一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制方法和系统与流程

1.本发明涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制方法和系统。


背景技术：

2.电动汽车(electric vehicle,ev)以新能源电力代替石油作为其主要动力能源，具有碳排放低、环境友好的特点，逐渐成为世界各主要汽车制造强国的战略产业方向。目前电动汽车的换点模式采用电池租赁方式，可显著降低用户的购车费用，而且对电池进行集中充电所采取的慢充方式，又可避免快充引起的电池寿命缩短的问题，使换电模式具有广阔的应用前景。
3.在换电模式下电动汽车充电负荷模型对于研究换电站与电网协调运行调度具有重大意义，已有的换电站与电网协调运行侧重于从电网侧的角度出发，优化换电站的充电策略使得电网负荷波动小，保证节点电压不越限，但以电网负荷波动小为优化目标的协调控制方式，增加了负荷预测的求解难度，实用性较低。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制方法和系统，用于解决现有的换电站与电网协调运行方式以电网负荷波动小为优化目标，增加了负荷预测的求解难度，实用性较低的技术问题。
5.有鉴于此，本发明第一方面提供了一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制方法，包括：
6.步骤s1、构建以分时电价引导充电负荷的协调控制模型，所述协调控制模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数为：
[0007][0008]
其中，f为换电站充电费用，c
t
为t时段的分时电价，p
c
为换电站电池充电功率，x
t
为t时段换电站电池的充电数量，δt为时段间隔；
[0009]
所述约束条件包括：
[0010]
电池数量平衡约束：x
t
+n
t
+r
t
+z
t
＝y
[0011]
其中，n
t
为t时段电动汽车新增换电需求的电池数量，r
t
为t时段换电站满电电池数量，z
t
为t时段换电站空电电池数量，y为换电站电池保有量；
[0012]
满电电池数量平衡约束：
[0013]
其中，为t时段处于充电过程最后状态的电池数量，r
t+1
为t+1时段换电站满电电池数量，n
t+1
为t+1时段电动汽车换电所需电池数量；
[0014]
空电电池数量平衡约束：
[0015]
其中，为t+1时段新充的电池数量，z
t+1
为t+1时段空电电池数量；
[0016]
各时段电池充电数量和各充电状态电池数量之间的约束：
[0017][0018]
其中，n
s
为换电站每个时段每个电池可能处于的充电状态总数量，为t时段处于第i个充电状态的电池数量，t为日前优化的时段个数，
[0019]
电池各充电状态数量之间的约束：
[0020]
换电站内各时段充电电池数量约束：
[0021]
其中，x
max
为换电站内充电桩数量；
[0022]
控制变量自身约束：
[0023][0024][0025][0026][0027]
步骤s2、对所述协调控制模型进行求解，得到所述充电站日前的优化充电策略；
[0028]
步骤s3、根据所述充电站日前的优化充电策略对电动汽车换电站进行充电协调控制。
[0029]
可选地，在步骤s1之前，还包括：
[0030]
s0、配置换电站优化充电协调控制的控制变量t、n
s
、x
t
、r
t
、z
t
。
[0031]
可选地，其中，t
c
为换电站每个电池的充电时长。
[0032]
本发明第二方面提供了一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制系统，包括：
[0033]
建模单元，用于构建以分时电价引导充电负荷的协调控制模型，所述协调控制模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数为：
[0034][0035]
其中，f为换电站充电费用，c
t
为t时段的分时电价，p
c
为换电站电池充电功率，x
t
为t时段换电站电池的充电数量，δt为时段间隔；
[0036]
所述约束条件包括：
[0037]
电池数量平衡约束：x
t
+n
t
+r
t
+z
t
＝y
[0038]
其中，n
t
为t时段电动汽车新增换电需求的电池数量，r
t
为t时段换电站满电电池数量，z
t
为t时段换电站空电电池数量，y为换电站电池保有量；
[0039]
满电电池数量平衡约束：
[0040]
其中，为t时段处于充电过程最后状态的电池数量，r
t+1
为t+1时段换电站满电电池数量，n
t+1
为t+1时段电动汽车换电所需电池数量；
[0041]
空电电池数量平衡约束：
[0042]
其中，为t+1时段新充的电池数量，z
t+1
为t+1时段空电电池数量；
[0043]
各时段电池充电数量和各充电状态电池数量之间的约束：
[0044][0045]
其中，n
s
为换电站每个时段每个电池可能处于的充电状态总数量，为t时段处于第i个充电状态的电池数量，t为日前优化的时段个数，
[0046]
电池各充电状态数量之间的约束：
[0047]
换电站内各时段充电电池数量约束：
[0048]
其中，x
max
