CN112350357B - 一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式并网电动汽车自适应SoC平衡控制方法，包括：利用多个电动汽车作为分布式储能***，根据上级调度指令得到所需总功率，根据电动汽车的储能***得到电池的容量，先按照容量比例进行初始功率的分配，在此基础上引入自功率调整，进行自适应功率的分配，并将最终得到的参考功率引入PQ控制，进行***的实时更新调节，并进一步判断每个***的SoC与平均SoC之间的关系，直到相等则SoC达到平衡。本发明能根据并网要求的变化实时调节，并能解决因容量不同以及初始SoC不同的SoC平衡问题，使各电动汽车储能***在有限时间内达到SoC的平衡，且避免产生循环电流，达到电动汽车在并网过程中削峰填谷优化控制的目的，使电网能更加可靠稳定地运行。

Description

一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法
技术领域
本发明涉及微电网分布式储能***并网技术领域，具体的说是一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法。
背景技术
随着电动汽车的不断普及和V2G技术的发展，电动汽车作为分布式的储能装置参与电网的削峰填谷作用越来越受到广泛的重视。电动汽车具有其他负荷类型所不具备的灵活性和可调度性，灵活的电动汽车在并网过程中可处于放电状态，而且充放电功率在可调区间内灵活调节。但是，在初始SoC及容量不同的电动汽车并网过程中，因SoC的不平衡可能会导致电网***的不稳定。在***长时间的充放电过程中，如果不能保证电动汽车储能***中每个储能***的SoC平衡，将会导致一些分布式电动汽车的储能***提前放电或者充电完成而退出运行，降低调节电网的储能容量，影响电网运行的可靠性。因此，研究分布式电动汽车的储能***在初始不同容量以及不同SoC时在并网过程中能够尽快达到SoC的平衡具有重要的实际价值。
目前对于储能***SoC平衡性控制算法的研究还不是很多，例如在直流微电网中采用自适应下垂控制方法实现SoC平衡等方法，而且上述的方法考虑的都是在容量相同的情况，并未考虑分布式电动汽车储能***容量不同的情况；如在交流微电网中基于传统P/f控制的储能***SoC平衡、涉及多智能体技术的基于SoC和下垂控制的SoC平衡算法等，但是这些方法都是在孤岛电网中实现的，无法应用于并网。于是，在并网过程中我们要考虑分布式电动汽车储能***初始容量不同以及初始的SoC也不同的情况，因此，更加需要考虑的是在储能***初始容量以及SoC不同时SoC的平衡问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法，解决了容量不同以及初始SoC不同的分布式并网电动汽车储能***SoC平衡的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法，利用多个灵活的电动汽车作为分布式储能***，具体步骤包括：
步骤1，根据上级的调度指令，得到电网所需的总功率值Pmref，判断总功率是否大于零，若大于等于零，则令电动汽车处于放电模式，相反，若小于零，则令电动汽车处于充电模式；
步骤2，按所有的电动汽车储能***的容量比例分配参考功率；容量大的电动汽车储能***承担较多的功率，容量小的电动汽车储能***承担较少的功率；设计容量比例分配功率为：
Figure GDA0003691017010000021
其中，Cai表示第i个电池的容量，Pmref表示上级调度总功率需求，Pmiref表示第i个电动汽车按容量比例分配所得到的功率参考；
步骤3，根据从电动汽车储能***中得到的实时更新的SoCi计算平均的SoC即SoCavg，从而判断所有电动汽车SoC与SoCavg之间的关系；其中，
Figure GDA0003691017010000022
其中，SoCi表示第i个电动汽车的SoC，n表示n个电动汽车；
步骤4，根据步骤3得到的关系，考虑是否加入自功率调整；若所有的SoCi中存在有不等于SoCavg,则根据SoCi偏离SoCavg的大小引入自功率调整：
Figure GDA0003691017010000023
其中，α定义为平衡速率因子，当α取较大时，SoC可以较快地实现平衡，相反，当α取较小时，SoC实现平衡较为缓慢；相反，若所有的SoCi都等于SoCavg，则不加入功率调整项即令平衡速率因子α为0，此时SoC已达到平衡；自功率调整项ΔPi能使所有的SoC曲线能够在某一时刻达到一个交点即SoC达到平衡，当SoCi偏离SoCavg较多时，ΔPi较大，当SoCi偏离SoCavg较少时，ΔPi较小；
