一種含電動汽車充放電管理的直流微網協調控制方法與流程

本發明涉及一種含電動汽車充放電管理的直流微網協調控制方法，屬于微電網控制技術領域。

背景技術：

在能源緊缺與環境污染的雙重壓力下，新能源發電技術在研究、開發及利用方面取得了很大進步，建設智能電網、加快發展分布式發電，提高電力系統安全性、穩定性、可靠性和電能質量是今后的發展趨勢。微電網技術代表了未來分布式能源供應系統發展趨勢，是未來智能配用電系統的重要組成部分，對推進節能減排和實現能源可持續發展具有重要意義。國家能源局近期連續出臺《關于推進新能源微電網示范項目建設的指導意見》、《配電網建設改造行動計劃(2015—2020年)的通知》等文件，指出應積極發展新能源，大幅提升配電網接納新能源、分布式電源及多元負荷的能力，加快推進新能源微電網示范工程建設，探索適應新能源發展的微電網技術及運營管理體制。微電網內光伏、風機、燃料電池、電池儲能單元等產生的電能大部分為直流電或非工頻交流電；常用電氣設備，如電動汽車、LED照明等，皆通過相應適配器變成直流電驅動。上述發電單元或負荷如果接入交流微電網，則需要通過相應DC-DC、DC-AC和AC-DC等電力電子變流器構成的多級能量轉換裝置，若接入合適電壓等級的直流微電網，將省去部分交直流變換裝置，減小成本、降低損耗。直流微電網也是微電網發展的一個重要方向。

此外，以電動汽車為主的新能源汽車行業的發展已進入快車道，2015年銷量接近35萬輛，比2014年增長超過300%，而2014年又比2013年增長320%，在汽車行業銷量占比已達到1.35%。按照“十三五”規劃在2020年新能源車累計將達到500萬輛，到2025年新能源車的銷量占比將提升至30%。電動汽車顛覆傳統汽車的步伐已不可阻擋，電動汽車為主的新能源車將不斷替換我們的公交車、出租車、卡車、物流車、環衛車、私人汽車以至于絕大多數石化燃料汽車。

綜上，直流微電網及電動汽車的充放電控制必然將成為未來直流微電網技術的一個重要方向。目前國內開展了一系列的電動汽車的充電站，然而，電動汽車發展快于電動汽車充電站的建設，導致充電站無法滿足大量新增電動汽車的充電需求，充電站排隊現象嚴重。

技術實現要素：

本發明所要解決的是電動汽車充電速度慢和直流微網支持電動汽車充電數量少的問題，為此提供一種含電動汽車充放電管理的直流微網協調控制方法，可以實現電動汽車快速充電和增加電動汽車同時充電的數量，滿足更多需求。

本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案：

一種含電動汽車充放電管理的直流微網協調控制方法，包括以下步驟：

1）確定直流微網中組成單元的特性：接入電源功率P1，分布式電源總功率P2，儲能系統功率P3，負荷總功率P4，儲能系統剩余容量SOC，充電樁充電功率可控范圍；

2）假設接入電源功率恒為P1，分布式電源總功率P2恒大于0，儲能系統可充電可放電，P3大于0表示儲能系統放電，小于0表示儲能系統充電，兩者互為相反數；儲能系統剩余容量保持在SOCmin和SOCmax之間，SOCmin和SOCmax為最小剩余容量和最大剩余容量；充電樁的充電功率控制在Pmin和Pmax范圍之內，Pmin和Pmax為最小充電功率和最大充電功率；負荷可有可無，所以P4>=0；

3）確定電動汽車最大充電容量：接入電源功率+分布式電源總功率+儲能系統功率-負荷總功率=P1+P2+P3-P4；

4）對電動汽車進行充電，包括以下步驟：

a）讀取分布式電源總功率P2，儲能系統功率P3，負荷總功率P4，儲能系統剩余容量SOC，同時充電的電動汽車的數量N；

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

c）子流程1:

1-1，電動汽車按照最大充電功率Pmax進行充電；

1-2，判斷儲能系統此時是充電模式還是放電模式，若P3>0，進入步驟1-3，否則進入步驟1-4；

1-3，若P3>0，即儲能系統處于放電模式，再判斷(P1+P2-P3-P4)/N是否大于最大充電功率，是則將儲能系統轉為充電模式，進入步驟1-5；否則判斷儲能系統剩余容量SOC是否大于SOCmin，若小于SOCmin，將儲能系統轉為充電模式，進入步驟1-5；若大于SOCmin，直接進入步驟1-5；

