CN111391692B - 基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于车舱温度差异控制的电动汽车有序充放电***及方法,其中电动汽车有序充放电***包括:云监控调度平台、车载数据采集控制***、充电站管理***、配电网数据采集***。该发明具有的特点在于通过检测车舱内温度、差异化调节车载空调设定温度,控制参与调度全过程空调电池能耗,从而主动预调节电动汽车续航里程,创新电动汽车有序充放电控制变量,扩展电动汽车有序充放电控制边界条件,可望更精细化、差异化地实现电动汽车集群有序充放电调度,服务电网负荷“削峰填谷”,缓解电网负荷“峰上加峰”。
Description
技术领域:
本发明属于电动汽车有序充放电领域,尤其是涉及基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度***及其方法。
背景技术:
传统内燃机汽车的使用,加剧了全球能源危机与环境问题,开发节能、清洁、高转化效率的新能源汽车是有效的途径。其中电动汽车被认为是近期内传统汽车最佳替代品,电动汽车不仅具有高能量转换效率,而且由于使用电能作为动力,能实现真正的“零排放”,减少了汽车尾气对环境的污染。电动汽车的是新能汽车重要发展方向之一,全球各国也相继发布了促进电动汽车发展的相关政策。
随着电动汽车的迅速发展,由电动汽车大规模使用而引起的相关问题也接踵而至。一方面电动汽车的移动性带来了在分布上的随机性,这种大规模的不确定性给电网调度带来了新的挑战。若任由电动汽车无序充电将导致电网的“峰上加峰”,作为大规模分布式电源,合理的调度又能服务于电网起到“削峰填谷”的作用;另一方面由于储能技术的限制,电池比能量和比密度远不及化石能源,进而引发的续航里程担忧也不得不关注。尤其是在夏冬季,由于车载空调的使用,增加了动力电池负荷,导致电动汽车的续航里程急剧下降,最终加重电网需求侧负荷。通过减小除动力***外的其他负荷耗能,是延长续航里程的有效途径。通过扩大夏冬季电动汽车充电范围,采用合理的路径规划,不仅可以增加电动汽车用户满意度,又能缓解电网局部负荷过重。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度***及其方法,通过差异化控制电动汽车行车路径规划全过程的车载空调消耗,从而增加电动汽车的续航里程,使电动汽车灵活参与电网的有序充放电调度,服务电网负荷“削峰填谷”,缓解电网负荷的“峰上加峰”。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度***,其特征在于,该***包含一个调度平台和三个子***:
云监控调度平台:实时接收并显示电动汽车、充电站、配电网的运行数据及状态,通过数据处理得出电动汽车温度差异化调控和有序充放电策略,并下发给相应子***;监测电动汽车参与电网调度情况、监测电动汽车分布热力图、监测电动汽车调度中的异常、警告;
车载数据采集控制***:采集处理电动汽车参与调度全过程舱内温度变化和续航里程变化的数据,将处理后的行车数据上传至云监控调度平台;
充电站管理***:采集处理充电站充电桩使用情况、充电桩电动汽车充放电状态、电动汽车接入充电桩时间、电动汽车预期离开充电桩时间、电动汽车期望电池电量,将处理后的数据上传至云监控调度平台,并接收云监控调度平台下发的有序充放电指令;
配电网数据采集***:采集电网实时负荷,结合电网历史负荷数据,预测电网负荷曲线,并将处理后的电网负荷数据上传至云监控调度平台。
进一步地,所述云监控调度平台包括电动汽车有序充放电调度模块、通信模块、数据库、界面显示模块;
