基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制方法及装置与流程

1.本发明涉及一种电动汽车充电技术领域，是一种基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制方法及装置。


背景技术：

2.随着老旧小区电动汽车数量逐渐增加，大量电动汽车并入电网、充电负荷无序接入，这些潜在风险在充电设施建设安装预留不充分的老旧小区正逐渐演变为现实风险，老旧小区电动汽车“充电难”问题长期存在。主要表现在：居民老旧小区配电网负荷波动加剧、负荷峰谷差拉大、配电设施改造成本高等问题，这都导致电网安全经济运行受到了负面影响。因此，如何对充满随机性的电动汽车进行有序地柔性充电管理，让充电站的供电容量持续满足日益增长的充电需求，是当今“绿色出行”时代亟待解决的问题。
3.现阶段，关于电动汽车充电控制策略通常以“充电整站”为控制单元，由上层控制中心采用“控制整站充电总功率”的方式进行集中管理，当充电负荷叠加后突破变压器承受上限，则运营商平台执行充电总功率削减口令（甚至功率削减至0），致单桩输出功率降低，电动汽车车主被迫延长充电时长，导致充电体验欠佳，而集中时段的负荷脉冲和功率骤降也有悖于变压器维持长期经济运行状态。
4.现有技术包括：现有技术1，专利公开号为cn108075536a公开了一种充电桩的柔性充电调控方法及充电桩系统，通过充电桩相互之间自组网通讯，实时监测充电桩充电功率，自动控制桩体充电功率，使区域内充电桩功率值之和小于变压器额定功率，实现有序充电，柔性控制，减小电动汽车充电行为对配电网的影响。本发明只是实现了充电稳定完成的有序充电，但不适用于老旧居民小区的电动汽车充电，不能结合实时负荷情况消减负荷峰谷对于充电的影响，同时本发明并不能结合车主充电需求合理控制充电时段，提高车主体验。
5.现有技术2，专利申请号cn113725864a公开了一种台区智能融合终端管控充电桩有序充电的方法及系统，获取充电桩实时的运行状态和容量请求数据，根据所述负荷信息、运行状态信息和容量请求数据确定有序充电控制策略，并根据所述有序充电控制策略发送有序充电控制指令至柔性互动充电桩，以使得柔性互动充电桩根据接收到的有序充电控制指令进行放电。本发明根据负荷信息、运行状态信息和容量请求数据确定有序充电控制策略，但并未同时考虑到充电稳定性、充电经济性、车主体验这三者，实现柔性充电控制。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制方法及装置，用于电动汽车充电。
7.本技术第一方面提供了一种基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制方法，包括：以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线；
结合优先级规则确定当前时刻等待集群中各个电动汽车的优先级，完成优先级排序；获取当前时刻最优充电功率指导曲线与总充电负荷之间的差值，判断所述差值是否大于0；响应于是，则根据当前时刻等待集群中的优先级顺序，选取此时等待集群中优先级最高的车辆归入紧急集群进行充电，重复更新所述差值，直至差值小于等于0，将紧急集群中优先级最低的电动汽车退出充电并更新差值，同时将完成充电任务的充电桩移入结束充电集群。
8.优选的，优先级规则包括：计算，，越大优先级越高，式中，表示第i辆电动汽车在t时刻接入充电桩时的充电优先级，为第i辆电动汽车实际充电所需要的时长，表示第i辆电动汽车最长停留在车位的时长，即接入充电桩时刻t和最迟离开车位时刻l之间的差值。
9.优选的，以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线，包括：建立充电功率指导曲线模型，包括：（1）将用户充电费用最小作为第一阶段，获得如下所述的目标函数：式中：n为电动汽车数量; 为该时段分时充电电价; 第电动汽车i在t时段的充电状态，时表示充电，表示不充电；为单位时长，一般取30min；为电动汽车i的额定充电功率；为电动汽车i最晚离开的时段;（2）将第一阶段结果作为第二阶段限制条件，将居民区电网负荷峰谷差最小作为第二阶段，采用ahp-熵权法进行求解，获得如下所述的目标函数：其中，p（t）为t时段变压器承载的总负荷；为t时段所有电动汽车的充电总负荷； 为居民区在t时段常规用电负荷；为电动汽车i的额定充电功率；为电动汽车i在t时段的充电状态，倘若该时段电动汽车充电，则为1，反之则为0；（3）将上述两个阶段目标函数进行加权后，得充电功率指导曲线目标函数如下：
