一种促进新能源消纳的电动汽车有序充电方法与流程

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种促进新能源消纳的电动汽车有序充电。

背景技术：

经对现有技术文献的检索发现，住宅区电动汽车充电负荷随机接入控制策略(王毅,王飞宏,侯兴哲,等.住宅区电动汽车充电负荷随机接入控制策略[j].电力系统自动化,2018,42(20):53-60.)提出一种电动汽车充电起始时间随机选取方法,根据负荷裕度计算充电起始时间概率分布,决定接入用户充电起始时间。源、网、荷三方利益最优的电动汽车充放电双层优化调度(王凌云,汪德夫,马奇伟,等.源、网、荷三方利益最优的电动汽车充放电双层优化调度[j].可再生能源,2018,36(05):713-718.)采用时空双层规划，在时间上,以负荷波动最小、用户费用最低为优化目标；在空间上,以发电厂燃料费用最低、配电网网损最小为优化目标。基于需求响应的电动汽车充放电电价与时段研究(闫志杰,张蕊萍,董海鹰,等.基于需求响应的电动汽车充放电电价与时段研究[j].电力系统保护与控制,2018,46(15):16-22.)以电网负荷峰谷差率最小和电动汽车用户参与v2g成本最低为目标,建立充放电时段优化模型。基于分布式控制的电动汽车分层优化调度(陈静鹏,朴龙健,艾芊,等.基于分布式控制的电动汽车分层优化调度[j].电力系统自动化,2016,40(18):24-31.)采取用户自主提交可接受充电计划的方式管理电动汽车的充放电，建立电动汽车收益最大化的车网互动优化模型、最小化负荷峰谷差以及配电网控制中心的安全控制调度模型，以上研究都没有考虑到利用电动汽车消纳新能源。

技术实现要素：

本发明目的是为了提供一种能有效降低电网负荷波动和用户充电费用并能有效促进新能源消纳的电动汽车有序充电方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种促进新能源消纳的电动汽车有序充电方法，它包括以下步骤：

1)采用分时电价机制，将一天按等时间间隔划分为t个时间段；

2)在每个时段开始前更新该时段的新能源发电功率预测值和充电价格，根据各时段新能源出力预测值的大小将这t个时段的充电价格分别划分为高-低-平三个阶段；

3)以配电网曲线负荷峰谷差最小，用户充电总费用最小以及新能源消纳量最大作为优化目标函数；

4)利用新能源给电动汽车充电。

在步骤2)中，新能源出力超过t时段平均值的125％为高时段电价，低于t时段平均值的75％为低时段电价，在两者之间为平时段电价，高、低电价分别在平时段电价的基础上浮动60％，充电价格与新能源发电预测功率的关系为：其中t为一天的调度周期时段数；pn'(t)为t时段新能源发电预测功率；为一天中新能源发电预测平均值；s0为水平基础电价。

在步骤3)中，综合考虑用户充电需求和新能源发电机组出力等约束条件，建立多目标优化模型。

在步骤3)中，包括以下步骤：

1)建立目标函数；所建立的目标函数包括以负荷峰谷差最小为目标建立的电网总负荷曲线峰谷差最小的目标函数，以充电总费用最低为目标建立的用户充电总费用最低的目标函数，以及以消纳量最大建立的新能源消纳量最大的目标函数；

2)确定约束条件。

上述建立电网总负荷曲线峰谷差最小的目标函数为：f1＝min[maxp(t)-minp(t)]；p(t)＝pb(t)+pev(t)；

式中：p(t)为t时段含电动汽车接入的配电网负荷；pb(t)为t时段配电网原始负荷；pev(t)为t时段电动汽车充电负荷。

上述建立的用户充电总费用最低的目标函数为：

式中：pi(t)为电动汽车i在第t时段的充电功率。

上述建立的新能源消纳量最大的目标函数为：

式中：pn(t)为t时段的风电利用量。

上述约束条件包括1)功率平衡约束条件，2)充放电功率约束，

3)目标soc约束，4)新能源出力约束。

其中：

1)功率平衡约束：pn(t)+pgrid(t)＝pb(t)+pev(t)，式中：pn(t)为t时段新能源发电功率；pgrid(t)为t时段向电网购电量；pb(t)为t时段配电网原始负荷；

2)充放电功率约束：式中：为电动汽车i允许的最大放电功率；为电动汽车i允许的最大充电功率；

3)目标soc约束：soci,desire≤soci,end≤soci,max；式中：soci,end为电动汽车i充电完成时的荷电状态；soci,desire为电动汽车i用户期望的荷电状态；soci,max为电动汽车i电池的最高soc；

