一种含电动汽车充放电管理的直流微网协调控制方法与流程

本发明涉及一种含电动汽车充放电管理的直流微网协调控制方法，属于微电网控制技术领域。

背景技术：

在能源紧缺与环境污染的双重压力下，新能源发电技术在研究、开发及利用方面取得了很大进步，建设智能电网、加快发展分布式发电，提高电力系统安全性、稳定性、可靠性和电能质量是今后的发展趋势。微电网技术代表了未来分布式能源供应系统发展趋势，是未来智能配用电系统的重要组成部分，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。国家能源局近期连续出台《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》、《配电网建设改造行动计划(2015—2020年)的通知》等文件，指出应积极发展新能源，大幅提升配电网接纳新能源、分布式电源及多元负荷的能力，加快推进新能源微电网示范工程建设，探索适应新能源发展的微电网技术及运营管理体制。微电网内光伏、风机、燃料电池、电池储能单元等产生的电能大部分为直流电或非工频交流电；常用电气设备，如电动汽车、LED照明等，皆通过相应适配器变成直流电驱动。上述发电单元或负荷如果接入交流微电网，则需要通过相应DC-DC、DC-AC和AC-DC等电力电子变流器构成的多级能量转换装置，若接入合适电压等级的直流微电网，将省去部分交直流变换装置，减小成本、降低损耗。直流微电网也是微电网发展的一个重要方向。

此外，以电动汽车为主的新能源汽车行业的发展已进入快车道，2015年销量接近35万辆，比2014年增长超过300%，而2014年又比2013年增长320%，在汽车行业销量占比已达到1.35%。按照“十三五”规划在2020年新能源车累计将达到500万辆，到2025年新能源车的销量占比将提升至30%。电动汽车颠覆传统汽车的步伐已不可阻挡，电动汽车为主的新能源车将不断替换我们的公交车、出租车、卡车、物流车、环卫车、私人汽车以至于绝大多数石化燃料汽车。

综上，直流微电网及电动汽车的充放电控制必然将成为未来直流微电网技术的一个重要方向。目前国内开展了一系列的电动汽车的充电站，然而，电动汽车发展快于电动汽车充电站的建设，导致充电站无法满足大量新增电动汽车的充电需求，充电站排队现象严重。

技术实现要素：

本发明所要解决的是电动汽车充电速度慢和直流微网支持电动汽车充电数量少的问题，为此提供一种含电动汽车充放电管理的直流微网协调控制方法，可以实现电动汽车快速充电和增加电动汽车同时充电的数量，满足更多需求。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种含电动汽车充放电管理的直流微网协调控制方法，包括以下步骤：

1）确定直流微网中组成单元的特性：接入电源功率P1，分布式电源总功率P2，储能系统功率P3，负荷总功率P4，储能系统剩余容量SOC，充电桩充电功率可控范围；

2）假设接入电源功率恒为P1，分布式电源总功率P2恒大于0，储能系统可充电可放电，P3大于0表示储能系统放电，小于0表示储能系统充电，两者互为相反数；储能系统剩余容量保持在SOCmin和SOCmax之间，SOCmin和SOCmax为最小剩余容量和最大剩余容量；充电桩的充电功率控制在Pmin和Pmax范围之内，Pmin和Pmax为最小充电功率和最大充电功率；负荷可有可无，所以P4>=0；

3）确定电动汽车最大充电容量：接入电源功率+分布式电源总功率+储能系统功率-负荷总功率=P1+P2+P3-P4；

4）对电动汽车进行充电，包括以下步骤：

a）读取分布式电源总功率P2，储能系统功率P3，负荷总功率P4，储能系统剩余容量SOC，同时充电的电动汽车的数量N；

b）若(P1+P2+P3-P4)/N大于等于最大充电功率，进入步骤c）的子流程1；若（P1+P2+P3-P4)/N小于最小充电功率，进入步骤d）的子流程2；若(P1+P2+P3-P4)/N大于最小充电功率且小于最大充电功率，进入步骤e）的子流程3；

c）子流程1:

1-1，电动汽车按照最大充电功率Pmax进行充电；

1-2，判断储能系统此时是充电模式还是放电模式，若P3>0，进入步骤1-3，否则进入步骤1-4；

1-3，若P3>0，即储能系统处于放电模式，再判断(P1+P2-P3-P4)/N是否大于最大充电功率，是则将储能系统转为充电模式，进入步骤1-5；否则判断储能系统剩余容量SOC是否大于SOCmin，若小于SOCmin，将储能系统转为充电模式，进入步骤1-5；若大于SOCmin，直接进入步骤1-5；

