对不同地区可设置不同的电价响应系数，适用性广。
附图说明
图1 IEEE30节点测试***接线图；
图2是未应用电价机制的三相电压变化值图像；
图3是未应用电价机制的三相电压不平衡度；
图4是应用电价机制的三相电压变化值图像；
图5是应用电价机制的三相电压不平衡度；
图6是本发明公开的电价调整电动汽车充电时空分布的方法流程框图。
具体实施方式
以下将结合附图和实例对发明的内容做进一步的说明。
如图6所示，调整电动汽车充电时空分布实现三相平衡的方法，包括如下步骤：
步骤1：监测配电网中各单相分布式电源功率情况；
步骤2：比较判断三相***中的各相单项分布式电源功率是否满足***三相平衡；
步骤3：若三相***中的单相分布式电源功率满足***三相平衡，通过电价调整机制调整电动汽车充电时间分布；若***中的单相分布式电源功率不满足***三相平衡，通过电价调整机制调整电动汽车充电空间分布。
所述的调整充电汽车充电时间分布包括：当分布式电源功率增加时根据电价调整机制使充电电价下调，使电价低于标准值；分布式电源功率减少时根据电价调整机制使充电电价上调，使电价高于标准值。
所述的调整充电汽车充电空间分布包括：***中的单相分布式电源功率不满足***三相平衡，则需比较各相的单相分布式电源功率情况，并得出电源功率最多相以及电源功率最少相；根据电价调整机制，将电源功率最多相的充电电价下调，使之成为三相充电电价中最低电价，将电源功率最少相的充电电价上调，使之成为三相充电电价中最高电价。
所述的电价调整机制包括：
提出自电价影响系数蟻ii，以及交叉电价影响系数蟻ij。蟻ii为本相线路上电源功率对在本相线路充电电价的影响；蟻ij为j相线路电源功率对本相线路电价的影响。根据当地分布式电源发电情况、负荷变化规律以及电动车车主相应机制的积极性分权设置相应自电价影响系数以及交叉电价影响系数。电价变化量与功率变化量存在如下关系：
Figure BDA0002296220360000051
其中，Qi为电价调整前的i线路的电源功率；ΔQi为实行电价调整后在i线路需要调整的电源功率；ρii为i线路的自电价影响系数，蟻ij为线路j对线路i电价的交叉电价影响系数；Pi为电价调整前i线路的电价；ΔPi为电价调整后i线路的电价变化量。
根据上述公式，可以依据***中各相发电功率变化量调整各相的充电电价，从而吸引电动汽车车主选择合适的线路进行充电。
实施例：如附图1所示，采用IEEE30节点模型为例进行仿真模拟分析，并求取***三线电压以及计算三相电压不平衡度比较方法应用效果。图中节点14、15、18、21、 26设置有单相分布式电源接入，图中节点12、13、14、15、16、18、21、23、26、 29、30设置有电动车充电。区域内安装太阳能发电装置用户为176户，每个太阳能发电装置可发电5kW，其中有152户人家采用余电上网，其中装置连接进A相共82户， B相41户，C相29户。
假设区域内住户共280户居民。区域内电动车总数为180辆。根据上文统计的比值，各类型车辆数如下表所示：
Figure BDA0002296220360000052
其中家用汽车车型以比亚迪e1为例，慢充充电功率为4.68kW；中高级电动车车型以比亚迪秦proEV为例，慢充充电功率为6.15kW；suv型电动车北汽EX5为例，慢充充电功率为5.98kW。按照各类型电动车比重，最终可以得到电动车平均充电功率Pv。
Figure BDA0002296220360000061
其中Pii类型车慢充充电功率；伪i为i类型车所占电动车总数比值；i为电动车类型数。
模拟实验分为三相电价相等以及采用三相分级电价两种情况。
1、三相电价相等
电动车接入各相线路充电的数量及设置初始电价如下表可知：
A相 B相 C相
电动车数量/辆 63 56 61