步骤5，为避免循环电流的产生，设置自适应平衡速率因子
Figure GDA0003691017010000024
将α设计为根据SoC偏移SoCavg实时进行自适应设置；
首先，设计了每个子***所对应的αi的临界值：
Figure GDA0003691017010000031
其次，选择整个***的自适应平衡速率因子
Figure GDA0003691017010000032
Figure GDA0003691017010000033
最后，为保证所有的电动汽车储能***的SoC在达到平衡之前都不完全的放电或充满，设置相应的阈值；在自功率调整项中改进平衡速率因子，使平衡速率因子能够自适应调整，从而避免循环电流的产生；
步骤6，在容量比例分配的基础上引入自功率调整项及自适应平衡速率因子，建立自适应参考功率计算：
Figure GDA0003691017010000034
最终得到每个子***所需要的参考功率，引入传统的PQ控制器，并实时更新，直到SoCi都等于SoCavg之后，SoC达到平衡；
由于自功率调整ΔPi的存在，首先可以令初始SoC不同的储能***达到平衡，即每个储能***的SoC都能趋近于SoCavg，当所有SoCi等于SoCavg时，就能实现SoC的平衡，此时ΔPi均为零，此外，ΔP的和为零还能够保持总的输出功率的跟踪，当所有ΔPi的和为零，那所有Pmiref的和即为总功率Pmref。然后，SoC达到平衡后，根据容量比例分配功率可以使得容量不同的储能***保持SoC平衡的趋势。
本发明的进一步改进在于：在步骤5中，当电动汽车处于放电模式时，则选择所有αi中大于零且最小的αi作为自适应平衡调整速率因子
Figure GDA0003691017010000035
当电动汽车处于充电模式时，则选择所有αi中小于零且最大的αi作为自适应平衡调整速率因子
Figure GDA0003691017010000036
本发明的进一步改进在于：为防止在SoC达到平衡时因误差的存在导致功率的波动，则设置在所有的SoCi与SoCavg之间的误差小于1e-3时，则令
Figure GDA0003691017010000041
直接为零，即移除自功率调整。
本发明的有益效果是：本发明利用电动汽车作为电网中的分布式储能***，经过DC/AC逆变器给电动汽车进行双向变化即充放电，并利用SoC平衡算法，根据上级调度给定的总功率需求，来为***内每个电动汽车储能***自适应计算功率参考实现，最终根据电流跟踪控制逆变器来实现电动汽车并网。充分利用电动汽车不定时接入电网，造成接入的储能***容量以及初始SoC不同的这一缺点，在此基础上进行功率的分配以及功率的修正，最终在保证跟踪输出总功率的条件下有限时间内尽快地实现SoC的平衡。其中，自适应参考功率计算是为了解决不同电池容量以及初始SoC不同的电动汽车储能***SoC平衡的问题。在算法中先进行自功率调整，使初始SoC不同的***达到平衡，然后按照容量比例分配功率的方法，使容量大的储能***能够承担较多的功率，容量小的储能***能够承担较少的功率，从而有效地解决了过充或者过放、效率低的问题。
附图说明
图1为本发明SoC平衡算法流程图。
图2为本发明电动汽车并网的简要拓扑。
图3为本发明模型的拓扑结构图。
图4为本发明仿真各并网储能***的功率变化图。
图5为各电动汽车并网时的功率变化图。
图6为本发明SoC响应曲线图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明是一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法，利用多个灵活的电动汽车作为分布式储能***，参与电网调节，DC/AC逆变器模块的直流侧与电动汽车相连，交流侧与交流母线相连，用于将直流电转换为交流电，实现电动汽车并网，具体步骤包括：
步骤1，根据上级的调度指令，得到电网所需的总功率值Pmref，判断总功率是否大于零，若大于等于零，则令电动汽车处于放电模式，相反，若小于零，则令电动汽车处于充电模式；
步骤2，按所有的电动汽车储能***的容量比例分配参考功率；在分布式并网电动汽车储能***中初始SoC相同以及容量不同时，为防止电动汽车储能***因容量不同而导致过充或者过放，则根据容量比例的不同分配相应的功率，使容量大的电动汽车储能***承担较多的功率，容量小的电动汽车储能***承担较少的功率；设计容量比例分配功率为：
