一种电动汽车V2G双向充放电协同控制系统的制作方法

本发明涉及电力系统电动汽车充放电运行控制，具体为一种电动汽车v2g双向充放电协同控制系统。

背景技术：

1、随着电动汽车保有量的快速增长以及可再生能源发电的大规模并网，电力系统面临日益严峻的供需平衡压力，车辆到电网vehicle-to-grid，v2g技术作为将电动汽车储能特性与电网运行需求相结合的关键技术，允许电动汽车在电网负荷高峰期向电网反向馈送电能、在负荷低谷期从电网吸收电能充电，从而发挥削峰填谷、频率调节和备用支撑等作用，然而现有v2g双向充放电系统在实施过程中仍存在以下不足：

2、首先，现有v2g系统多采用集中式控制架构，各充电桩之间缺乏有效的协同互动机制，当多辆电动汽车同时并网充放电时，各车辆的充放电行为相互独立，缺乏对配电网局部容量约束的联合响应能力，容易导致充电桩之间功率竞争、线路过载或台区变压器越限等问题，影响电网运行的安全性与稳定性；

3、其次，现有技术对参与v2g服务的多辆电动汽车的荷电状态，soc均衡控制缺乏有效手段，不同车辆的电池额定容量、初始soc、接入时长和预计离网时间各不相同，若不加区分地统一调度，容易导致部分车辆过度放电而影响用户出行需求，而另一部分车辆则未能充分利用其储能容量，整体调度效率低下，用户参与积极性不高；

4、再者，现有v2g控制系统在响应电网调频、调峰指令时，缺乏对充放电功率的动态协调优化能力，多采用固定的充放电功率策略，既无法根据电网实时状态自适应调整，也难以兼顾不同车辆的差异化约束条件，造成能量传输效率较低、功率响应精度不足的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电动汽车v2g双向充放电协同控制系统，通过构建边缘感知层、区域协同控制器、云端协同管理平台三级架构，解决现有v2g管控中调度响应滞后、车辆异质性适配不足、soc均衡管理缺失、功率控制精度与响应速度难以兼顾、多层级协同能力薄弱的问题，实现规模化电动汽车有序双向充放电，支撑车网高效协同互动。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种电动汽车v2g双向充放电协同控制系统，包括边缘感知层、区域协同控制器和云端协同管理平台；

4、所述边缘感知层包括若干个双向充放电充电桩，所述双向充放电充电桩用于接入配电网并连接电动汽车，实现充放电物理执行与车辆运行状态感知，并接收功率控制指令执行对应功率输出；

5、所述区域协同控制器与所述边缘感知层通信连接，并与配电网自动化调度平台建立数据接口；所述云端协同管理平台与所述区域协同控制器通信连接，用于实现跨区域充放电资源的聚合优化调度；

6、所述区域协同控制器内置多智能体协同调度模块、异质性soc队列均衡管理模块以及变步长功率动态补偿模块；

7、所述多智能体协同调度模块用于将各电动汽车及其对应的双向充放电充电桩建模为独立智能体，接收来自配电网的实时调度指令信号，通过分布式协同计算确定区域内各智能体对应的功率分配因子与功率分配基准值并输出；所述异质性soc队列均衡管理模块用于根据电动汽车的荷电状态soc动态构建充放电优先级队列，并依据优先级排序输出对应电动汽车的功率权重信号；

8、所述变步长功率动态补偿模块，用于接收所述功率分配基准值、所述功率权重信号、以及来自配电网的实时调度指令信号与频率监测信号；

9、所述变步长功率动态补偿模块根据配电网调度指令的变化率自适应调整采样步长，基于所述采样步长获取功率权重信号并对所述功率分配基准值进行加权调整；所述变步长功率动态补偿模块设置有前馈补偿通道，所述前馈补偿通道用于根据配电网频率信号的偏差的微分值计算前馈补偿量；所述变步长功率动态补偿模块还用于配置精度补偿系数，以所述精度补偿系数为权重因子将所述前馈补偿量叠加至加权调整后的功率分配基准值，生成最终的功率输出目标值，并下发至所述边缘感知层中对应的双向充放电充电桩。

10、进一步的，所述双向充放电充电桩内集成有计量单元与通信单元；所述计量单元用于实时采集每辆电动汽车的荷电状态soc、可调度容量、离网时间异质性运行参数，所述通信单元用于将采集的运行参数上报至所述区域协同控制器，并接收所述区域协同控制器下发的功率输出目标值。