所述电动汽车有序充放电调度模块:根据采集的电动汽车、充电桩、配电网数据,规划电动汽车有序充放电以应对电网负荷变化;所述规划电动汽车有序充放电包括:结合电网实时负荷、电网预测负荷曲线、充电桩使用状态及电动汽车运行状态,考虑电动汽车剩余续航里程及行驶目的地,差异化生成车载空调设定温度调节方案,以减小整车能耗,扩大电动汽车有序充放电规划范围,优化电动汽车至目标充电桩的行驶路径,达到错开高峰充电地点和充电时间的目的;
所所述通信模块,采用电力载波通信实和4G/5G网络,将电动汽车温度差异化调控和有序充放电策略下发给充电桩管理***,实现云监控调度平台与各子***的数据通信;
所述数据库,存储各个子***上传的数据及平台生成的策略数据;
所述界面显示模块,实现电动汽车参与电网调度情况、电动汽车分布热力图、监测电动汽车调度中的异常、警告的可视化。
进一步地,所述车载数据采集控制***包括车舱内外温度检测模块、红外检测模块、行车数据采集模块、数据处理及控制模块、通信模块;
所述车舱内外温度检测模块,以为周期,检测当前电动汽车车舱内外温度,结合人体舒适度温度,为后续对车载空调温度的差异化调控提供参考依据;
所述红外检测模块,检测当前电动汽车车内人数,为后续计算人体散热量提供参考依据;
所述行车数据采集模块,采集电动汽车行驶目的地、动力电池剩余电量、车内空调运行状态、车辆位置、车辆速度,为后续计算电动汽车的有序充放电规划提供数据;
所述数据处理及控制模块,考虑整车当前平均功耗计算电动汽车剩余续航里程,为后续计算电动汽车的有序充放电规划提供数据;接收上层控制指令,执行车载空调设定温度差异化调节,提供电动汽车有序充放电路径规划信息;
所述通信模块,采用4G/5G网络,将电动汽车行车数据上传至云监控调度平台,同时接收云监控调度平台下发的有序充放电温度调控和路径规划指令。
基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度方法,其特征在于:云监控调度平台将电动汽车群体等效为移动负荷和分布式电源,通过车舱温度全过程差异化调节,实现对电动汽车整车能耗和电动汽车续航能力的控制,扩大电动汽车集群有序充放电路径规划的控制边界和电网负荷承载边界,使其灵活参与电网负荷的“削峰填谷”,缓解电网负荷的“峰上加峰”;
根据获取的电动汽车、充电站、配电网数据,以最小电网日负荷方差波动为调度目标,构建电动汽车集群有序充放电调度模型;所述电动汽车集群有序充放电调度包括电动汽车至目标充电站的行驶路径规划、考虑电动汽车整车能耗的车舱温度全过程差异化控制;
根据预先设定的电动汽车温度可控范围、电动汽车续航里程范围和电动汽车电量状态构成电动汽车有序充放电调度模型的约束条件;根据电网实时负荷、电网预测负荷曲线,结合充电桩使用状态及电动汽车运行状态,在温度可控范围内差异化调节舱内温度以减小整车能耗,在预测的续航里程范围内优化电动汽车至目标充电站的行驶路径;
根据所述电动汽车有序充放电调度模型约束条件求解电动汽车有序充放电调度模型最优解;根据所述约束条件下的最优解,规划电动汽车行驶路径、差异化控制电动汽车舱内温度。
基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度建模步骤为:
步骤S101,全过程是指电动汽车用户参与电网有序充放电调度的差异化温度控制和路径规划这一过程,差异化实质上是电动汽车由于用户在冷热需求上的差异、舱内温度变化的差异、行车速度差异引起的每台电动汽车温控差异;通过差异化调节电动汽车空调设定的温度Ti S(t),维持电动汽车舱体温度Ti V(t)在一定的温度范围内,控制空调耗电量减小电动汽车平均能耗,增加改变电动汽车的续航里程Mi(t)。构建单体电动汽车舱体温度变化模型:
