基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电动汽车数量动态变化模拟方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电动汽车数量动态变化模拟方法，属于电动汽车及其接入电网【技术领域】。本方法包括以下步骤：步骤一：初始化电动汽车相关参数；步骤二：判断电动汽车类别，根据不同的类别分别确定出所有电动汽车的入/出可控状态时刻表；步骤三：统计分析时刻表，得到区域内每一时刻的入可控状态电动汽车数量N'in(ti)和出可控状态电动汽车数量N'out(ti)；步骤四：计算入/出可控状态的累计车辆数；步骤五：计算可控电动汽车的数量。本方法能够很好的计算出区域内可控电动汽车的数量，计算得出各类可控电动汽车参与系统调频的数量动态变化，同时，填补了该【技术领域】的空白，为深入研究电动汽车参与系统调频，奠定了坚实的理论基础。
【专利说明】基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电动汽车数量动态变化 模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动汽车及其接入电网【技术领域】，涉及一种基于蒙特卡洛的电力系统 调频可控电动汽车数量动态变化模拟方法。
【背景技术】
[0002] 电动汽车与电网互动（Vehicle-to-Grid，V2G)技术，是指电动汽车在受控状态 下，实现与电网信息和能量的双向交换的一种新型技术。该技术强调的是电动汽车电池除 了从电网吸收能量外，必要的时候可以将电池能量反馈给电网。V2G系统是集电力电子、通 信、调度、计量和负荷需求侧管理等众多技术于一体的高端综合应用系统，它体现的是电动 汽车电池的储能作用。利用V2G技术，可以使电动汽车向电网提供多种辅助服务，如：削峰 填谷、频率调整、旋转备用等。
[0003] 只有当电动汽车处于可控状态时，电动汽车才能向电网提供频率调整辅助服务， 即电动汽车参与电力系统调频。因此，研究某个时段电动汽车参与调频时，必须首先得到该 时段范围内可控电动汽车数量的变化情况，才能进一步研究电动汽车如何参与系统调频， 及其对整个区域电力系统频率的影响。
[0004] 目前，对某个时段内参与系统调频的可控电动汽车数量变化研究较为少见。国外 一些国家已有一定规模实际运营的电动汽车，可得到部分电动汽车接入电网数量的实际数 据，进而估算参与系统调频的可控电动汽车数量变化。而国内，电动汽车尚处于初期市场推 广阶段，电动汽车的数量很有限，缺少实际数据作为研究支持，且国内针对电动汽车参与系 统调频的研究并不多见，缺乏参与系统调频的可控电动汽车数量变化的算法研究。
[0005] 因此，目前急需一种能够对电力系统调频可控电动汽车数量动态变化进行合理估 计的方法。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电动汽 车数量动态变化模拟方法，该方法通过采用蒙特卡洛方法来随机模拟电动汽车的运行情 况，进而统计区域内可控电动汽车的数量。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电动汽车数量动态变化模拟方法，包括以 下步骤：
[0009] 步骤一：初始化电动汽车相关参数；
[0010] 步骤二：判断电动汽车类别，根据不同的类别分别确定出所有电动汽车的入/出 可控状态时刻表；
[0011] 步骤三：统计分析时刻表，得到区域内每一时刻的入可控状态电动汽车数量 ν' in(ti)和出可控状态电动汽车数量ν'^ai);
[0012] 步骤四：计算入/出可控状态的累计车辆数；
[0013] 步骤五：计算可控电动汽车的数量。
[0014] 进一步，在步骤二中，电动汽车类别可以分为电动公交车、电动公务车、电动私家 车；其中：
[0015] 电动公交车和电动公务车通过如下步骤得到入/出可控状态时刻表：
[0016] 1)确定电动汽车接入电网的时刻；
[0017] 2)抽取起始荷电状态值；
[0018] 3)计算充电时长；
[0019] 4)计算入可控状态时刻；
[0020] 5)确定出可控状态时刻；
[0021] 6)得到电动公交车和电动公务车的入/出可控状态时刻表；
[0022] 电动私家车通过如下步骤得到入/出可控状态时刻表：
[0023] 1)确定接入电网时刻所属时段；
[0024] 2)抽取接入电网时刻；
[0025] 3)抽取起始荷电状态值；
[0026] 4)计算充电时长；
[0027] 5)计算入可控状态时刻；
[0028] 6)确定出可控状态时刻所属时段；
[0029] 7)抽取出可控状态时刻；
[0030] 8)得到电动私家车的入/出可控状态时刻表。
[0031] 进一步，在步骤二中，采用蒙特卡洛方法对数据进行统计分析，得到区域内所有电 动汽车的入/出可控状态时刻表。
[0032] 本发明的有益效果在于：本发明提供了一种基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电 动汽车数量动态变化模拟方法，能够很好的计算出区域内可控电动汽车的数量，计算得出 各类可控电动汽车参与系统调频的数量动态变化，同时，填补了该【技术领域】的空白，为深入 研究电动汽车参与系统调频，奠定了坚实的理论基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0034] 图1为本发明所述方法的流程示意图；
[0035] 图2为电动汽车的状态转换示意图；
[0036] 图3为可控电动汽车的数量变化情况。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0038] 图1为本发明所述方法的流程示意图，如图所示，本方法包括以下步骤：步骤一： 初始化电动汽车相关参数；步骤二：判断电动汽车类别，根据不同的类别分别确定出所有 电动汽车的入/出可控状态时刻表；步骤三：统计分析时刻表，得到区域内每一时刻的入可 控状态电动汽车数量n' in(ti)和出可控状态电动汽车数量ν'^ai);步骤四：计算入/出 可控状态的累计车辆数；步骤五：计算可控电动汽车的数量。