电价/元 0.5 0.5 0.5
由此可得三相电压变化示意图如附图2所示，其中，实线代表A相电压，长虚线代表B相电压，短虚线代表C相电压。
经计算三相电压不平衡度随时间变化如附图3所示。
2、采用三相分级电价
步骤1：监测配电网中各单相分布式电源功率情况；
步骤2：比较判断三相***中的各相单项分布式电源功率是否满足***三相平衡；
步骤3：若三相***中的单相分布式电源功率满足***三相平衡，则当分布式电源功率增加时充电电价下调，使之低于标准电价，分布式电源功率减少时充电电价上调，使之高于标准电价；若***中的单相分布式电源功率不满足***三相平衡，则需比较各相的单相分布式电源功率情况，并得出功率最多相以及功率最少相；
步骤4：将步骤3中后一种情况中比较得出的电源功率最多相的充电电价下调，使之成为三相充电电价中最低电价；使电源功率最少相的充电电价上调，使之成为三相充电电价中最高电价。
根据各相充电电价与各相的单相分布式电源发电量的关系得到各相充电电价，以及在电价变化后的电动车充电数量由下表可得：
A相 B相 C相
电动车数量/辆 82 53 45
电价/元 0.35 0.58 0.60
可得A相电价下降0.15元，A相电动车充电数量增加为：82辆；B相电价增加0.02元，B相电动车充电数量减少为：53辆；C相电价增加了0.04元，C相电动车电动车充电数量减少为：45辆。
由此可得三相电压变化示意图如附图4所示，其中，实线代表A相电压，长虚线代表B相电压，短虚线代表C相电压。
经计算三相电压不平衡度随时间变化如附图5所示。
通过对比图3和图5可知，在采用三相分级充电电价机制后，***三相电压不平衡度有显著降低，并且可以发现在测量时间范围内不平衡度皆不超过4％，最高点由原来的4.7％降低到了2.1％，***三相平衡特性显著提高。

Claims (4)

1.一种调整电动汽车充电时空分布实现三相平衡的方法，包括如下步骤：
步骤1：监测配电网中各单相分布式电源功率情况；
步骤2：比较判断三相***中的各相单项分布式电源功率是否满足***三相平衡；
步骤3：若三相***中的单相分布式电源功率满足***三相平衡，通过电价调整机制调整电动汽车充电时间分布；若***中的单相分布式电源功率不满足***三相平衡，通过电价调整机制调整电动汽车充电空间分布。
2.根据权利要求2所述调整电动汽车充电时空分布实现三相平衡的方法，其中，所述的调整充电汽车充电时间分布包括：当分布式电源功率增加时根据电价调整机制使充电电价下调，使电价低于标准值；分布式电源功率减少时根据电价调整机制使充电电价上调，使电价高于标准值。
3.根据权利要求2所述调整电动汽车充电时空分布实现三相平衡的方法，其中，所述的调整充电汽车充电空间分布包括：***中的单相分布式电源功率不满足***三相平衡，则需比较各相的单相分布式电源功率情况，并得出电源功率最多相以及电源功率最少相；根据电价调整机制，将电源功率最多相的充电电价下调，使之成为三相充电电价中最低电价，将电源功率最少相的充电电价上调，使之成为三相充电电价中最高电价。
4.根据权利1-3中任一项所述的方法，其中，所述的电价调整机制包括根据当地分布式电源发电情况、负荷变化规律以及电动车车主相应机制的积极性分权设置自电价影响系数ρii，以及交叉电价影响系数ρij，分权系数根据各地区差异进行调整，各相电价变化量P与各相单向分布式电源功率变化量Q的关系如下式所示：
Figure FDA0002296220350000011
根据以上公式，利用各相的单相分布式电源功率总和、功率总和变化量和各相电价求出对应相的电价变化量，得出下一时刻的充电电价。
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