1-4，若P3<0，即儲能系統處于充電模式，再判斷儲能系統剩余容量SOC是否大于SOCmax，若大于SOCmax，將儲能系統轉為放電模式，進入步驟1-5，否則直接進入步驟1-5；

1-5，子流程1結束，返回步驟a）；

d）子流程2:

2-1，先判斷儲能系統此時是充電模式還是放電模式，若P3>0，進入步驟2-2，否則進入步驟2-3；

2-2，若P3>0，即儲能系統處于放電模式，斷開一個充電樁，進入步驟2-4；

2-3，若P3<0，即儲能系統處于放電模式，再判斷儲能SOC是否大于SOCmin，若小于SOCmin，儲能系統停機，進入步驟2-4，若大于SOCmin，儲能系統轉為放電模式，進入步驟2-4；

2-4，子流程2結束，返回步驟a）；

e）子流程3:

3-1，對于(P1+P2+P3-P4)/N大于最小充電功率且小于最大充電功率的情況，若(P1+P2+P3-P4)/N>(Pmax+Pmin)/2，則汽車以(Pmax+Pmin)/2充電，否則以Pmin充電；進入下一步；

3-2，然后再判斷儲能系統此時是充電模式還是放電模式，若P3>0，進入步驟3-3，否則進入步驟3-4；

3-3，若P3>0，即儲能系統處于放電模式，判斷儲能SOC是否小于SOCmin，若儲能SOC小于SOCmin，再判斷若(P1+P2-P3-P4)/N>Pmin，儲能系統轉為充電模式，否則儲能系統停機，進入步驟3-5；若儲能SOC大于SOCmin，直接進入步驟3-5；

3-4，若P3<0，即儲能系統處于充電模式，判斷儲能SOC是否大于SOCmax，若儲能SOC大于SOCmax，儲能系統轉為放電模式，進入步驟3-5；若儲能SOC小于SOCmax，進入步驟3-5；

3-5，子流程3結束，返回步驟a）；

5）當不需要充電時，判斷儲能系統剩余電量是否小于100%，是則利用分布式電源或者電網給儲能系統充電，否則，分布式發電源向電網發電。

本發明具有以下明顯優點：

1、通過儲能系統及分布式發電，增加了可用于電動汽車充電的額外的充電容量，使得快速充電的電動汽車數量提高；

2、通過控制可控充電樁，考慮了當儲能及分布式電源參與后也無法實現最大功率充電情況下，進行平均分配充電的策略，實現兼顧充電速率的同時保障了充電數量。

附圖說明

圖1 含電動汽車，儲能系統，分布式電源的直流微網結構圖；

圖2 電動汽車充電時協調控制總流程圖；

圖3 電動汽車充電時協調控制子流程圖1；

圖4 電動汽車充電時協調控制子流程圖2；

圖5 電動汽車充電時協調控制子流程圖3。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

本發明提出一種含電動汽車充放電控制管理的直流微電網協調控制方法，在含有直流負荷，分布式發電系統及可控充電樁的直流微網中，解決由于微網上層電力電子設備或線路的容量限制導致電動汽車的充電速度和數量受限問題。通過利用直流微電網中的儲能設備，可在不改變原來接入容量的情況下，實現提高電動汽車充電站充電數量或速率。

本發明方法如下：

1、確定直流微網中組成單元的特性：接入電源功率P1，分布式電源總功率P2，儲能系統功率P3，負荷總功率P4，儲能系統剩余容量SOC（SOCmin-SOCmax），充電樁充電功率可控范圍（Pmin-Pmax）。

2、因為重點研究電動汽車充電，所以這里設定接入電源功率恒為P1；分布式電源一直向外放電，所以P2恒大于0；儲能系統可充電可放電，P3大于0表示儲能系統放電，小于0表示儲能系統充電，兩者互為相反數；儲能系統剩余容量過低或者過高都會導致自我保護而停機，所以盡量使SOC保持在SOCmin和SOCmax之間，SOCmin和SOCmax為最小剩余容量和最大剩余容量；充電樁的充電功率控制在Pmin和Pmax范圍之內可以讓充電速度更快，Pmin和Pmax為最小充電功率和最大充電功率；負荷可有可無，所以P4>=0。

3、確定電動汽車最大充電容量：接入電源功率+分布式電源總功率+儲能系統功率-負荷總功率=P1+P2+P3-P4。

4、電動汽車充電策略

a）讀取即時分布式電源總功率P2，儲能系統功率P3，負荷總功率P4，儲能系統剩余容量SOC，同時充電的電動汽車的數量N。

b）若(P1+P2+P3-P4)/N大于等于最大充電功率，進入子流程1；若（P1+P2+P3-P4)/N小于最小充電功率，進入子流程2；若(P1+P2+P3-P4)/N大于最小充電功率且小于最大充電功率，進入子流程3，總體流程如圖2所示。

c）參見圖3，子流程1:

