電動汽車有序充電控制方法及系統的制作方法

專利名稱：電動汽車有序充電控制方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及能源管理領域，尤其涉及一種電動汽車有序充電控制方法及系統。
背景技術：
電動汽車的功率和能量需求由電動汽車市場規模、行駛特性、用戶的充電行為、動 力電池的容量和性能、充電設施模式和布局等多個因素共同決定，在時間和空間上都將呈 現出一定的隨機性。電動汽車充電需求的時間以及地域分布決定了電網可承受的電動汽車 規模。根據人們的出行習慣，電動汽車的充電將在時間和地域上出現相對集中的情況。若 未加引導，電動汽車的充電負荷可能使電網最大負荷發生較大增長，加大峰谷差率，降低電 網的安全性和經濟性。對于局部電網，集中的充電，還將引起線路、變壓器負載率升高，可靠 性下降，甚至過載，造成停電事故。電動汽車的充電負荷屬于能量需求型負荷，即電網要向電動汽車提供其行駛所需 要的能量，而在對其功率供給上存在一定的靈活性。在電池從電動汽車的需求特性上來看， 采用對電動汽車進行有序充電控制則是對電動汽車的能源使用進行管理的有效途徑。但目 前有序充電仍沒有明確的控制結構和方法，而同時滿足電動汽車用戶的充電需求和電網的 運行限制是實現有序充電的難點。

發明內容
本發明的目的是提出一種電動汽車有序充電控制方法及系統，能夠較好地協調電 網負載與電動汽車的能源需求。為實現上述目的，本發明提供了一種電動汽車有序充電控制方法，包括站級管理設備根據歷史數據或當前電動汽車的充電需求統計，計算下一時段的電 動汽車充電負荷預測結果；所述站級管理設備將所述電動汽車充電負荷預測結果上傳到電網管理中心；所述電網管理中心根據當前時段的電動汽車充電負荷預測結果和實時運行狀態 計算電網可用功率，并向所述站級管理設備發出電網可用功率指令；所述站級管理設備對所述電網可用功率指令中的允許最大可用充電功率與當前 時段的充電功率需求進行比較，如果所述允許最大可用充電功率小于當前時段的充電功率 需求，則調用協調控制策略對電動汽車的充電需求進行協調。為實現上述目的，本發明提供了一種電動汽車有序充電控制系統，包括站級管理設備，用于根據歷史數據或當前電動汽車的充電需求統計，計算下一時 段的電動汽車充電負荷預測結果，并上報所述電動汽車充電負荷預測結果，以及根據接收 的電網可用功率指令中的允許最大可用充電功率與當前時段的充電功率需求進行比較，如 果所述允許最大可用充電功率小于當前時段的充電功率需求，則調用協調控制策略對電動 汽車的充電需求進行協調；電網管理中心，用于根據當前時段的電動汽車充電負荷預測結果和實時運行狀態計算電網可用功率，并下發電網可用功率指令。基于上述技術方案，本發明電網管理中心根據站級管理設備上報的充電負荷預測 結果，根據電網自身運行情況對充換電站的允許功率進行合理限制，避免充換電站的功率 需求對電網造成沖擊，并且較好地協調電網負載與電動汽車的能源需求。


此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1為本發明電動汽車有序充電控制系統的一實施例的結構示意圖。圖2為本發明電動汽車有序充電控制方法的一實施例的流程示意圖。圖3為本發明電動汽車有序充電控制方法實施例中歷史數據的充電負荷曲線圖。圖4為本發明電動汽車有序充電控制系統另一實施例的結構示意圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。有序充電屬于智能電網技術的范疇，需要建立電動汽車與電網之間的信息聯系， 形成電網針對電動汽車的能量管理體系。圖1為本發明電動汽車有序充電控制系統的一實 施例的結構示意圖。在本實施例中，電動汽車有序充電控制系統包括電網管理中心和站級 管理設備，在站級管理設備對充電設施進行管理。從邏輯結構上看，可將電動汽車有序充電控制系統劃分為三層，其中電網管理中 心屬于電網管理層1，站級管理設備屬于站級管理層2，充電設施屬于終端設備層3。其中， 電網管理層1的電網管理中心根據站級管理層2的站級管理設備上報的當前時段的電動汽 車充電負荷預測結果和實時運行狀態計算電網可用功率，并下發電網可用功率指令。電網 管理層具備與站級管理層之間的交互接口。站級管理層集合接入同一臺配電變壓器、同一條線路乃至同一供電區域的電動汽 車，接受電網的協調各電動汽車的充電需求。