为换电站内充电桩数量；
[0049]
控制变量自身约束：
[0050][0051][0052][0053][0054]
求解单元，用于对所述协调控制模型进行求解，得到所述充电站日前的优化充电策略；
[0055]
协调控制单元，用于根据所述充电站日前的优化充电策略对电动汽车换电站进行充电协调控制。
[0056]
可选地，还包括：
[0057]
控制变量配置单元，用于配置换电站优化充电协调控制的控制变量t、n
s
、x
t
、r
t
、z
t
。
[0058]
可选地，其中，t
c
为换电站每个电池的充电时长。
[0059]
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
[0060]
本发明提供了一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制方法，在电网分时电价引导下，以换电站费用最小为目标，充分考虑换电站电池数量平衡和状态转移约束，构建对应的目标函数和约束条件，可依据日前换电站的需求预测，制定换电站的优化充电策略，本发明所构建的协调控制模型为正数线性规划模型，与以电网负荷波动小为优化目标的非线性规划模型相比，降低了求解难度，解决了现有的换电站与电网协调运行方式以电网负荷波动小为优化目标，增加了负荷预测的求解难度，实用性较低的技术问题。
附图说明
[0061]
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0062]
图1为本发明实施例中提供的一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制方法
的流程示意图；
[0063]
图2为本发明实施例中提供的一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0064]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065]
为了便于理解，请参阅图1，本发明中提供了一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制方法的实施例，包括：
[0066]
步骤101、构建以分时电价引导充电负荷的协调控制模型，协调控制模型包括目标函数和约束条件。
[0067]
分时电价体现了电网对负荷整体特性的引导作用，换电站优化充电和电网的协调关系即可以体现在保证换电需求的前提下，利用分时电价的引导使得换电站的充电费用最低，因此，本发明实施例中，优化充电的目标函数为：
[0068][0069]
其中，f为换电站充电费用，c
t
为t时段的分时电价，p
c
为换电站电池充电功率，x
t
为t时段换电站电池的充电数量，δt为时段间隔；
[0070]
另外，还需要建立换电站优化充电协调控制的约束条件，约束条件包括：
[0071]
(1)电池数量平衡约束：
[0072]
设定换电站的电池维持一定的保有量，每个时段都存在新电池的充电需求，因此，电池数量平衡约束可以表示为：
[0073]
x
t
+n
t
+r
t
+z
t
＝y
[0074]
其中，n
t
为t时段电动汽车新增换电需求的电池数量，r
t
为t时段换电站满电电池数量，z
t
为t时段换电站空电电池数量，y为换电站电池保有量；
[0075]
(2)满电电池数量平衡约束：
[0076]
从电池充电状态转移来看，t时段满电电池和处于充电过程最后状态的电池，在下时段满足电动汽车换电需求后，剩余电池数量即为下时段满电电池数量，因此满电电池数量平衡约束可以表示为：
[0077][0078]
其中，为t时段处于充电过程最后状态的电池数量，r
t+1
为t+1时段换电站满电电池数量，n
t+1
为t+1时段电动汽车换电所需电池数量；
[0079]
(3)空电电池数量平衡约束：
[0080]
从电池充电状态转移来看，t时段空电电池和电动汽车换下的电池数量，在下时段减去新充电电池后，剩余电池数量即为下时段空电电池数量，因此，空电电池数量平衡约束可以表示为：
[0081]
[0082]
其中，为t+1时段新充的电池数量，z
t+1
为t+1时段空电电池数量。
[0083]
(4)各时段电池充电数量和各充电状态电池数量之间的约束：
[0084]
变量满足每个时段充电电池总数为处于各充电状态电池数量之和，因此，该约束条件可以表示为：
[0085][0086]
其中，n
s
为换电站每个时段每个电池可能处于的充电状态总数量，为t时段处于第i个充电状态的电池数量，t为日前优化的时段个数，
[0087]
(5)电池各充电状态数量之间的约束：
[0088]
充电状态是随着时间连续转移的变量，变量之间的转移满足：
[0089][0090]
(6)换电站内各时段充电电池数量约束：其中，x
max
为换电站内充电桩数量。
[0091]
(7)控制变量自身约束：
[0092][0093][0094][0095][0096]
步骤102、对协调控制模型进行求解，得到充电站日前的优化充电策略。
[0097]
使用商业软件或开源软件，例如cplex求解器，直接对步骤101中的模型进行求解，即可得到充电站日前的优化充电策略。
[0098]
步骤103、根据充电站日前的优化充电策略对电动汽车换电站进行充电协调控制。
[0099]