其中,Ti V(t)表示第i辆电动汽车舱体温度;Tam(t)表示环境温度,表示第i辆电动汽车中空调制冷量;表示第i辆电动汽车中q个人的人体散热量;表示第i辆电动汽车车舱中其他设备的散热量;Pi ac(t)表示第i辆电动汽车中空调制冷功率,COP表示空调制冷能效比,C表示等效热容,是舱体体积和空气比热容的乘积,R表示等效热阻,与舱体导热系数有关;
步骤S102,根据步骤S101中构建的舱体温度变化模型,所述电动汽车空调使用后的电动汽车续航里程评估模型为:
其中,Pi MT表示第i辆电动汽车电机输出功率,m表示整备质量,g表示重力加速度,CD表示空气阻力系数,A表示迎风面积,vi表示第i辆电动汽车的车速,ηT表示传动系效率,f表示滚动阻力系数,Mi(t)表示第i辆电动汽车的续航里程,εbat表示电动汽车电池损耗系数,Bi第i辆电动汽车的电池容量,表示第i辆电动汽车电池当前的荷电状态,ηdis表示电池的放电效率,ηM表示电机效率,Pi as表示第i辆电动汽车的辅助服务功率,ηas表示第i辆电动汽车的辅助服务效率;
步骤S103,根据步骤S101和S102中构建的模型,所述电动汽车充放电的约束条件为:
步骤S1031,电动汽车电池不能过充过放,约束为:
步骤S1032,电动汽车充放电后出网的电量要满足客户需求,约束为:
步骤S1033,路径规划的里程不能超过续航里程,约束为:
0≤xtotal(t)≤Mi(t) (7)
其中,xtotal(t)表示电动汽车路径规划的总行驶路程;
步骤S104,最小电网日负荷波动方差模型为:
附图说明:
图1为本发明的电动汽车有序充放电调度***架构图
图2为本发明的电动汽车舱体温度变化等效电路图
图3为本发明的基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度流程图
具体实施方式:
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
如图1所示,基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度***,该***包含一个调度平台和三个子***:
云监控调度平台:实时接收并显示电动汽车、充电站、配电网的运行数据及状态,通过数据处理得出电动汽车温度差异化调控和有序充放电策略,并下发给相应子***;监测电动汽车参与电网调度情况、监测电动汽车分布热力图、监测电动汽车调度中的异常、警告;
车载数据采集控制***:采集处理电动汽车参与调度全过程舱内温度变化和续航里程变化的数据,将处理后的行车数据上传至云监控调度平台;
充电站管理***:采集处理充电站充电桩使用情况、充电桩电动汽车充放电状态、电动汽车接入充电桩时间、电动汽车预期离开充电桩时间、电动汽车期望电池电量,将处理后的数据上传至云监控调度平台,并接收云监控调度平台下发的有序充放电指令;
配电网数据采集***:采集电网实时负荷,结合电网历史负荷数据,预测电网负荷曲线,并将处理后的电网负荷数据上传至云监控调度平台。
进一步地,所述车载数据采集控制***包括车舱内外温度检测模块、红外检测模块、行车数据采集模块、数据处理及控制模块、通信模块;
所述车舱内外温度检测模块,以为周期,检测当前电动汽车车舱内外温度,结合人体舒适度温度,为后续对车载空调温度的差异化调控提供参考依据;
所述红外检测模块,检测当前电动汽车车内人数,为后续计算人体散热量提供参考依据;
所述行车数据采集模块,采集电动汽车行驶目的地、动力电池剩余电量、车内空调运行状态、车辆位置、车辆速度,为后续计算电动汽车的有序充放电规划提供数据;
所述数据处理及控制模块,考虑整车当前平均功耗计算电动汽车剩余续航里程,为后续计算电动汽车的有序充放电规划提供数据;接收上层控制指令,执行车载空调设定温度差异化调节,提供电动汽车有序充放电路径规划信息;