站級管理設備2可以根據歷史數據或當前電 動汽車的充電需求統計，計算下一時段的電動汽車充電負荷預測結果，并向電網管理中心 上報電動汽車充電負荷預測結果。站級管理設備可根據從電網管理中心接收的電網可用功 率指令中的允許最大可用充電功率與當前時段的充電功率需求進行比較，如果允許最大可 用充電功率小于當前時段的充電功率需求，則調用協調控制策略對電動汽車的充電需求進 行協調。終端設備層3的充電設施可以采集電動汽車的充電信息及相關信息，并向站級管 理設備上傳，以及根據接收到的站級管理設備下發的指令改變供電輸出，對充電過程進行 控制。如圖2所示，為本發明電動汽車有序充電控制方法的一實施例的流程示意圖。本 實施例的有序充電控制是基于電動汽車的負荷預測而實現的，具體步驟包括步驟101、站級管理設備根據歷史數據或當前電動汽車的充電需求統計，計算下一 時段的電動汽車充電負荷預測結果；步驟102、站級管理設備將所述電動汽車充電負荷預測結果上傳到電網管理中心；步驟103、電網管理中心根據當前時段的電動汽車充電負荷預測結果和實時運行 狀態計算電網可用功率，并向所述站級管理設備發出電網可用功率指令；步驟104、站級管理設備對所述電網可用功率指令中的允許最大可用充電功率與 當前時段的充電功率需求進行比較，如果所述允許最大可用充電功率小于當前時段的充電 功率需求，則執行步驟105，否則結束操作；步驟105、站級管理設備調用協調控制策略對電動汽車的充電需求進行協調。在本實施例中，站級管理設備計算下一時段的電動汽車充電負荷預測結果，并將 該預測結果提供給電網管理中心，以便電網管理中心根據當前時段的預測結果以及實時運 行狀態來進行全網的統一電網可用功率調配，并向具體的站級管理設備發出電網可用功率 指令。站級管理設備在根據該電網可用功率指令具體分配站內電動汽車的充電功率。電網 管理中心通過與站級管理設備之間的交互，可確保根據電網自身運行情況對充換電站的允 許功率進行合理限制，避免充換電站的功率需求對電網造成沖擊，并且較好地協調電網負 載與電動汽車的能源需求。電網管理中心要想下達符合實際的電網可用功率指令，就需要考慮電動汽車的整 體負荷需求以及電網中可調控的容量，而電動汽車的整體負荷需求需要靠站級管理層對電 動汽車的負荷進行預測。電動汽車的負荷預測需要考慮充換電站的用電負荷，還要考慮到各種外部因素 (例如經濟、氣候、道路狀況、節假日等)所影響的充換電需求。預測過程可以基本分為以下 幾個階段1、歷史數據收集。歷史數據包括當前時段以前的影響駕駛出行的外部數據和相關 的充電負荷數據。這里的外部數據可以包括平均消費水平、天氣類型、日平均溫度、道路狀 況、節假日中的一種或多種，但不限定于這幾種外部數據，根據實際情況還可以對外部數據 進行增減。2、數據分析。結合外部數據對站級管理層所管轄范圍內的電動汽車的充電負荷數 據進行統計，并對異常數據進行修正或刪除。3、建立預測模型。根據數據特點和預測的時間窗長度來確定合適的數學模型作為 預測模型。例如對于時間窗長度在一天到一個月之間的中長期預測，可主要依據歷史數據 進行數據預測，并選擇對于時間窗長度在幾分鐘到幾小時之間的短期或超短期預測，可主要依據當前電 動汽車的充電需求統計進行數據預測，并選擇4、模型參數辨識。根據電動汽車充電負荷的實際數據來確定模型參數。5、模型評價。根據假設檢驗來判斷已建立的預測模型是否合適，通過反復篩選獲 得合適的預測模型。6、應用模型進行預測。根據選取的預測模型對下一時段的電動汽車負荷進行預 測。7、對預測結果進行分析評價。下面結合一具體實例來說明上述預測過程。該實例的目標是預測下一日的充電負 荷曲線，該預測屬于中長期預測。歷史數據包括外部數據(以日平均氣溫為例)和相應的電動汽車功率需求總量。 下表為歷史數據表格，該表格中給出了不同溫度下一日內每一時刻的電動汽車功 率需求總量。
權利要求
1.一種電動汽車有序充電控制方法，包括站級管理設備根據歷史數據或當前電動汽車的充電需求統計，計算下一時段的電動汽 車充電負荷預測結果；所述站級管理設備將所述電動汽車充電負荷預測結果上傳到電網管理中心；所述電網管理中心根據當前時段的電動汽車充電負荷預測結果和實時運行狀態計算 電網可用功率，并向所述站級管理設備發出電網可用功率指令；所述站級管理設備對所述電網可用功率指令中的允許最大可用充電功率與當前時段 的充電功率需求進行比較，如果所述允許最大可用充電功率小于當前時段的充電功率需 求，則調用協調控制策略對電動汽車的充電需求進行協調。