[0039] 其中，在步骤二中，采用蒙特卡洛方法对数据进行统计分析，得到区域内所有电动 汽车的入/出可控状态时刻表。电动汽车类别可以分为电动公交车、电动公务车、电动私家 车；电动公交车和电动公务车通过如下步骤得到入/出可控状态时刻表：1)确定电动汽车 接入电网的时刻；2)抽取起始荷电状态值；3)计算充电时长；4)计算入可控状态时刻；5) 确定出可控状态时刻；6)得到电动公交车和电动公务车的入/出可控状态时刻表；电动私 家车通过如下步骤得到入/出可控状态时刻表：1)确定接入电网时刻所属时段；2)抽取接 入电网时刻；3)抽取起始荷电状态值；4)计算充电时长；5)计算入可控状态时刻；6)确定 出可控状态时刻所属时段；7)抽取出可控状态时刻；8)得到电动私家车的入/出可控状态 时刻表。
[0040] 为了对本方法进行充分阐述，现对电动汽车的状态情况进行如下说明：
[0041] 如图2所示，通常，相比各种停车地点上停放的汽车数量，在路上行驶的汽车数量 是极少的。同样，在电动汽车大量普及的未来，这样的情况是相似的。电动汽车将来能够在 诸如工作单位停车场、居民小区停车场、商业娱乐区停车场等各种停车地点，快捷方便地通 过电源插头接入电网。
[0042] 电动汽车状态包括行驶状态、充电状态、可控状态和空闲状态。电动汽车不断在这 4个状态间进行转换。
[0043] 行驶状态：
[0044] 车主出于驾驶的需求而拔出电动汽车电源插头，使得电动汽车脱离电网。电动汽 车由空闲状态或可控状态（由此状态转出，属于出可控状态）转为行驶状态。
[0045] 充电状态：
[0046] 车主到达目的地后，插入电动汽车电源插头为电池充电，电动汽车随即接入电网。 对于接入电网时间较短的电动汽车，其状态立即由行驶状态转为充电状态；对于接入电网 时间较长的电动汽车，只有接入电网时的初始荷电值SOC tl小于入可控状态时的入可控荷电 值S0Cm，其状态才由行驶状态转为充电状态。此外，处于可控状态的电动汽车由于参与系统 调频，可能导致其SOC过低，则电动汽车可以由可控状态转为充电状态（此情况也属于出可 控状态），以保证电动汽车在进入行驶状态前，拥有足够的S0C，如图2中虚线所示。需要指 出的是，处于充电状态的电动汽车不能响应系统调频控制信号。
[0047] 可控状态：
[0048] 若电动汽车接入电网的时间较短，那么其参与系统调频的效果不明显。因此，对于 接入电网时间较长的电动汽车，如果SOC tl < SOCm,待其充电使电池 SOC上升到SOCm时，电动 汽车由充电状态转为可控状态；如果SOCci > SOCm，电动汽车接入电网后，可跳过充电状态， 由行驶状态直接转为可控状态。以上两种情况均属于入可控状态。只有处于可控状态的电 动汽车，才能响应系统调频控制信号，从而向电网提供调频服务。
[0049] 随着系统频率的波动，在电动汽车参与调频过程中，其电池将适时地充放电，以响 应系统调频控制信号，从而引起电池 SOC产生波动。为防止电池过度充电，可限定SOC上 限为SOCmax。同样，为避免电池过度放电，可限定SOC下限为SOC min。在限定SOC下限SOCmin 时，若考虑电动汽车车主用车时间的随机性以及对车辆续航的要求，则SOCmin值较大；若不 考虑上述因素，仅为了避免电池过度放电，则SOCmin值较小。电动汽车电池 SOC的波动范围 在（S0Cmin，SOCmax)之间。
[0050] 上述SOCm可由式（1)计算得到。
【权利要求】
1. 一种基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电动汽车数量动态变化模拟方法，其特征在 于；包括W下步骤： 步骤一：初始化电动汽车相关参数； 步骤二：判断电动汽车类别，根据不同的类别分别确定出所有电动汽车的入/出可控 状态时刻表； 步骤H;统计分析时刻表，得到区域内每一时刻的入可控状态电动汽车数量N'h(ti) 和出可控状态电动汽车数量N'wt(ti); 步骤四：计算入/出可控状态的累计车辆数； 步骤五；计算可控电动汽车的数量。
2. 根据权利要求1所述的一种基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电动汽车数量动态 变化模拟方法，其特征在于：在步骤二中，电动汽车类别可W分为电动公交车、电动公务车、 电动私家车；其中： 电动公交车和电动公务车通过如下步骤得到入/出可控状态时刻表： 1) 确定电动汽车接入电网的时刻； 2) 抽取起始荷电状态值； 3) 计算充电时长； 4) 计算入可控状态时刻； 5) 确定出可控状态时刻； 6) 得到电动公交车和电动公务车的入/出可控状态时刻表； 电动私家车通过如下步骤得到入/出可控状态时刻表： 1) 确定接入电网时刻所属时段； 2) 抽取接入电网时刻； 3) 抽取起始荷电状态值； 4) 计算充电时长； 5) 计算入可控状态时刻； 6) 确定出可控状态时刻所属时段； 7) 抽取出可控状态时刻； 8) 得到电动私家车的入/出可控状态时刻表。
3. 根据权利要求1所述的一种基于蒙特卡洛的电力系统调频可控电动汽车数量动态 变化模拟方法，其特征在于：在步骤二中，采用蒙特卡洛方法对数据进行统计分析，得到区 域内所有电动汽车的入/出可控状态时刻表。
【文档编号】G06F9/455GK104461689SQ201410723008
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】张谦, 周林, 付志红, 张淮清, 李春燕, 夏维建 申请人:重庆大学, 国家电网公司, 国网重庆市电力公司永川供电分公司