4)新能源出力约束：式中：分别为新能源出力功率上下限。

本发明的有益效果是：

本发明提出的一种促进新能源消纳的电动汽车有序充电方法，在满足用户充电需求的前提下，能在时间上转移充电负荷消纳新能源。在综合考虑系统功率平衡、新能源出力等多方面约束条件下建立的多目标优化模型，能成功达到“削峰填谷”和消纳新能源的效果。随着电动汽车入网充电规模的扩大，有序充放电促进新能源消纳的优势越明显。

附图说明

图1是本发明的整体控制流程图；

图2是本发明提出的分时电价控制流程图。

具体实施方式

如图1和图2所示一种促进新能源消纳的电动汽车有序充电方法，包括以下步骤：

1)采用分时电价机制，将一天按等时间间隔划分为24个时间段；

2)在每个时段开始前更新该时段的新能源发电功率预测值和充电价格，根据各时段新能源出力预测值的大小将这t个时段的充电价格分别划分为高-低-平三个阶段；

3)以配电网曲线负荷峰谷差最小，用户充电总费用最小以及新能源消纳量最大作为优化目标函数；

4)在充电站建设新能源发电系统，优先利用新能源给电动汽车充电。

在步骤2)中，新能源出力超过t时段平均值的125％为高时段电价，低于t时段平均值的75％为低时段电价，在两者之间为平时段电价。高、低电价分别在平时段电价的基础上浮动60％。充电价格与新能源发电预测功率的关系为：

其中t为一天的调度周期时段数；pn'(t)为t时段新能源发电预测功率；为一天中新能源发电预测平均值。

在步骤3)中，综合考虑用户充电需求和新能源发电机组出力等约束条件，建立多目标优化模型。

在建立多目标优化模型的时候，具体的，包括以下步骤：

1)建立目标函数；所建立的目标函数包括以负荷峰谷差最小为目标建立的电网总负荷曲线峰谷差最小的目标函数，以充电总费用最低为目标建立的用户充电总费用最低的目标函数，以及以消纳量最大为目标建立的新能源；

具体的，建立电网总负荷曲线峰谷差最小的目标函数为：f1＝min[maxp(t)-minp(t)]；p(t)＝pb(t)+pev(t)；式中：p(t)为t时段含电动汽车接入的配电网负荷；pb(t)为t时段配电网原始负荷；pev(t)为t时段电动汽车充电负荷。

这样可以降低电动汽车入网充电对电网的冲击、减小电网负荷波动；

具体的，建立的用户充电总费用最低的目标函数为：

式中：pi(t)为电动汽车i在第t时段的充电功率。

这样可以为提高用户充电经济性，促进消纳新能源，结合所制定的动态分时电价；

具体的，建立的新能源消纳量最大的目标函数为：式中：pn(t)为t时段的风电利用量。

2)确定约束条件，具体的，约束条件包括(1)功率平衡约束条件，(2)充放电功率约束，(3)目标soc约束，(4)新能源出力约束。

各个约束条件具体如下：

(1)功率平衡约束：pn(t)+pgrid(t)＝pb(t)+pev(t)，式中：pn(t)为t时段新能源发电功率；pgrid(t)为t时段向电网购电量；pb(t)为t时段配电网原始负荷；

(2)充放电功率约束：式中：为电动汽车i允许的最大放电功率；为电动汽车i允许的最大充电功率。

(3)目标soc约束：soci,desire≤soci,end≤soci,max；式中：soci,end为电动汽车i充电完成时的荷电状态；soci,desire为电动汽车i用户期望的荷电状态；soci,max为电动汽车i电池的最高soc。

(4)新能源出力约束：式中：分别为新能源出力功率上下限。

采用以上技术手段，使得动力电池可以作为一个分布式储能单元就地消纳新能源，并在电网负荷高峰期向电网供电。

电动汽车的大规模发展是未来的必然趋势，大规模的电动汽车随机无序充电会增加电网负担，加大电网负荷峰值，影响电网的安全稳定。研究电动汽车的有序充放电，可以人为地改变电动汽车充电负荷的时间分布，有效平抑电网负荷波动。电动汽车自身具备储能功能，可以将电动汽车集群作为一个巨大的储能库直接消纳风电，在用电高峰期再向电网放电。

在本发明中，电动汽车的充电价格s(t)由该时段的新能源发电量决定。电动汽车的充电负荷具有可转移性，在充电价格差的刺激下，电动汽车用户为降低充电费用会尽量选择在电价低谷段充电，将充电负荷聚集到新能源出力大的时段，优先利用新能源充电，实现新能源的最大化利用，避免弃风、弃光现象。

同时，本发明采用根据新能源出力大小制定的分时电价策略引导用户充放电，促进新能源消纳。通过有序充放电优化模型降低电网负荷波动、提高用户充电经济性，并且促进消纳新能源。