其中，为各子目标函数对应加权系数，且两者之和为1，为权衡主观性和客观性，采用ahp层次分析法确定加权系数, 通过构造比较矩阵，对每项指标进行重要程度比较和赋分，应用ahp层次分析法权重计算公式，经过归一化处理，得出每项指标权重;设置优化周期，在每个优化周期开始时，以为目标函数，采用多目标粒子群算法求取充电功率指导曲线目标函数最优解，输出作为下一时段的最优充电功率指导曲线。
10.优选的，在所述结合优先级规则确定当前时刻等待集群中各个电动汽车的优先级后，将优先级最高的电动汽车移入紧急充电集群，在所述差值小于等于0，将紧急集群中优先级最低的电动汽车退出充电并更新差值，同时将完成充电任务的充电桩移入结束充电集群。
11.优选的，还包括在新接入电动汽车的充电请求时，将该电动汽车存入等待集群，并根据充电请求计算停留时间和充电时长，充电请求包括期望荷电电量和预计离开时间。
12.有鉴于此，本技术第二方面提供了一种基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制装置，包括上层主控中心和次级控制中心，上层主控中心和次级控制中心通信，次级控制中心连接各个充电桩；上层主控中心，以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线；次级控制中心，建立等待集群，结合优先级规则确定当前时刻等待集群中各个电动汽车的优先级，完成优先级排序；获取当前时刻最优充电功率指导曲线与总充电负荷之间的差值，判断所述差值是否大于0，响应于是，则根据当前时刻等待集群中的优先级顺序进行充电，重复更新所述差值，直至差值小于等于0，将紧急集群中优先级最低的电动汽车退出充电并更新差值，同时将完成充电任务的充电桩移入结束充电集群。
13.优选的，次级控制中心还包括接收新接入电动汽车的充电请求，将该电动汽车存入等待集群，并根据充电请求计算停留时间和充电时长，并上传至上层主控中心，充电请求包括期望荷电电量和预计离开时间。
14.有益效果：本发明以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线，并对接入的电动汽车实现优先级排序，将最优充电功率指导曲线与总充电负荷之间的差值作为条件，以“单个充电桩”为控制单元，采用“控制单桩充电时段”的方式进行差异化管理，在每位车主可接受的充电时段范围内，自动控制车辆的充电启动时间，让充电优先级高或出行急迫的车主先行充电，充分尊重车主需求，保证不影响车主出行，打造无感充电体验。
15.进一步的本发明动态获得最优充电功率指导曲线，根据最优充电功率指导曲线，在满足变压器承载能力为前提下实现了柔性充电控制策略，充分唤醒闲置的配变负荷资源，保障电网安全可靠运行，有效缓解瞬间冲击负荷、平滑小区负荷曲线，进而减少负荷峰谷差、实现“削峰填谷”，并且柔性充电令负荷峰值与变压器容量留有裕量，满足老旧小区供电能力和承受能力，让小区配电设施处于经济运行状态，保障配电系统安全可靠运行，极大减轻充电运营商在老旧小区统建统营的阻力，助力解决老旧小区建桩难、居民用户充电难、
配电设施不安全等难题。
附图说明
16.图1为本发明一个实施例的柔性充电控制方法流程示意图；图2为本发明一个实施例中的居民区常规负荷曲线图；图3为本发明一个实施例中的无序充电下的充电负荷曲线图；图4为本发明一个实施例中的无序充电下居民区总负荷曲线图；图5为本发明一个实施例中的负荷跟从充电策略下的充电负荷曲线图；图6为本发明一个实施例中的负荷跟从充电策略下的居民区总负荷曲线图；图7为本发明一个实施例的性充电控制装置示意框图。
具体实施方式
17.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
19.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
20.本技术提供了一种基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制方法及装置，用于如何以电网安全经济运行为前提，结合负荷跟从对电动汽车进行柔性充电控制的问题。
21.下面对本技术实施例进行详细介绍。