11、进一步的，所述双向充放电充电桩内设置双向ac-dc变换器和双向dc-dc变换器，两者通过直流母线连接，其中双向dc-dc变换器采用基于双有源桥拓扑的双向变换电路，采用扩展移相控制方式，通过调节原边桥臂与副边桥臂之间的移相比phi以及两个原边桥臂之间的内移相比来调节功率的大小和传输方向。

12、进一步的，所述变步长功率动态补偿模块生成的最终功率输出目标值，同时作为状态更新量反馈输入至所述多智能体协同调度模块，作为下一轮分布式协同调度迭代的车辆初始状态依据。

13、进一步的，所述区域协同控制器还设有可调节容量聚合计算单元，按以下公式计算车辆的上调调节容量和下调调节容量：

14、

15、

16、其中，取最小值函数，为第个电池额定容量；为当前时刻；为第个电池的荷电状态；为第个电池的离网时间；为第个电池的最大放电功率；为第个电池的最大充电功率；放电深度保护值；充电饱和保护值；区域协同控制器将所有在线车辆的求和得到本区域总上调容量，将求和得到总下调容量，周期性上报至云端协同管理平台，并动态响应配电网自动化调度平台的实时可调容量查询。

17、进一步的，所述多智能体协同调度模块通过分布式一致性迭代更新各智能体的功率分配因子，迭代收敛判据为相邻两次迭代中功率分配因子的变化量小于预设阈值；各智能体的状态信息包括；

18、为第个电池的荷电状态；为第个电池的入网时间；为第个电池的离网时间；为第个电池的最大放电功率；为第个电池的最大充电功率；

19、当区域协同控制器收到配电网自动化调度平台下发的总功率指令，正值表示需从v2g资源调度放电功率，负值表示需吸收充电功率后，多智能体协同调度模块启动分布式一致性迭代过程。

20、进一步的，所述异质性soc队列均衡管理模块中预设各车辆的放电深度保护值和充电饱和保护值；当任一车辆的低于时自动退出放电队列，当高于时自动退出充电队列。

21、进一步的，所述异质性soc队列均衡管理模块按以下方式分配功率权重：放电模式下，按电动汽车soc从高到低排序，电动汽车soc越高者放电功率权重越大；充电模式下，按电动汽车soc从低到高排序，电动汽车soc越低者充电功率权重越大。

22、所述采样步长包括第一控制步长、第二控制步长，所述配置精度补偿系数包括第一精度补偿系数、第二精度补偿系数；所述变步长功率动态补偿模块设有第一变化率阈值和第二变化率阈值，且第一变化率阈值大于第二变化率阈值；当调度指令变化率大于或等于第一变化率阈值时，以第一控制步长和第一精度补偿系数运行，当调度指令变化率小于或等于第二变化率阈值时，以第二控制步长和第二精度补偿系数运行，当调度指令变化率介于第二变化率阈值与第一变化率阈值之间时，以介于第一、第二控制步长之间的中间控制步长和介于第一、第二精度补偿系数之间的中间精度补偿系数运行；所述第一控制步长小于第二控制步长，所述第一精度补偿系数大于第二精度补偿系数，所述调度指令变化率为配电网总功率指令随时间的变化率，由变步长功率动态补偿模块通过对连续接收的调度指令进行差分计算得到。

23、进一步的，所述变步长功率动态补偿模块的输出端设有与所述精度补偿系数联动的输出整形单元，所述输出整形单元中嵌入有基于soc变化率的限幅逻辑，当所述变步长功率动态补偿模块以第一精度补偿系数运行时，若任一车辆的soc变化率超过预设阈值，所述限幅逻辑自动降低该车辆的功率分配权重或对功率指令执行降额处理。

24、进一步的，所述云端协同管理平台内置双层优化调度引擎，其中上层优化引擎以各区域协同控制器为基本调度单元，根据电力市场信号制定各区域的调度功率计划；下层优化引擎在各区域协同控制器内运行所述多智能体协同调度模块；上层优化引擎的通信周期大于下层优化引擎的迭代更新周期，构成慢-快双时间尺度的分层优化架构。

25、进一步的，系统还设有紧急响应模式，由区域协同控制器或云端协同管理平台根据电网频率偏离程度自动触发；在紧急响应模式下，所述异质性soc队列均衡管理模块暂停功率权重分配，改为按电动汽车soc排序依次投入全功率充放电，且所述变步长功率动态补偿模块将功率调节周期固定为预设的最小值。