所述通信模块,采用4G/5G网络,将电动汽车行车数据上传至云监控调度平台,同时接收云监控调度平台下发的有序充放电温度调控和路径规划指令。
结合图3,本发明基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度方法,步骤如下:
步骤S101,为参与调度的每辆电动汽车分配一个的唯一的身份标识码,使采集的电动汽车相关数据有源可溯、有序充放电调度指令的下发精准到每一辆车;
步骤S102,电动汽车数据采集***检测电动汽车是否连接充电桩,若是,则该类满足时间约束公式(18)的电动汽车转到步骤S107;若不是,则转步骤S103;
步骤S103,为实现电动汽车温度全过程差异化控制,其中,全过程是指电动汽车用户参与电网有序充放电调度的差异化温度控制和路径规划这一过程,差异化实质上是电动汽车由于用户在冷热需求上的差异、舱内温度变化的差异、行车速度差异引起的每台电动汽车温控差异,车载电动汽车数据采集***采集电动汽车的行驶目的地、动力电池剩余电量、动力电池健康状态、空调运行状态及运行参数、车舱内外温度、车辆位置、车内人数、车辆速度,将这些数据传送到云监控调度平台;
步骤S104,云监控调度平台接收来自电动汽车的相关数据,并将优惠政策告知电动汽车用户,其规定电动汽车参与有序充放电的优惠为:充电电价折扣率随用户参与温控后行驶路程、目的地偏移里程以及行驶总时间的增大而增大,即参与差异化温控调度和参与行驶至目标充电桩的路径规划调度后的电价在原电网电价的基础上享受打折优惠政策,电价折扣率为:其中,xoffset表示用户路径规划的目标充电站相对初始目的地的偏移量;
步骤S1041,结合图2,车载数据采集控制***的数据处理及控制模块建立电动汽车温度变化模型,为:
其中,Ti V(t)表示第i辆电动汽车舱体温度;Tam(t)表示环境温度,表示第i辆电动汽车中空调制冷量;表示第i辆电动汽车中q个人的人体散热量;表示第i辆电动汽车车舱中其他设备的散热量;Pi ac(t)表示第i辆电动汽车中空调制冷功率,COP表示空调制冷能效比,C表示等效热容,是舱体体积和空气比热容的乘积,R表示等效热阻,与舱体导热系数有关;
用户在冷热需求上的差异导致电动汽车车舱初始温度的差异,电动汽车车舱当前人数的差异导致车舱温度变化过程上的差异,电动汽车行驶车速不同会影响动力电池的消耗不同,使云监控调度中心对车舱温度的控制存在差异。因此,这三个影响因素,都会导致云监控调度平台对电动汽车车舱温度控制发生差异。
步骤S1042,为预测电动汽车因差异化温控引起的续航里程的变化,预测电动汽车的充电需求,车载数据采集控制***的数据处理及控制模块建立电动汽车温度变化引起的续航里程变化模型为:
其中,Pi MT表示第i辆电动汽车电机输出功率,m表示整备质量,g表示重力加速度,CD表示空气阻力系数,A表示迎风面积,vi表示第i辆电动汽车的车速,ηT表示传动系效率,f表示滚动阻力系数,Mi(t)表示第i辆电动汽车的续航里程,εbat表示电动汽车电池损耗系数,Bi第i辆电动汽车的电池容量,表示第i辆电动汽车电池当前的荷电状态,ηdis表示电池的放电效率,ηM表示电机效率,Pi as表示第i辆电动汽车的辅助服务功率,ηas表示第i辆电动汽车的辅助服务效率;
步骤S1043,电动汽车充放电的约束条件为:
步骤S10431,电动汽车电池不能过充过放,约束为:
步骤S10432,电动汽车充放电后出网的电量要满足客户需求,约束为:
其中,Wi cha(t)表示电动汽车接入充电桩期间的充电电量,Wi dis(t)表示电动汽车接入充电桩期间的放电电量,表示电动汽车用户预期充电电量,表示电动汽车接入充电桩时的初始电量,ηcha表示电动汽车的充电效率;