1-1，電動汽車按照最大充電功率Pmax進行充電。

1-2，判斷儲能系統此時是充電模式還是放電模式，若P3>0，進入步驟1-3，否則進入步驟1-4。

1-3，若P3>0，即儲能系統處于放電模式，再判斷(P1+P2-P3-P4)/N是否大于最大充電功率，是則將儲能系統轉為充電模式，進入步驟1-5；否則判斷儲能系統剩余容量SOC是否大于SOCmin，若小于SOCmin，將儲能系統轉為充電模式，進入步驟1-5；若大于SOCmin，直接進入步驟1-5。

1-4，若P3<0，即儲能系統處于充電模式，再判斷儲能系統剩余容量SOC是否大于SOCmax，若大于SOCmax，將儲能系統轉為放電模式，進入步驟1-5，否則直接進入步驟1-5。

1-5，子流程1結束，返回步驟a）。

d）參見圖4，子流程2:

2-1，先判斷儲能系統此時是充電模式還是放電模式，若P3>0，進入步驟2-2，否則進入步驟2-3。

2-2，若P3>0，即儲能系統處于放電模式，斷開一個充電樁，進入步驟2-4。

2-3，若P3<0，即儲能系統處于放電模式，再判斷儲能SOC是否大于SOCmin，若小于SOCmin，儲能系統停機，進入步驟2-4，若大于SOCmin，儲能系統轉為放電模式，進入步驟2-4。

2-4，子流程2結束，返回步驟a）。

e）參見圖5，子流程3:

3-1，對于(P1+P2+P3-P4)/N大于最小充電功率且小于最大充電功率的情況，若(P1+P2+P3-P4)/N>(Pmax+Pmin)/2，則汽車以(Pmax+Pmin)/2充電，否則以Pmin充電；進入下一步。

3-2，然后再判斷儲能系統此時是充電模式還是放電模式，若P3>0，進入步驟3-3，否則進入步驟3-4。

3-3，若P3>0，即儲能系統處于放電模式，判斷儲能SOC是否小于SOCmin，若儲能SOC小于SOCmin，再判斷若(P1+P2-P3-P4)/N>Pmin，儲能系統轉為充電模式，否則儲能系統停機，進入步驟3-5；若儲能SOC大于SOCmin，直接進入步驟3-5。

3-4，若P3<0，即儲能系統處于充電模式，判斷儲能SOC是否大于SOCmax，若儲能SOC大于SOCmax，儲能系統轉為放電模式，進入步驟3-5；若儲能SOC小于SOCmax，進入步驟3-5。

3-5，子流程3結束，返回步驟a）。

5、當不需要充電時，判斷儲能系統剩余電量是否小于100%，是則利用分布式電源或者電網給儲能系統充電，否則，分布式發電源向電網發電。

實施例

微網結構見圖1，設定接入電源功率P1=1000kw，儲能系統初始功率P3=-300kw，儲能系統初始剩余容量SOC=20%，設定SOCmin=20%，SOCmax=90%，充電樁可控范圍（60kw-120kw）。

1、流程初始化，進入第一次循環，先讀取即時數據，分布式電源總功率P2=100kw，負荷總功率P4=50kw，正在同時充電的電動汽車有5輛。

2、計算(P1+P2+P3-P4)/N=(1000+100-300-50)/5=150>120，儲能系統正在充電，充電樁以120kw功率充電。

3、假設分布式電源受天氣原因，P2=0，負荷總功率增加P4=200kw，儲能SOC充到50%，此時60kw<（1000+0-300-200）/5=100kw<120kw，又100>(60+120)/2=90，所以充電樁以90kw充電，儲能系統處于充電模式。

4、若此時儲能SOC已經充到90%，儲能系統轉為放電模式，計算（1000+0+300-200）/5=220>120，則充電樁以120kw充電，儲能系統繼續放電。

5、若又來了5輛車，（1000+0+300-200）/10=110kw，此時儲能剩余50%，充電樁以90kw充電，儲能繼續放電，若儲能SOC降到20%，此時計算（1000+0-300-200）/10=50<60，所以儲能系統停機。

6、計算（1000+0+0-200）/10=80<90，所以充電樁以60kw充電，儲能系統充電。

上面的情況沒有把所有情況都模擬，但涵蓋了大部分情況，微電網里發生任何變化，微電網都能自適應的相應變化，通過儲能系統的容量，協調控制電動汽車的充電速率。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。