22.实施例1：如图1所示，本实施例公开了一种基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制方法，包括：步骤s101，以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线；步骤s102，结合优先级规则确定当前时刻等待集群中各个电动汽车的优先级，完成优先级排序；该步骤中，优先级规则包括：计算 ，，越大优先级越高，式中，表示第i辆电动汽车在t时刻接入充电桩时的充电优先级，为第i辆电动汽车实际充电所需要的时长，表示第i辆电动汽车最长停留在车位的时长，即接入充电桩时刻t和最迟离开车位时刻l之间的差值。
23.步骤s103，获取当前时刻最优充电功率指导曲线与总充电负荷之间的差值，判断所述差值是否大于0；步骤s104，响应于是，则根据当前时刻等待集群中的优先级顺序，选取此时等待集群中优先级最高的车辆归入紧急集群进行充电，重复更新所述差值，直至差值小于等于0，将紧急集群中优先级最低的电动汽车退出充电并更新差值，同时将完成充电任务的充电桩移入结束充电集群；响应于否，则更新所述差值，并持续判断。
24.该步骤中，结合s102优先级规则确定当前时刻各个电动汽车的优先级，将优先级大于等于1的电动汽车移入紧急充电集群，优先级小于1的列为等待充电集群。当此时最优充电功率指导曲线与总充电负荷之间的差值大于0时，将等待集群里的优先级最高的电动汽车归集到紧急集群进行充电并更新差值；当此时最优充电功率指导曲线与总充电负荷之间的差值小于等于0时，将紧急集群中优先级最低的电动汽车退出充电并更新差值；系统实施将完成充电任务的充电桩退出，即将充电完成的电动汽车移入结束充电集群。由此通过等待集群、紧急充电集群、结束充电集群对不同状态的电动汽车进行有效管理。
25.上述步骤中还需要说明的是，在新接入电动汽车的充电请求时，将该电动汽车存入等待集群，并根据充电请求计算停留时间和充电时长，充电请求包括期望荷电电量和预计离开时间。
26.（1）根据电动汽车i插枪接入充电桩的时刻t和用户在手机端app填写的预计离开时间l差值，获得电动汽车在车位的停留时长。
27.（2）获得充电时长，包括：根据期望荷电电量（即车主设定的电动汽车结束充电时的荷电状态）获得车辆荷电状态：其中，为电动汽车i结束充电时的荷电状态；为电动汽车i初始荷电状态；为电动汽车百公里耗电量（kwh）；b为电池容量（kwh）。
28.接入充电的电动汽车充电时长为：其中，为电动汽车i充电所需时间（h）；为电动汽车充电功率（kw）。
29.本发明以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线，并对接入的电动汽车实现优先级排序，将最优充电功率指导曲线与总充电负荷之间的差值作为条件，以“单个充电桩”为控制单元，采用“控制单桩充电时段”的方式进行差异化管理，在每位车主可接受的充电时段范围内，自动控制车辆的充电启动时间，让充电优先级高或出行急迫的车主先行充电，充分尊重车主需求，保证不影响车主出行，打造无感充电体验。
30.进一步的本发明动态获得最优充电功率指导曲线，根据最优充电功率指导曲线，
在满足变压器承载能力为前提下实现了柔性充电控制策略，充分唤醒闲置的配变负荷资源，保障电网安全可靠运行，有效缓解瞬间冲击负荷、平滑小区负荷曲线，进而减少负荷峰谷差、实现“削峰填谷”，并且柔性充电令负荷峰值与变压器容量留有裕量，满足老旧小区供电能力和承受能力，让小区配电设施处于经济运行状态，保障配电系统安全可靠运行，极大减轻充电运营商在老旧小区统建统营的阻力，助力解决老旧小区建桩难、居民用户充电难、配电设施不安全等难题，提升老旧小区幸福感、获得感、安全感。
31.实施例2，本实施例公开了一种以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线的方法，包括：步骤s201，建立充电功率指导曲线模型，包括：（1）将用户充电费用最小作为第一阶段，获得如下所述的目标函数：式中：n为电动汽车数量; 为该时段分时充电电价; 为电动汽车i在t时段的充电状态，时表示充电，表示不充电；为单位时长，一般取30min；为电动汽车i的额定充电功率；为电动汽车i最晚离开的时段。
32.（2）将第一阶段结果作为第二阶段限制条件，将居民区电网负荷峰谷差最小作为第二阶段，采用ahp-熵权法进行求解，获得如下所述的目标函数：其中，p（t）为t时段变压器承载的总负荷；为t时段所有电动汽车的充电总负荷； 为居民区在t时段常规用电负荷；为电动汽车i的额定充电功率；为电动汽车i在t时段的充电状态，倘若该时段电动汽车充电，则为1，反之则为0。