步骤S10433,路径规划的里程不能超过续航里程,约束为:
其中,xtotal(t)表示电动汽车路径规划的总行驶路程。
步骤S105,根据优惠政策,检测电动汽车用户是否愿意参加温度调控,若愿意,则根据步骤S104车载电动汽车数据采集***的数据处理模块建立的模型计算相关结果,这里假设用户愿意参与温控就愿意参加有序充放电的路径规划调度;若不愿意,直接采用车载***预测的续航里程进行后续计算;
步骤S106,检测电动汽车用户是否愿意参加有序充放电调度,若愿意,则对电动汽车行驶轨迹进行规划,并转到步骤S108;若不愿意,则电动汽车无序充电;
步骤S107,检测接入充电桩的电动汽车是否满足时间约束公式(17)
若满足,则转到108;若不满足,则电动汽车无序充电;
步骤S108,云监控调度平台接收并处理电动汽车、充电桩、配电网的相关数据,结合日负荷预测曲线,以最小电网日负荷波动方差为目标函数,对电动汽车进行有序充放电调度规划,其模型为:
其中,Pbase(t)表示电网中的基础负荷,表示新电动汽车并入电网前已经在电网中的电动汽车负荷,表示t时刻经温控和路径规划调度的新加入电网的电动汽车充电负荷,表示经温控和路径规划调度的新入网的电动汽车放电负荷,表示电网的平均负荷;
步骤S109,云监控调度平台将得出的有序充放电决策与指令分别下发给电动汽车和充电站,使参与调度的电动汽车按照计划进行温控和行驶,使充电站对在网电动汽车和即将入网的电动汽车按计划执行有序充电、放电操作。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (5)
1.基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度***,其特征在于,该***包含一个调度平台和三个子***:
云监控调度平台:实时接收并显示电动汽车、充电站、配电网的运行数据及状态,通过数据处理分析得出电动汽车温度差异化调控和有序充放电策略,并下发给相应子***;监测电动汽车参与电网调度情况、监测电动汽车分布热力图、监测电动汽车调度中的异常、警告;
车载数据采集控制***:采集处理电动汽车参与调度全过程舱内温度变化和续航里程变化的数据,将处理后的行车数据上传至云监控调度平台;
充电站管理***:采集处理充电站充电桩使用情况、充电桩电动汽车充放电状态、电动汽车接入充电桩时间、电动汽车预期离开充电桩时间、电动汽车期望电池电量,将处理后的数据上传至云监控调度平台,并接收云监控调度平台下发的有序充放电指令;
配电网数据采集***:采集电网实时负荷,结合电网历史负荷数据,预测电网负荷曲线,并将处理后的电网负荷数据上传至云监控调度平台;
所述云监控调度平台包括电动汽车有序充放电调度模块、通信模块、数据库、界面显示模块;
所述电动汽车有序充放电调度模块:根据采集的电动汽车、充电桩、配电网数据,规划电动汽车有序充放电以应对电网负荷变化;所述规划电动汽车有序充放电包括:结合电网实时负荷、电网预测负荷曲线、充电桩使用状态及电动汽车运行状态,考虑电动汽车剩余续航里程及行驶目的地,差异化生成车载空调设定温度调节方案,以减小整车能耗,扩大电动汽车有序充放电规划范围,优化电动汽车至目标充电桩的行驶路径,达到错开高峰充电地点和充电时间的目的。
2.根据权利要求1所述的基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度***,其特征在于,所述车载数据采集控制***包括车舱内外温度检测模块、红外检测模块、行车数据采集模块、数据处理及控制模块、通信模块;
所述车舱内外温度检测模块,以Δt为周期,检测电动汽车车舱内外的温度;
