[发明专利]计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法

权利要求书

1.一种计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，其特征在于：包括：

S1：参与调频服务的电动汽车在接入充电站时主动向充电站上报调频相关信息；所述主动向充电站上报调频相关信息，包括目标电量SOC_aim、在网停留时长ΔT、诚信度ρ以及当前电池荷电状态SOC；

电动汽车目标电量SOC_aim是车主期望在离开充电站出发时电动汽车的电池电量，其定义如下式所示：

SOC_aim＝SOC_min+ΔSOC_D+ΔSOC_M (1)

式中：SOC_min是电池电量下限；ΔSOC_D是电动汽车通勤路程需要消耗的电量；ΔSOC_M是电量裕度；

诚信度ρ_i是用于衡量电动汽车车主可能违背申报计划，在申报的在网停留时长结束之前离开电网情况的参数，其定义下式所示：

式中：是该辆电动汽车的历史平均申报在网时长；是该辆电动汽车的历史平均实际在网时长；ρ_up和ρ_down分别为诚信度的上限和下限阈值，当电动汽车的诚信度高于上限时，该辆电动汽车将视为可完全信任，其诚信度取为1，而当诚信度低于下限时，该辆电动汽车将视为完全不可信任，其诚信度取为0；

S2：对参与调频的汽车设计分组转换策略，不满足在网时长和诚信度条件的电动汽车不参与调频，其集合称为非调频组；满足前述两个条件的电动汽车具备参与调频的资格，其集合称为调频组；调频组包括上调频组和下调频组，上调频组的电动汽车只进行放电以响应系统上调频指令，而下调频组的电动汽车只进行充电以响应系统下调频指令，通过预设条件切换电动汽车的调频组；所述对参与调频的汽车设计分组转换策略，具体包括：

令电动汽车接入充电站时的SOC充至目标电量所需的时长为ΔT^*，若电动汽车的在网时长ΔT≤ΔT^*，则电动汽车不参与调频，持续充电直至离开，若电动汽车的诚信度低于下限，易于在调频过程中脱离电网从而影响调频效果，则也设置其不参与调频，只有同时满足ΔT＞ΔT^*和ρ_i＞ρ_down两个条件的电动汽车能够参与提供调频服务；

对于分入调频组的电动汽车，若其接入充电站时的荷电状态SOC₀大于所设置的分界电量，则该辆电动汽车被分入上调频组，反之该辆电动汽车被分入下调频组；所述分界电量SOC_divide的值以令电动汽车集群能够取得相对平衡的上、下调频备用容量为原则，根据实际情况进行设置或调整；

设定上调频组内的电动汽车唯有在放电至电量低于电池电量下限SOC_min时才转换入下调频组，下调频组内的电动汽车唯有充电至电量高于电池电量上限SOC_max时才转换入上调频组；引入一个衡量电动汽车在充、放电状态之间转换频繁度的参数TIME，每当电动汽车在上、下调频组之间进行转换时，其充放电状态转换次数TIME增加一，设置充放电状态转换次数上限TIME_lim，若TIME＞TIME_lim，则强制令该辆电动汽车退出调频；

S3：对电动汽车的需求充电计划进行优化，调整其为满足行驶需求而进行充电的时段；所述需求充电计划的优化内容包括：

(1)下调频组：针对下调频组内电量小于SOC_aim的电动汽车，以15min为优化步长，对其满足行驶需求而进行充电的时段进行滚动优化；

首先计算每辆电动汽车从当前电量充至SOC_aim所需的时长ΔT_c，然后以电网负荷方差最小为目标函数，按照接入电网的顺序，优化每辆电动汽车的充电起始时间t₀，针对第i辆电动汽车的优化具体如下式所示：

s.t.j+1≤t₀≤DP-ΔT_c+1

式中：V代表电网负荷方差；P_L(t)为电网日负荷；P_EV,1(t)代表在第i辆电动汽车之前进行优化的电动汽车按照优化结果进行充电所形成的总充电负荷；P_EV,2(t)代表在当前时刻已经确定充电时段的上调频组电动汽车按计划进行充电所形成的总充电负荷；P_lim为电动汽车充放电功率限制；P_avg为包含电动汽车集群充电负荷在内的电网日平均负荷；j为当前时刻；DP为电动汽车离开充电站开始行驶的时间，由抵达充电站的时间与在网时长相加得到；