1-4，若P3<0，即储能系统处于充电模式，再判断储能系统剩余容量SOC是否大于SOCmax，若大于SOCmax，将储能系统转为放电模式，进入步骤1-5，否则直接进入步骤1-5；

1-5，子流程1结束，返回步骤a）；

d）子流程2:

2-1，先判断储能系统此时是充电模式还是放电模式，若P3>0，进入步骤2-2，否则进入步骤2-3；

2-2，若P3>0，即储能系统处于放电模式，断开一个充电桩，进入步骤2-4；

2-3，若P3<0，即储能系统处于放电模式，再判断储能SOC是否大于SOCmin，若小于SOCmin，储能系统停机，进入步骤2-4，若大于SOCmin，储能系统转为放电模式，进入步骤2-4；

2-4，子流程2结束，返回步骤a）；

e）子流程3:

3-1，对于(P1+P2+P3-P4)/N大于最小充电功率且小于最大充电功率的情况，若(P1+P2+P3-P4)/N>(Pmax+Pmin)/2，则汽车以(Pmax+Pmin)/2充电，否则以Pmin充电；进入下一步；

3-2，然后再判断储能系统此时是充电模式还是放电模式，若P3>0，进入步骤3-3，否则进入步骤3-4；

3-3，若P3>0，即储能系统处于放电模式，判断储能SOC是否小于SOCmin，若储能SOC小于SOCmin，再判断若(P1+P2-P3-P4)/N>Pmin，储能系统转为充电模式，否则储能系统停机，进入步骤3-5；若储能SOC大于SOCmin，直接进入步骤3-5；

3-4，若P3<0，即储能系统处于充电模式，判断储能SOC是否大于SOCmax，若储能SOC大于SOCmax，储能系统转为放电模式，进入步骤3-5；若储能SOC小于SOCmax，进入步骤3-5；

3-5，子流程3结束，返回步骤a）；

5）当不需要充电时，判断储能系统剩余电量是否小于100%，是则利用分布式电源或者电网给储能系统充电，否则，分布式发电源向电网发电。

本发明具有以下明显优点：

1、通过储能系统及分布式发电，增加了可用于电动汽车充电的额外的充电容量，使得快速充电的电动汽车数量提高；

2、通过控制可控充电桩，考虑了当储能及分布式电源参与后也无法实现最大功率充电情况下，进行平均分配充电的策略，实现兼顾充电速率的同时保障了充电数量。

附图说明

图1 含电动汽车，储能系统，分布式电源的直流微网结构图；

图2 电动汽车充电时协调控制总流程图；

图3 电动汽车充电时协调控制子流程图1；

图4 电动汽车充电时协调控制子流程图2；

图5 电动汽车充电时协调控制子流程图3。

具体实施方式

下面结合附图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。

本发明提出一种含电动汽车充放电控制管理的直流微电网协调控制方法，在含有直流负荷，分布式发电系统及可控充电桩的直流微网中，解决由于微网上层电力电子设备或线路的容量限制导致电动汽车的充电速度和数量受限问题。通过利用直流微电网中的储能设备，可在不改变原来接入容量的情况下，实现提高电动汽车充电站充电数量或速率。

本发明方法如下：

1、确定直流微网中组成单元的特性：接入电源功率P1，分布式电源总功率P2，储能系统功率P3，负荷总功率P4，储能系统剩余容量SOC（SOCmin-SOCmax），充电桩充电功率可控范围（Pmin-Pmax）。

2、因为重点研究电动汽车充电，所以这里设定接入电源功率恒为P1；分布式电源一直向外放电，所以P2恒大于0；储能系统可充电可放电，P3大于0表示储能系统放电，小于0表示储能系统充电，两者互为相反数；储能系统剩余容量过低或者过高都会导致自我保护而停机，所以尽量使SOC保持在SOCmin和SOCmax之间，SOCmin和SOCmax为最小剩余容量和最大剩余容量；充电桩的充电功率控制在Pmin和Pmax范围之内可以让充电速度更快，Pmin和Pmax为最小充电功率和最大充电功率；负荷可有可无，所以P4>=0。

3、确定电动汽车最大充电容量：接入电源功率+分布式电源总功率+储能系统功率-负荷总功率=P1+P2+P3-P4。

4、电动汽车充电策略

a）读取即时分布式电源总功率P2，储能系统功率P3，负荷总功率P4，储能系统剩余容量SOC，同时充电的电动汽车的数量N。

b）若(P1+P2+P3-P4)/N大于等于最大充电功率，进入子流程1；若（P1+P2+P3-P4)/N小于最小充电功率，进入子流程2；若(P1+P2+P3-P4)/N大于最小充电功率且小于最大充电功率，进入子流程3，总体流程如图2所示。

c）参见图3，子流程1:

