[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于無(wú)線通信的電動(dòng)汽車(chē)有序充電系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811217439.4
• 申請(qǐng)日: 2018-10-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109177802B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉福潮;王維洲;彭晶;余向前;鄭晶晶;張建華;王偉;祿啟龍;韓永軍;岳琳;雷彩娟;張韻;韓為宏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院;國(guó)網(wǎng)甘肅綜合能源服務(wù)有限公司;國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司
• 主分類(lèi)號(hào): B60L53/66
• 分類(lèi)號(hào): B60L53/66
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

1.一種基于無(wú)線通信的電動(dòng)汽車(chē)有序充電系統(tǒng)的有序充電方法，其特征在于，所述基于無(wú)線通信的電動(dòng)汽車(chē)有序充電系統(tǒng)包括：系統(tǒng)控制單元、第一無(wú)線通信模塊、車(chē)載控制單元、車(chē)載顯示屏、車(chē)輛充電導(dǎo)航模塊、第二無(wú)線通信模塊、充電樁、第三無(wú)線通信模塊；

所述系統(tǒng)控制單元與所述第一無(wú)線通信模塊通過(guò)導(dǎo)線連接；所述車(chē)載控制單元與所述車(chē)載顯示屏通過(guò)導(dǎo)線連接；所述車(chē)載控制單元與所述車(chē)輛充電導(dǎo)航模塊通過(guò)導(dǎo)線連接；所述車(chē)載控制單元與所述第二無(wú)線通信模塊通過(guò)導(dǎo)線連接；所述充電樁與所述第三無(wú)線通信模塊通過(guò)導(dǎo)線連接；所述第一無(wú)線通信模塊與所述第二無(wú)線通信模塊通過(guò)無(wú)線通信方式連接；所述第一無(wú)線通信模塊與所述第三無(wú)線通信模塊通過(guò)無(wú)線通信方式連接；所述車(chē)載控制單元將車(chē)輛當(dāng)前剩余電量、電池額定容量、車(chē)主預(yù)計(jì)取車(chē)時(shí)間通過(guò)所述第二無(wú)線通信模塊無(wú)線傳輸至所述第一無(wú)線通信模塊；所述第一無(wú)線通信模塊將車(chē)輛當(dāng)前剩余電量、電池額定容量、車(chē)主預(yù)計(jì)取車(chē)時(shí)間傳輸至所述系統(tǒng)控制單元；所述系統(tǒng)控制單元將規(guī)劃好的充電時(shí)間段的充電指令傳輸至所述第一無(wú)線通信模塊；所述第一無(wú)線通信模塊將規(guī)劃好的充電時(shí)間段的充電指令無(wú)線傳輸至所述第三無(wú)線通信模塊；所述第三無(wú)線通信模塊將規(guī)劃好的充電時(shí)間段的充電指令傳輸至充電樁；

所述有序充電方法包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)控制單元從配電網(wǎng)獲取區(qū)域電力系統(tǒng)常規(guī)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)當(dāng)日常規(guī)負(fù)荷；

步驟2：當(dāng)車(chē)主準(zhǔn)備充電，通過(guò)車(chē)載顯示屏提交準(zhǔn)備充電指令，車(chē)輛充電導(dǎo)航模塊為車(chē)主提供充電樁導(dǎo)航方案，當(dāng)車(chē)主到達(dá)充電樁時(shí)建立充電互聯(lián)；

步驟3：車(chē)主到達(dá)充電樁后通過(guò)車(chē)載顯示屏輸入預(yù)計(jì)取車(chē)時(shí)間，結(jié)合車(chē)輛信息以數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)無(wú)線通信方式傳輸至系統(tǒng)控制單元，系統(tǒng)控制單元根據(jù)車(chē)輛信息進(jìn)行規(guī)劃并將充電規(guī)劃信息無(wú)線傳輸至車(chē)輛進(jìn)行充電；

步驟4：車(chē)主通過(guò)車(chē)載顯示屏選擇車(chē)輛充電方式；

步驟3中所述車(chē)輛信息包含：車(chē)輛到達(dá)充電站時(shí)間t_st，車(chē)輛電池額定容量B_r、車(chē)輛充電時(shí)刻電池電量百分比SOC_st，