当抵达优化所得的充电起始时间时，下调频组内的电动汽车退出调频，充电直至电量满足SOC_aim，然后重新回到下调频组参与调频，此种充电行为被定义为优化充电；

(2)上调频组：对于下调频组内的电动汽车，统一设定其在临近自身出发时间时退出调频，为了满足行驶需求而进行充电，其充电起始时间由下式得到：

式中，SOC_j为电动汽车在当前j时刻的电量，η_c为电动汽车充电效率；

当上调频组的电动汽车充电至SOC_aim后，将不会继续参与调频而是直接开始行驶，此种充电行为被定义为强制充电；

(3)非调频组：非调频组中包含ΔT≤ΔT^*的电动汽车，ρ≤ρ_down的电动汽车，以及充放电转换次数超过TIME_lim而退出调频组的电动汽车；对于不满足充电时长条件的电动汽车，其需要持续充电直至离开，不需要进行充电计划优化；对于不满足诚信度条件的电动汽车，若其接入电网时的初始电量大于目标电量，则保持闲置状态直至离网，若初始电量小于目标电量，则对充电计划进行优化；对于超出充放电转换限制的电动汽车，若其是转换入放电组时超出限制，则电动汽车电量为SOC_max，不需再进行充电，保持闲置状态直至离网；若其是转换入充电组时超出限制，则电动汽车电量为SOC_min，需要进行充电，对充电计划进行优化；

针对需要进行充电计划优化的电动汽车，设定其与上调频组中电池电量低于目标电量的电动汽车一同按照接入电网顺序，根据公式(3)对自身充电起始时段进行优化；

S4：对电动汽车集群调频备用容量进行实时预测；对于各充电站而言，在j时刻所预测的j+1时刻的电动汽车集群调频备用容量可由公式(5)和(6)得到：

其中：为上调频组内电动汽车数量；为下调频组内电动汽车数量；为上调频备用容量，其值为正；为下调频备用容量，其值为负；

S5：建立分层分布式调频控制框架；所述分层分布式调频控制框架包括多个充电站，邻近充电站之间由通信线路互相连接，并统一连接电动汽车聚合商EVA进行管理，采用传统机组辅助电动汽车参与调频，补足欠缺的调频功率，EVA和传统机组由微电网二次调频控制中心进行管理；

S6：对调频任务进行实时分配；调频过程中，EVA实时收集各充电站的调频备用容量预测值，得到电动汽车集群总调频备用容量，并向二次调频控制中心上报，基于系统频率偏移信号Δf，二次调频控制中心通过比例-积分PI控制得到系统调频需求功率P_task，并将P_task与电动汽车调频备用容量进行实时比较：若电动汽车实时预测调频备用容量能够满足P_task，则传统机组不参与调频；若不能满足P_task，则将功率缺额分配给传统机组；

二次调频控制中心将实时分配的调频任务分别下达至电动汽车和传统机组，传统机组按照分配的调频任务进行出力或者保持不出力；EVA则将调频任务下发给各充电站，由各充电站调用站内电动汽车进行充电或放电以满足调频任务；

S7：对单辆电动车的调频任务进行分布式排序；当电动汽车集群的实时预测调频备用容量大于调频任务时，单辆电动汽车层面有序调度，设立两个指标，以确定电动汽车参与调频的优先顺序，即上调频单位时间贡献度Γ^dc和下调频单位时间贡献度Γ^c，其定义分别如公式(7)和(8)所示：

式中，SOC_i,j+1为第i辆电动汽车在j+1时刻的荷电状态；

设置单位时间贡献度越高，则该辆电动汽车越优先参与调频；

(1)上调频情况：当系统调频需求功率P_task,j+1＞0，电动汽车放电参与上调频，此时下调频组内所有电动汽车出力均为零，而上调频组则需根据如下准则进行判断：

①如果上调频组内的电动汽车全部进行放电；

②如果则计算需要调用放电参与上调频的电动汽车数量，如下式所示：

式中，floor(·)表示向下取整；

将上调频组内的电动汽车按照从大到小进行排序，取前辆电动汽车进行放电；

(2)下调频情况：当系统调频需求功率P_task,j+1＜0，电动汽车充电参与下调频，此时上调频组内所有电动汽车出力均为零，而下调频组则需根据如下准则进行判断：

①如果则上调频组内的电动汽车全部进行充电；

②如果则计算需要调用充电参与下调频的电动汽车数量，如下式所示：

下调频组内的电动汽车按照从大到小进行排序，取前辆电动汽车进行充电；

(3)无需调频的情况：当系统调频需求功率P_task,j+1＝0，电动汽车集群不参与调频，上下调频组内电动汽车出力均为零。

2.根据权利要求1所述的计及充电计划优化的电动汽车分布式调频控制方法，其特征在于：步骤S7中所述分布式排序包括：各充电站分别对站内电动汽车的单位时间贡献度进行排序，将排序结果传递至相邻节点，下一个节点将两节点的排序结果进行二路归并，再将归并后的排序结果继续传递，直至排序完成，当经过多次二路归并和数据传递得到全体电动汽车的总排序结果后，按照该结果得出需要调用的电动汽车名单，再将其依次传递回各充电站节点，各充电站据此进行站内电动汽车的调用。