Figure GDA0003691017010000051
其中，Cai表示第i个电池的容量，Pmref表示上级调度总功率需求，Pmiref表示第i个电动汽车按容量比例分配所得到的功率参考；
步骤3，根据从电动汽车储能***中得到的实时更新的SoCi计算平均的SoC即SoCavg，从而判断所有电动汽车SoC与SoCavg之间的关系；其中，
Figure GDA0003691017010000052
其中，SoCi表示第i个电动汽车的SoC，n表示n个电动汽车。
步骤4，根据步骤3得到的关系，考虑是否加入自功率调整；若所有的SoCi中存在有不等于SoCavg,则根据SoCi偏离SoCavg的大小引入自功率调整：
Figure GDA0003691017010000053
其中，α定义为平衡速率因子，当α取较大时，SoC可以较快地实现平衡，相反，当α取较小时，SoC实现平衡较为缓慢；相反，若所有的SoCi都等于SoCavg，则不加入功率调整项即令平衡速率因子α为0，此时SoC已达到平衡；自功率调整项ΔPi能使所有的SoC曲线能够在某一时刻达到一个交点即SoC达到平衡，当SoCi偏离SoCavg较多时，ΔPi较大，当SoCi偏离SoCavg较少时，ΔPi较小；
步骤5，为避免循环电流的产生，设置自适应平衡速率因子
Figure GDA0003691017010000054
将α设置为根据SoC偏移SoCavg实时进行自适应设置；
首先，设计了每个子***所对应的αi的临界值为：
Figure GDA0003691017010000061
其次，选择整个***的自适应平衡速率因子
Figure GDA0003691017010000062
Figure GDA0003691017010000063
最后，为保证所有的电动汽车储能***的SoC在达到平衡之前都不完全的放电或充满，设置相应的阈值；例如将得到的自适应平衡调整速率因子
Figure GDA0003691017010000064
设置为
Figure GDA0003691017010000065
的90％，则这样就保留了最低SoC的电动汽车储能***能够有其额定参考功率的10％的阈值；在自功率调整项中改进平衡速率因子，使平衡速率因子能够自适应调整，从而避免循环电流的产生；
当电动汽车处于放电模式时，则选择所有αi中大于零且最小的αi作为自适应平衡速率因子
Figure GDA0003691017010000066
进行功率的自适应分配。当电动汽车处于充电模式时，则选择所有αi中小于零且最大的αi作为自适应平衡速率因子
Figure GDA0003691017010000067
为避免存在误差的影响在所有的SoCi与SoCavg之间的误差小于1e-3左右时，则令
Figure GDA0003691017010000068
保持上一值；
步骤6，在容量比例分配的基础上引入自功率调整项及自适应平衡速率因子，建立自适应参考功率计算：
Figure GDA0003691017010000069
由于自功率调整ΔPi的存在，首先可以令初始SoC不同的储能***达到平衡，即每个储能***的SoC都能趋近于SoCavg，当所有SoCi＝SoCavg时，就能实现SoC的平衡，此时ΔPi的均为零，此外，ΔP的和为零还能够保持总的输出功率的跟踪，当所有ΔPi的和为零，那所有Pmiref的和即为总功率Pmref。然后，SoC达到平衡后，根据容量比例分配功率可以使得容量不同的储能***保持SoC平衡的趋势。自适应参考功率计算是为了解决不同电池容量以及初始SoC不同的电动汽车储能***SoC平衡的问题。在算法中先进行自功率调整，使初始SoC不同的***达到平衡，然后按照容量比例分配功率的方法，使容量大的储能***能够承担较多的功率，容量小的储能***能够承担较少的功率，从而有效地解决了过充或者过放、效率低的问题。
电动汽车车主可以设定电动汽车的状态，既可以使电动汽车处于充电状态，也可以处于放电状态。电动汽车具有双向调节能力，具备负荷和电源双重特性，既能作为用户侧负荷，又可作为分布式储能，具有用户与电网之间实现功率双向流动的优势。
容量比例分配算法用于解决容量不同的电动汽车储能***过充或过放的问题；自功率调整ΔPi用于初始SoC不同的电动汽车储能***的实时调整，实现SoC的平衡；避免循环电流的方法使平衡速率调节因子α自适应调整，保证所有电动汽车能够同时充电或者放电，并且可以调节SoC达到平衡的时间；适应参考功率计算是在容量比例分配的基础上引入自功率调整，实时计算电动汽车储能***的功率参考，用于解决容量不同和初始SoC不同的SoC平衡问题。