33.（3）将上述两个阶段目标函数进行加权后，得充电功率指导曲线目标函数如下：式中 ，f
1u
表示用24小时单一的充电电价时的充电费用; f
2u
表示原始负荷曲线的峰谷差，其中，为各子目标函数对应加权系数，且两者之和为1，为权衡主观性和客观性，采用ahp层次分析法确定加权系数，
①
造比较矩阵：比较第i个指标与第j个指标相对于上一层的重要性，将相对重要程度量 化为c
ij
。本次共有2个指标进行比较，则形成比较矩阵为b
2*2
，其中cij = 1 /cji，cii = 1，矩阵中的cij 取值按照表1进行赋值。评价矩阵的形式如下所示:
表1 指标重要程度赋值表
②
算指标权重：将经过归一化步骤s202，设置优化周期，在每个优化周期开始时，以为目标函数，采用多目标粒子群算法求取充电功率指导曲线目标函数最优解，输出作为下一时段的最优充电功率指导曲线。这里某一时段采用多目标粒子群算法求取最优解时会监控该时段的电动汽车接入量和充电完成量是否发生变化，若该时段的电动汽车接入量和充电完成量无变化，则下一时段继续执行上一时段的最优充电功率指导曲线。
34.实施例3，以金华某统建统营示范项目小区为例，该小区累计共有居民780户，电动汽车渗透率10%，小区变压器总量630kva，电动汽车额定容量一般取40kwh，小区充电桩8个，额定充电功率7kw，用户期望荷电量100%。
35.1、该小区日居民区常规负荷曲线如图2所示。
36.2、叠加无序充电后的居民区充电负荷和总负荷如图3和图4所示。从附图中可以看出，18：00-23：00，无序充电高峰时段正是居民常规用电高峰，电动汽车用户在此时段集中充电，造成了居民区负荷“峰上加峰”，进一步拉大峰谷差。
37.3、建立以居民区总负荷峰谷差最小且充电费用最低的充电功率指导曲线。让优先级高的电动汽车先充电，让每个时段的居民区充电负荷的值往功率指导曲线靠近。采用负荷跟从柔性充电策略后，居民区充电负荷和总负荷如图5和图6。从附图中可以看出，执行负荷跟从的电动汽车柔性充电控制策略后，充电负荷从尖峰转移到1：00-9:00谷时，一方面有效避免了峰上加峰，保证了小区电网运行安全；另一方面未发生因谷时低电价，引发聚集性充电和谷时新高峰。
38.实施例4，如图7所示，本实施例公开了一种基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制装置，包括上层主控中心和次级控制中心，上层主控中心和次级控制中心通信，次级控制
中心连接各个充电桩；上层主控中心，以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线；次级控制中心，建立等待集群，结合优先级规则确定当前时刻等待集群中各个电动汽车的优先级，完成优先级排序；获取当前时刻最优充电功率指导曲线与总充电负荷之间的差值，判断所述差值是否大于0，响应于是，则根据当前时刻等待集群中的优先级顺序，选取此时等待集群中优先级最高的车辆归入紧急集群进行充电，重复更新所述差值，直至差值小于等于0，将完成充电任务的充电桩退出。
39.其中次级控制中心还包括接收新接入电动汽车的充电请求，将该电动汽车存入等待集群，并根据充电请求计算停留时间和充电时长，并上传至上层主控中心，充电请求包括期望荷电电量和预计离开时间。
40.本发明实施例公开的基于负荷跟从的电动汽车柔性充电控制装置中，实现了充电分级控制，利用上层主控中心实现总控，并以电网负荷峰谷差最小和用户充电费用最小作为双目标，动态获得最优充电功率指导曲线，次级控制中心建立充电优先级，结合最优充电功率指导曲线实现负荷跟从的电动汽车柔性充电控制策略，使得充电控制过程清楚且高效，且本装置成本低，无需额外加装设备，仅在某些小区接有集中公共充电站的变压器处投入一台负荷监测终端，以监测小区负荷数据，即打造了无感充电体验，满足了老旧小区充电的虚修，也能在满足变压器承载能力为前提下实现了柔性充电控制策略，不仅能前置化安全管控，还能充分唤醒闲置的配变负荷资源，保障电网安全可靠运行，有效缓解瞬间冲击负荷、平滑小区负荷曲线，进而减少负荷峰谷差、实现“削峰填谷”，同时满足老旧小区供电能力和承受能力。
41.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。