2.根據權利要求1所述的電動汽車有序充電控制方法，其中，所述歷史數據包括當前 時段以前的影響駕駛出行的外部數據和相關的充電負荷數據。
3.根據權利要求2所述的電動汽車有序充電控制方法，其中，所述外部數據包括平均 消費水平、天氣類型、日平均溫度、道路狀況、節假日中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的電動汽車有序充電控制方法，其中，所述站級管理設備根據 歷史數據進行中長期電動汽車充電負荷預測，根據當前電動汽車的充電需求統計進行短期 及超短期電動汽車充電負荷預測。
5.根據權利要求1所述的電動汽車有序充電控制方法，其中，所述調用協調控制策略 對電動汽車的充電需求進行協調的操作具體包括所述站級管理設備采集站內在線的各個電動汽車的動力電池的當前荷電狀態SOCtl、預 期荷電狀態SOCaim、停駛時間Tavail和動力電池額定容量Q ； 定義電動汽車優先級的公式為= ψΜ^τ,么 =i P慕其中N為在線的電動汽車總數，Pi為第i輛電動汽車所需最小充電功率；Pi的計算公式為其中tM為第i輛電動汽車的接入時刻，t為當前時刻，Tavaili為第i輛電動汽車的預期 停駛時間，SOCtli為第i輛電動汽車的當前荷電狀態，SOCaimi為第i輛電動汽車的預期荷電 狀態，A為第i輛電動汽車的額定容量；按照優先級分配給第η輛電動汽車的可用功率為Pavailn 一 PRIn^ Pavail其中，Pavail為電網可用功率指令中的允許最大可用充電功率。
6. 一種電動汽車有序充電控制系統，包括站級管理設備，用于根據歷史數據或當前電動汽車的充電需求統計，計算下一時段的 電動汽車充電負荷預測結果，并上報所述電動汽車充電負荷預測結果，以及根據接收的電 網可用功率指令中的允許最大可用充電功率與當前時段的充電功率需求進行比較，如果所 述允許最大可用充電功率小于當前時段的充電功率需求，則調用協調控制策略對電動汽車 的充電需求進行協調；電網管理中心，用于根據當前時段的電動汽車充電負荷預測結果和實時運行狀態計算電網可用功率，并下發電網可用功率指令。
7.根據權利要求6所示的電動汽車有序充電控制系統，其中，所述站級管理設備具體 包括預測模塊，用于根據歷史數據或當前電動汽車的充電需求統計，計算下一時段的電動 汽車充電負荷預測結果；上報模塊，用于向所述電網管理中心上報所述電動汽車充電負荷預測結果；指令處理模塊，用于根據接收的電網可用功率指令中的允許最大可用充電功率與當前 時段的充電功率需求進行比較；協調控制模塊，用于在所述允許最大可用充電功率小于當前時段的充電功率需求時， 調用協調控制策略對電動汽車的充電需求進行協調。
8.根據權利要求7所示的電動汽車有序充電控制系統，其中，所述預測模塊包括中長期預測單元，用于根據歷史數據進行中長期電動汽車充電負荷預測；短期預測單元，用于根據當前電動汽車的充電需求統計進行短期及超短期電動汽車充 電負荷預測。
9.根據權利要求7所示的電動汽車有序充電控制系統，其中，還包括充電設施，用于采集電動汽車的充電信息及相關信息，并向所述站級管理設備上傳，以 及根據接收到的所述站級管理設備下發的指令改變供電輸出，對充電過程進行控制。
全文摘要
本發明涉及一種電動汽車有序充電控制方法，包括站級管理設備根據歷史數據或當前電動汽車的充電需求統計，計算下一時段的充電負荷預測結果并上傳給電網管理中心；電網管理中心根據當前時段的預測結果和實時運行狀態計算電網可用功率，并向站級管理設備發出電網可用功率指令；站級管理設備比較當前時段的充電功率需求，若小于當前時段的充電功率需求，則對電動汽車的充電需求進行協調。本發明還涉及一種電動汽車有序充電控制系統。本發明電網管理中心根據站級管理設備上報的充電負荷預測結果，根據電網自身運行情況對充換電站的允許功率進行合理限制，避免充換電站的功率需求對電網造成沖擊，并且較好地協調電網負載與電動汽車的能源需求。
文檔編號H02J7/00GK102055217SQ20101052151
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者嚴輝, 史雙龍, 李武峰, 武斌, 王相勤, 田立亭, 胡江溢, 賈俊國 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司