車(chē)載控制單元將車(chē)輛信息傳輸至第二無(wú)線通信模塊，第二無(wú)線通信模塊將車(chē)輛信息發(fā)送到第一無(wú)線通信模塊，并由第一無(wú)線通信模塊傳輸至系統(tǒng)控制單元；

步驟3中所述系統(tǒng)控制單元根據(jù)車(chē)輛信息進(jìn)行規(guī)劃為：

將一天24個(gè)小時(shí)每隔T小時(shí)劃分為Y＝24/T個(gè)時(shí)段，用j表示一天中的第j個(gè)時(shí)段，x_j表示電動(dòng)汽車(chē)的充電狀態(tài)，取值狀態(tài)為0和1，表示電動(dòng)汽車(chē)在第j個(gè)時(shí)間段內(nèi)的充電狀態(tài)，x_j＝1表示充電，反之為0則表示不充電；

通過(guò)遺傳算法進(jìn)行以系統(tǒng)負(fù)荷峰谷差為最小的有序充電優(yōu)化，在車(chē)輛停車(chē)時(shí)間段內(nèi)將充電時(shí)間挪到谷期充電；

具體地，算法的輸入量為：車(chē)主預(yù)計(jì)取車(chē)時(shí)間t_en，以及車(chē)輛到達(dá)充電站時(shí)間t_st，車(chē)輛電池額定容量B_r、車(chē)輛充電時(shí)刻電池電量百分比SOC_st，則車(chē)輛在停車(chē)區(qū)停車(chē)時(shí)間t_stay可表示為：

t_stay＝t_en-t_st

充電時(shí)間t_c可表示為：

其中，SOC_en為充電結(jié)束時(shí)刻電池電量百分比，η為電動(dòng)汽車(chē)充電效率，P為充電功率；

在停車(chē)時(shí)間t_stay內(nèi)將充電時(shí)間t_c的優(yōu)化，可轉(zhuǎn)化為在停車(chē)時(shí)段t_stay內(nèi)充電時(shí)間段數(shù)H_c的數(shù)量與位置的改變，將一天24小時(shí)劃分為Y個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段代表的時(shí)長(zhǎng)為T(mén)小時(shí)，停車(chē)時(shí)段數(shù)H_stay和充電時(shí)段數(shù)H_c可分別表示為：

式中，表示向上取整符號(hào)，即最后一個(gè)充電時(shí)段的充電時(shí)長(zhǎng)即使不滿T小時(shí)，也按照T小時(shí)的時(shí)長(zhǎng)劃入充電時(shí)間；

此時(shí)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為：充電時(shí)段數(shù)H_c在停車(chē)時(shí)段數(shù)H_stay內(nèi)分布的改變，電動(dòng)汽車(chē)充電狀態(tài)x_j在停車(chē)時(shí)段H_stay內(nèi)取值可調(diào)(取0或1)，當(dāng)充電時(shí)段挪到谷期，則相應(yīng)的谷期x_j取1，其余未充電時(shí)段x_j取0，以此類(lèi)推；

以減小負(fù)荷峰谷差為目標(biāo)的優(yōu)化目標(biāo)為可表示為：

f＝min(L_max-L_min)

＝min[max(L₁+Px₁,L₂+Px₂,...,L_Y+Px_Y)-min(L₁+Px₁,L₂+Px₂,...,L_Y+Px_Y)]

其中，L₁,L₂,L₃,...,L_Y表示步驟1所述的一天的Y個(gè)時(shí)段中每個(gè)時(shí)段的常規(guī)負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)值，P為電動(dòng)汽車(chē)充電功率；

通過(guò)遺傳算法迭代計(jì)算，篩選出減小負(fù)荷峰谷差的充電狀態(tài)x₁,x₂,x₃,...x_Y的優(yōu)化解，此時(shí)充電序列被挪移到谷期充電(x_j在谷期狀態(tài)為1)，車(chē)輛有序充電的起始時(shí)刻由到站時(shí)刻t_st挪移到t_{st_y}，為避免大量車(chē)輛頻繁通斷充電對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，充電時(shí)段連續(xù)(x_j為1的狀態(tài)連續(xù))有序充電完成的最終時(shí)刻表示為t_{st_y}+t_c，由于有序充電方式與自主充電方式中的充電時(shí)段t_c均連續(xù)，可通過(guò)充電時(shí)段t_c落在峰期、平期以及谷期的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行充電費(fèi)用的制定；

