[發明專利]一種面向電網調頻控制的集群電動汽車充電負荷聚合建模方法

有效

• 申請號: 202110370045.8
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113011104B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 余洋;張瑞豐;王孟云
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06Q10/04;G06Q50/06;H02J3/32;H02J3/48;H02J7/00
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本發明公開了一種面向電網調頻控制的集群電動汽車充電負荷聚合建模方法，發明的技術方案步驟包括：首先，考慮電池容量差異，將電動汽車的SOC進行離散化，對每個SOC區間進行概率區間的劃分；接著，根據電池容量概率密度函數，構建關于SOC的轉移概率密度函數及相應的概率分布函數，提出相鄰兩個SOC區間的轉移概率計算公式；最后，分析電動汽車充電負荷動態轉移過程，提出可平滑調節集群電動汽車功率的可控聚合模型，并進行仿真驗證。本發明可以用來建立集群電動汽車充電負荷聚合模型，實現了大規模電動汽車向少數維可控模型的轉化，使得控制算法計算的時間和空間壓力獲得極大程度的緩解。

技術領域

本發明涉及電力系統需求響應以及車網互動領域，涉及電動汽車的聚合建模方法，特別是一種面向調頻控制的集群電動汽車聚合模型。

技術背景

為應對能源危機和環境問題，以風電、光伏為代表的新能源大規模接入電網，對電網的調節能力提出了更高的要求。在源側增加備用容量以達到供需平衡的傳統方式難以應對系統負荷的高波動性和隨機性，而且運行成本較高。隨著物聯網和智能電網技術的提高，負荷側需求響應技術得以發展，將可調度負荷引入電力系統調節中，能更加高效、快速、經濟的解決電力供需實時平衡問題。

電動汽車是一種可調度潛力巨大的需求響應資源，具有良好的電池儲能特性。但大規模電動汽車接入電網，任由其無序充電反而會對電網造成負面影響。目前已有很多研究通過平滑調節電動汽車的充電功率以達到調節集群電動汽車實時功率的目的，但控制算法往往受限于電動汽車的數量。因此，建立一種面向調頻且不受數量限制的可控聚合模型是實現集群電動汽車控制的核心技術之一，對實現電動汽車參與需求響應具有重要指導意義。

發明內容

本發明目的在于建立面向調頻控制的集群電動汽車充電負荷模型，為大規模電動汽車實現功率的平滑調節設計一種可控聚合模型。本發明提供了一種基于馬爾科夫鏈的電動汽車充電負荷聚合建模方法，同時以充電功率為控制量，構建了集群電動汽車的可控模型，最后通過仿真驗證該模型的準確性與有效性。

本發明采用技術方案：建立一種面向電網調頻控制的集群電動汽車充電負荷模型，其包括步驟：

(1)考慮電池容量差異，將電動汽車的SOC進行離散化，對每個SOC區間進行概率區間的劃分；

(2)根據電池容量概率密度函數，構建關于SOC的轉移概率密度函數及相應的概率分布函數，提出相鄰兩個SOC區間的轉移概率計算公式；

(3)分析電動汽車充電負荷動態轉移過程，提出可平滑調節集群電動汽車功率的可控聚合模型，并進行仿真驗證。

具體的，所述步驟(1)中，考慮電動汽車電池容量描述如下：

電動汽車受汽車品牌和用戶行為習慣的影響往往具有差異性，需統計參與聚合的電動汽車電池容量，并以此為基礎進行聚合建模。基于對國內主流電動汽車的容量分布的調研，我國市場上各個類型EV電池容量大都位于30kW·h至60kW·h之間，故下文敘述只針對其中一種容量分布的電動汽車展開理論推導，但公式對任意容量分布的電動汽車具有普適性，只需修改相關參數即可獲取對應容量分布的電動汽車集群充電負荷模型。統計電池容量，并采用某種概率密度分布函數f_c(C_P)表示差異性，其中，C_P表示電池容量。

EV充電是指電池從低電量狀態向高電量狀態轉移的動態變化過程。一般采用SOC來表示電池的剩余電量，若將其記為S，其離散時間下的遞推公式可表示為：

式中：S(k+1)和S(k)分別表示第k+1時刻和第k時刻的荷電狀態；p^ch為充電功率；η^ch為充電效率；C_P為電池的實際容量；Δt為離散時間間隔。