1-1，电动汽车按照最大充电功率Pmax进行充电。

1-2，判断储能系统此时是充电模式还是放电模式，若P3>0，进入步骤1-3，否则进入步骤1-4。

1-3，若P3>0，即储能系统处于放电模式，再判断(P1+P2-P3-P4)/N是否大于最大充电功率，是则将储能系统转为充电模式，进入步骤1-5；否则判断储能系统剩余容量SOC是否大于SOCmin，若小于SOCmin，将储能系统转为充电模式，进入步骤1-5；若大于SOCmin，直接进入步骤1-5。

1-4，若P3<0，即储能系统处于充电模式，再判断储能系统剩余容量SOC是否大于SOCmax，若大于SOCmax，将储能系统转为放电模式，进入步骤1-5，否则直接进入步骤1-5。

1-5，子流程1结束，返回步骤a）。

d）参见图4，子流程2:

2-1，先判断储能系统此时是充电模式还是放电模式，若P3>0，进入步骤2-2，否则进入步骤2-3。

2-2，若P3>0，即储能系统处于放电模式，断开一个充电桩，进入步骤2-4。

2-3，若P3<0，即储能系统处于放电模式，再判断储能SOC是否大于SOCmin，若小于SOCmin，储能系统停机，进入步骤2-4，若大于SOCmin，储能系统转为放电模式，进入步骤2-4。

2-4，子流程2结束，返回步骤a）。

e）参见图5，子流程3:

3-1，对于(P1+P2+P3-P4)/N大于最小充电功率且小于最大充电功率的情况，若(P1+P2+P3-P4)/N>(Pmax+Pmin)/2，则汽车以(Pmax+Pmin)/2充电，否则以Pmin充电；进入下一步。

3-2，然后再判断储能系统此时是充电模式还是放电模式，若P3>0，进入步骤3-3，否则进入步骤3-4。

3-3，若P3>0，即储能系统处于放电模式，判断储能SOC是否小于SOCmin，若储能SOC小于SOCmin，再判断若(P1+P2-P3-P4)/N>Pmin，储能系统转为充电模式，否则储能系统停机，进入步骤3-5；若储能SOC大于SOCmin，直接进入步骤3-5。

3-4，若P3<0，即储能系统处于充电模式，判断储能SOC是否大于SOCmax，若储能SOC大于SOCmax，储能系统转为放电模式，进入步骤3-5；若储能SOC小于SOCmax，进入步骤3-5。

3-5，子流程3结束，返回步骤a）。

5、当不需要充电时，判断储能系统剩余电量是否小于100%，是则利用分布式电源或者电网给储能系统充电，否则，分布式发电源向电网发电。

实施例

微网结构见图1，设定接入电源功率P1=1000kw，储能系统初始功率P3=-300kw，储能系统初始剩余容量SOC=20%，设定SOCmin=20%，SOCmax=90%，充电桩可控范围（60kw-120kw）。

1、流程初始化，进入第一次循环，先读取即时数据，分布式电源总功率P2=100kw，负荷总功率P4=50kw，正在同时充电的电动汽车有5辆。

2、计算(P1+P2+P3-P4)/N=(1000+100-300-50)/5=150>120，储能系统正在充电，充电桩以120kw功率充电。

3、假设分布式电源受天气原因，P2=0，负荷总功率增加P4=200kw，储能SOC充到50%，此时60kw<（1000+0-300-200）/5=100kw<120kw，又100>(60+120)/2=90，所以充电桩以90kw充电，储能系统处于充电模式。

4、若此时储能SOC已经充到90%，储能系统转为放电模式，计算（1000+0+300-200）/5=220>120，则充电桩以120kw充电，储能系统继续放电。

5、若又来了5辆车，（1000+0+300-200）/10=110kw，此时储能剩余50%，充电桩以90kw充电，储能继续放电，若储能SOC降到20%，此时计算（1000+0-300-200）/10=50<60，所以储能系统停机。

6、计算（1000+0+0-200）/10=80<90，所以充电桩以60kw充电，储能系统充电。

上面的情况没有把所有情况都模拟，但涵盖了大部分情况，微电网里发生任何变化，微电网都能自适应的相应变化，通过储能系统的容量，协调控制电动汽车的充电速率。

以上所述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。