26、本发明调度指令信号就是调度平台下发的总功率指令。

27、本发明提出的电动汽车v2g双向充放电协同控制系统，针对现有v2g调度体系中集中式算力压力大、车辆异质性适配不足、功率调节响应速度与控制精度难以兼顾、电网频率支撑能力有限等问题，通过边缘感知层-区域协同控制器-云端协同管理平台的三级架构设计，融合多智能体协同调度、异质性soc队列均衡管理、变步长功率动态补偿三大核心机制，实现v2g充放电资源的高效协同调控，具体有益技术效果如下：

28、1、构建三级分层调控架构，兼顾本地响应实时性与广域全局优化能力

29、边缘感知层通过双向充放电充电桩就地完成车辆运行状态感知与充放电物理执行，有效降低端到端通信时延，提升功率指令响应速度；区域协同控制器对接配电网自动化调度平台，承担本地充放电协同运算与指令下发，无需完全依赖云端算力，既减轻云端计算负荷，又避免单点故障引发全局调度失效，系统运行可靠性与鲁棒性显著提升；云端协同管理平台实现跨区域充放电资源的聚合优化调度，可适配配电网分层调度管理体系，支撑规模化v2g资源的统筹调控。该架构既保障了本地调控的实时性，又具备广域资源统筹能力，可适配v2g业务从小规模试点到规模化推广的全阶段应用需求。

30、2、采用多智能体分布式协同调度，提升系统动态适配性与运行稳定性

31、通过多智能体协同调度模块将各电动汽车及其对应的双向充放电充电桩建模为独立智能体，通过分布式协同计算确定区域内各智能体的功率分配因子与功率分配基准值。相较于传统集中式调度模式，分布式协同机制无需依赖单一中心节点完成全量运算，大幅降低区域协同控制器的算力压力；同时单个智能体的动态接入、退出或局部故障不会干扰整体调度运行，可完美适配电动汽车随停随接、参与数量实时动态变化的实际应用场景，系统调度灵活性与运行稳定性显著提升。分布式求解机制还可加快功率分配方案的收敛速度，满足配电网实时调度的时效要求。

32、3、实现异质性soc队列化均衡管理，兼顾电网调度需求与用户用车权益

33、通过异质性soc队列均衡管理模块根据电动汽车荷电状态soc动态构建充放电优先级队列，并依据优先级输出对应电动汽车的功率权重信号，充分考虑不同电动汽车的荷电状态差异与充放电能力异质性。该机制避免了传统平均功率分配模式下部分车辆过度放电导致出行电量不足、部分车辆过度充电加剧电池损耗的问题，在严格响应配电网总调度功率需求的前提下，实现区域内电动汽车soc的均衡化管理，既保障用户出行用电需求、延长动力电池使用寿命，又维持区域可调充放电容量的持续性，提升v2g互动的用户接受度与长期运行可行性。

34、4、自适应变步长加权调节，平衡功率响应速度与控制精度

35、变步长功率动态补偿模块可根据配电网调度指令的变化率自适应调整采样步长，基于采样步长获取功率权重信号并对功率分配基准值进行加权调整。当配电网调度指令大幅波动、运行工况快速变化时，自动增大采样步长，提升功率调节的跟踪响应速度，快速匹配电网调度需求；当系统处于稳态运行、调度指令变化平缓时，自动减小采样步长，细化功率调节颗粒度，提升功率分配的控制精度。该机制有效破解了传统固定步长调节中“响应速度快则稳态精度差、精度高则响应滞后”的固有矛盾，可自适应匹配配电网正常运行、负荷波动、扰动冲击等多种工况，实现全场景下的最优调节效果。

36、5、带精度补偿系数的前馈校正机制，强化电网频率支撑性能

37、变步长功率动态补偿模块设置前馈补偿通道，基于配电网频率偏差的微分值计算前馈补偿量，同时配置精度补偿系数，以精度补偿系数为权重因子将前馈补偿量叠加至加权调整后的功率分配基准值，生成最终的功率输出目标值下发执行。相较于传统纯反馈调节模式，基于频率偏差微分的前馈校正可捕捉频率变化趋势，实现超前调节，显著提升v2g系统参与电网频率支撑的响应速度，加快频率波动平抑速率；精度补偿系数可根据电网运行工况灵活调整前馈补偿量的叠加比例，在电网频率大幅波动时提升权重强化响应能力，在电网稳态运行时降低权重避免调节超调与功率震荡，实现调频响应速度与控制稳定性的平衡优化，有效提升v2g参与电网辅助服务的实用价值。