得到充电站日前的优化充电策略之后，根据充电站日前的优化充电策略对电动汽车换电站的充电电池数量进行分时协调控制，在保证换电需求的前提下，实现换电站的充电费用最低。
[0100]
本发明实施例提供的计及电动汽车换电站优化充电的协调控制方法，在电网分时电价引导下，以换电站费用最小为目标，充分考虑换电站电池数量平衡和状态转移约束，构建对应的目标函数和约束条件，可依据日前换电站的需求预测，制定换电站的优化充电策略，本发明所构建的协调控制模型为正数线性规划模型，与以电网负荷波动小为优化目标的非线性规划模型相比，降低了求解难度，解决了现有的换电站与电网协调运行方式以电网负荷波动小为优化目标，增加了负荷预测的求解难度，实用性较低的技术问题。
[0101]
在一个实施例中，在步骤101之前，预先配置换电站优化充电协调控制的控制变量t、n
s
、x
t
、r
t
、z
t
。假设日前优化分为t个时段，每时段的时间间隔为：其中，δt为时段间隔，t为每天时段数量。
[0102]
每个电池在充电时都需要一定的充电时间以充满电量，设定每个电池的充电时间相同，均为t
c
小时，则在充电过程中电池可分为n
s
个状态：
[0103][0104]
其中，t
c
为每个电池的充电时长，n
s
为每个时段每个电池可能处于的充电状态总数量。
[0105]
建立表示不同时段换电站电池的充电数量的控制变量：
[0106]
x1＝[x
1 x
2 ... x
t
]
[0107]
其中，x
t
为t时段换电站电池的充电数量。
[0108]
建立表示不同时段不同充电状态电池数量的控制变量：
[0109]
充电站电池在t时段内包含处于不同充电状态的电池，因此，该控制变量可以表示为：
[0110][0111]
其中，为t时段处于第i个充电状态的电池数量。
[0112]
建立满电电池数量的控制变量：
[0113]
x3＝[r
1 r
2 ... r
t
]
[0114]
其中，r
t
为t时段换电站满电电池数量。
[0115]
建立空电电池数量的控制变量：
[0116]
x4＝[z
1 z
2 ... z
t
]
[0117]
其中，z
t
为t时段换电站空电电池数量。
[0118]
t时段电动汽车新增换电需求的电池数量n
t
可以根据电动汽车充电特性及用户出行习惯来计算获得，该需求的获取过程现有技术中已有记载，不属于本发明的改进点，在此不再进行赘述。
[0119]
为了便于理解，请参阅图2，本发明中提供了一种计及电动汽车换电站优化充电的协调控制系统的实施例，包括：
[0120]
建模单元201，用于构建以分时电价引导充电负荷的协调控制模型，所述协调控制模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数为：
[0121][0122]
其中，f为换电站充电费用，c
t
为t时段的分时电价，p
c
为换电站电池充电功率，x
t
为t时段换电站电池的充电数量，δt为时段间隔；
[0123]
所述约束条件包括：
[0124]
电池数量平衡约束：x
t
+n
t
+r
t
+z
t
＝y
[0125]
其中，n
t
为t时段电动汽车新增换电需求的电池数量，r
t
为t时段换电站满电电池数量，z
t
为t时段换电站空电电池数量，y为换电站电池保有量；
[0126]
满电电池数量平衡约束：
[0127]
其中，为t时段处于充电过程最后状态的电池数量，r
t+1
为t+1时段换电站满电电池数量，n
t+1
为t+1时段电动汽车换电所需电池数量；
[0128]
空电电池数量平衡约束：
[0129]
其中，为t+1时段新充的电池数量，z
t+1
为t+1时段空电电池数量；
[0130]
各时段电池充电数量和各充电状态电池数量之间的约束：
[0131][0132]
其中，n
s
为换电站每个时段每个电池可能处于的充电状态总数量，为t时段处于第i个充电状态的电池数量，t为日前优化的时段个数，
[0133]
电池各充电状态数量之间的约束：
[0134]
换电站内各时段充电电池数量约束：
[0135]
其中，x
max
为换电站内充电桩数量；
[0136]
控制变量自身约束：
[0137][0138][0139][0140][0141]
求解单元202，用于对所述协调控制模型进行求解，得到所述充电站日前的优化充电策略；
[0142]
协调控制单元203，用于根据所述充电站日前的优化充电策略对电动汽车换电站进行充电协调控制。
[0143]
还包括：
[0144]
控制变量配置单元200，用于配置换电站优化充电协调控制的控制变量t、n
s
、x
t
、r
t
、z
t
。
[0145]
其中，t
c
为换电站每个电池的充电时长。
[0146]
本发明实施例提供的计及电动汽车换电站优化充电的协调控制系统，在电网分时电价引导下，以换电站费用最小为目标，充分考虑换电站电池数量平衡和状态转移约束，构建对应的目标函数和约束条件，可依据日前换电站的需求预测，制定换电站的优化充电策略，本发明所构建的协调控制模型为正数线性规划模型，与以电网负荷波动小为优化目标的非线性规划模型相比，降低了求解难度，解决了现有的换电站与电网协调运行方式以电网负荷波动小为优化目标，增加了负荷预测的求解难度，实用性较低的技术问题。
[0147]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。