所述红外检测模块,检测当前电动汽车车内的人数;
所述行车数据采集模块,采集电动汽车的行驶目的地、动力电池剩余电量、车内空调运行状态、车辆位置、车辆速度;
所述数据处理及控制模块,考虑整车当前平均功耗计算电动汽车剩余续航里程;接收上层控制指令,执行车载空调设定温度差异化调节,提供电动汽车有序充放电路径规划信息;
所述通信模块,采用4G/5G网络,将电动汽车行车数据上传至云监控调度平台,同时接收云监控调度平台下发的有序充放电温度调控和路径规划指令。
3.一种利用权利要求1-2任一所述的***进行的基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度方法,其特征在于:云监控调度平台将电动汽车群体等效为移动负荷和分布式电源,通过车舱温度全过程差异化调节,实现对电动汽车整车能耗和电动汽车续航能力的控制,扩大电动汽车集群有序充放电路径规划的控制边界和电网负荷承载边界,使其灵活参与电网负荷的“削峰填谷”,缓解电网负荷的“峰上加峰”;
根据获取的电动汽车、充电站、配电网数据,以最小电网日负荷方差波动为调度目标,构建电动汽车集群有序充放电调度模型;所述电动汽车集群有序充放电调度包括电动汽车至目标充电站的行驶路径规划、考虑电动汽车整车能耗的车舱温度全过程差异化控制;
根据预先设定的电动汽车温度可控范围、电动汽车续航里程范围和电动汽车电量状态构成电动汽车有序充放电调度模型的约束条件;根据电网实时负荷、电网预测负荷曲线,结合充电桩使用状态及电动汽车运行状态,在温度可控范围内差异化调节舱内温度以减小整车能耗,在预测的续航里程范围内优化电动汽车至目标充电站的行驶路径;
根据所述电动汽车有序充放电调度模型约束条件求解电动汽车有序充放电调度模型最优解;根据所述约束条件下的最优解,规划电动汽车行驶路径、差异化控制电动汽车舱内温度。
4.根据权利要求3所述的基于车舱温度全过程差异化控制的电动汽车集群有序充放电调度方法,其特征在于,所述电动汽车舱体温控建模步骤为:
步骤S101,通过差异化调节第i辆电动汽车空调设定的温度Ti S(t),维持动汽车舱体温度Ti V(t)在一定的温度范围内,控制空调耗电量减小电动汽车平均能耗,增加电动汽车的续航里程Mi(t),构建单体电动汽车舱体温度变化模型:
其中,Ti V(t)表示第i辆电动汽车舱体温度;Tam(t)表示环境温度,表示第i辆电动汽车中空调制冷量;表示第i辆电动汽车中q个人的人体散热量;表示第i辆电动汽车车舱中其他设备的散热量;Pi ac(t)表示第i辆电动汽车中空调制冷功率,COP表示空调制冷能效比,C表示等效热容,是舱体体积和空气比热容的乘积,R表示等效热阻,与舱体导热系数有关;
步骤S102,根据步骤S101中构建的舱体温度变化模型,所述电动汽车空调使用后的电动汽车续航里程评估模型为:
其中,Pi MT表示第i辆电动汽车电机输出功率,Mi(t)表示第i辆电动汽车的续航里程,εbat表示电动汽车电池损耗系数,Bi第i辆电动汽车的电池容量,表示第i辆电动汽车电池当前的荷电状态,ηdis表示电池的放电效率,ηM表示电机效率,Pi as表示第i辆电动汽车的辅助服务功率,ηas表示第i辆电动汽车的辅助服务效率;
步骤S103,根据步骤S101、S102中构建的模型,所述电动汽车充放电的约束条件为:
步骤S1031,电动汽车电池不能过充过放,约束为:
步骤S1032,电动汽车充放电后出网的电量要满足用户需求,约束为:
步骤S1033,路径规划的路程不能超过续航里程,约束为:
0≤xtotal(t)≤Mi(t) (6)其中,xtotal(t)表示电动汽车路径规划的总行驶路程。
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