步驟3中所述充電規(guī)劃信息為：有序充電完成的最終時(shí)刻t_{st_y}+t_c、自主充電完成的最終時(shí)刻t_st+t_c、有序充電方式的充電費(fèi)用p_1,total、自主充電方式的充電費(fèi)用p_2,total；

具體地，根據(jù)步驟1中所述負(fù)荷預(yù)測(cè)的峰谷情況制定有序充電方式的充電費(fèi)用p_1,total可以表示為：

p_1,total＝(t_1,pp_p+t_1,fp_f+t_1,vp_v)α₁

其中，t_1,p表示有序充電車(chē)輛在充電站充電時(shí)在負(fù)荷峰期的充電時(shí)長(zhǎng)，t_1,f表示有序充電車(chē)輛在充電站充電時(shí)在負(fù)荷平期的充電時(shí)長(zhǎng)，t_1,v表示有序充電車(chē)輛在充電站充電時(shí)在負(fù)荷谷期的充電時(shí)長(zhǎng)，p_p表示負(fù)荷峰期的基礎(chǔ)電價(jià)，p_f表示負(fù)荷平期的基礎(chǔ)電價(jià)，p_v表示負(fù)荷谷期的基礎(chǔ)電價(jià)，α₁為有序充電電價(jià)系數(shù)；

根據(jù)步驟1中所述負(fù)荷預(yù)測(cè)的峰谷情況，得到負(fù)荷峰期時(shí)長(zhǎng)、負(fù)荷平期時(shí)長(zhǎng)以及負(fù)荷谷期時(shí)長(zhǎng)，制定自主充電方式的充電費(fèi)用p_2,total可以表示為：

p_2,total＝(t_2,pp_p+t_2,fp_f+t_2,vp_v)α₂

其中，t_2,p表示自主充電車(chē)輛在充電站充電時(shí)在負(fù)荷峰期的充電時(shí)長(zhǎng)即負(fù)荷峰期時(shí)長(zhǎng)，t_2,f表示自主充電車(chē)輛在充電站充電時(shí)在負(fù)荷平期的充電時(shí)長(zhǎng)即負(fù)荷平期時(shí)長(zhǎng)，t_2,v表示自主充電車(chē)輛在充電站充電時(shí)在負(fù)荷谷期的充電時(shí)長(zhǎng)即負(fù)荷谷期時(shí)長(zhǎng)，p_p表示負(fù)荷峰期的基礎(chǔ)電價(jià)，p_f表示負(fù)荷平期的基礎(chǔ)電價(jià)，p_v表示負(fù)荷谷期的基礎(chǔ)電價(jià)，α₂為自主充電電價(jià)系數(shù)；

電價(jià)系數(shù)取值范圍為：

當(dāng)車(chē)主選擇有序充電，折扣系數(shù)α＝α₁取小于1的部分，α₁為有序充電電價(jià)系數(shù)，取值范圍為(1-M,1)，在劃分的Y個(gè)時(shí)段中，規(guī)劃的有序充電時(shí)段處于谷期時(shí)段占整個(gè)充電時(shí)段的比例越高，則電費(fèi)折扣力度越大，充電費(fèi)用越低；

當(dāng)車(chē)主選擇自主充電，折扣系數(shù)α＝α₂取大于1的部分，α₂為自主充電電價(jià)系數(shù)，取值范圍為(1,1+M)，在負(fù)荷峰期時(shí)段的充電時(shí)長(zhǎng)占整個(gè)充電時(shí)段的比例越高，折扣系數(shù)α取大于1的部分，充電費(fèi)用越高；

系統(tǒng)控制單元將充電規(guī)劃信息即有序充電完成的最終時(shí)刻、自主充電完成的最終時(shí)刻、有序充電方式的充電費(fèi)用、自主充電方式的充電費(fèi)用通過(guò)第一無(wú)線通信模塊傳輸至第二無(wú)線通信模塊，車(chē)載控制單元接收由第二無(wú)線通信模塊傳輸?shù)某潆娨?guī)劃信息傳輸至車(chē)載顯示屏。