如图2所示，以四辆电动汽车来作为电网中的分布式储能***，参与电网调节为例，在本实施例中四辆电动汽车作为分布式储能***，在并网过程中，能够根据电网的实际要求进行充放电模式的切换，进行削峰填谷。如图4-6所示，一方面，当电网调度功率为负时，所有的SoC曲线将会处于上升状态，此时表示电动汽车处于充电模式；反之，当电网调度功率为正时，所有的SoC曲线将会处于下降状态，此时电动汽车处于放电状态。而且，由于自适应速率因子的存在，避免了循环电流的产生，保证了所有的电动汽车能够同时充电或同时放电。另一方面，在未达到平衡状态前，各电动汽车将按照自适应参考功率计算承担相应的功率，达到平衡后，各电动汽车将按照容量比例分配功率的算法承担相应的功率，使容量较大的电动汽车承担较大的功率，容量较小的电动汽车承担较小的功率。
以上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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法，利用多个灵活的电动汽车作为分布式储能***，其特征在于：具体步骤包括
步骤1，根据上级的调度指令，得到电网所需的总功率值Pmref，判断总功率是否大于零，若大于等于零，则令电动汽车处于放电模式，相反，若小于零，则令电动汽车处于充电模式；
步骤2，按所有的电动汽车储能***的容量比例分配参考功率；容量大的电动汽车储能***承担较多的功率，容量小的电动汽车储能***承担较少的功率；设计容量比例分配功率为：
Figure FDA0003691014000000011
其中，Cai表示第i个电池的容量，Pmref表示上级调度总功率需求，Pmiref表示第i个电动汽车按容量比例分配所得到的功率参考；
步骤3，根据从电动汽车储能***中得到的实时更新的SoCi计算平均的SoC即SoCavg，从而判断所有电动汽车SoC与SoCavg之间的关系；其中，
Figure FDA0003691014000000012
其中，SoCi表示第i个电动汽车的SoC，n表示n个电动汽车；
步骤4，根据步骤3得到的关系，考虑是否加入自功率调整；若所有的SoCi中存在有不等于SoCavg,则根据SoCi偏离SoCavg的大小引入自功率调整：
Figure FDA0003691014000000013
其中，α定义为平衡速率因子，当α取较大时，SoC可以较快地实现平衡，相反，当α取较小时，SoC实现平衡较为缓慢；相反，若所有的SoCi都等于SoCavg，则不加入功率调整项即令平衡速率因子α为0，此时SoC已达到平衡；
步骤5，为避免循环电流的产生，设置自适应平衡速率因子
Figure FDA0003691014000000014
将α设计为根据SoC偏移SoCavg实时进行自适应设置；
首先，设计了每个子***所对应的αi的临界值：
Figure FDA0003691014000000021
其次，选择整个***的自适应平衡速率因子
Figure FDA0003691014000000022
Figure FDA0003691014000000023
最后，为保证所有的电动汽车储能***的SoC在达到平衡之前都不完全的放电或充满，设置相应的阈值；
步骤6，在容量比例分配的基础上引入自功率调整项及自适应平衡速率因子，建立自适应参考功率计算：
Figure FDA0003691014000000024
最终得到每个子***所需要的参考功率，引入传统的PQ控制器，并实时更新，直到SoCi都等于SoCavg之后，SoC达到平衡。
2.根据权利要求1所述一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法，其特征在于：在步骤5中，当电动汽车处于放电模式时，则选择所有αi中大于零且最小的αi作为自适应平衡调整速率因子
Figure FDA0003691014000000025
当电动汽车处于充电模式时，则选择所有αi中小于零且最大的αi作为自适应平衡调整速率因子
Figure FDA0003691014000000026
3.根据权利要求2所述一种针对分布式并网电动汽车的SoC平衡控制方法，其特征在于：为防止在SoC达到平衡时因误差的存在导致功率的波动，则设置在所有的SoCi与SoCavg之间的误差小于1e-3时，则令
Figure FDA0003691014000000027
直接为零，即移除自功率调整。
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