一种电动汽车与电网互动建模方法及模型与流程

1.本发明属于电力系统运行与控制领域，具体涉及一种电动汽车与电网互动建模方法及模型。


背景技术：

2.我国电动汽车的保有量快速增长，作为一种新型双向负荷，电动汽车可以通过有序充电、v2g等方式与电网进行灵活互动，提供移峰、调频、电压支撑、消纳可再生能源等多种服务，不仅能支撑以新能源为主体的新型电力系统构建，还可以为电动汽车、储能产业发展注入新动力。目前国内外已经有车网互动的示范工程，但是，电动汽车与电网互动的参与方较多，信息能力耦合关系复杂，角色关系复杂，缺乏一种车网互动的统一建模方式，对于车网互动的工程上的大规模推广有着一定的阻碍。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电动汽车与电网互动建模方法及模型，解决了背景技术中提到的问题。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种电动汽车与电网互动建模方法，包括以下步骤：
6.s1，结合电动汽车和电网互动过程中的角色的功能和相互之间的关系进行分析，得到对应角色的数据；
7.s2，根据角色的数据，建立电动汽车和电网互动过程中的任务结构、交互结构；
8.s3，根据角色的数据以及任务结构和交互结构，细化并分解每个角色在车网互动过程中的功能和关系，用组织协同行为方法的变量表示，使得互动过程对象不同、任务控制方式不同的车网互动过程可采用统一的结构化建模方法；
9.并且，所述电动汽车与电网互动的任务分为：电网给聚合商分配计划、电网控制边缘控制器、电网直接控制充电桩充电、聚合商给充电桩制定计划、边缘控制器对充电桩进行边缘控制和充电桩给电动汽车充电。
10.并且，所述电动汽车与电网互动的任务分为：电网给聚合商分配计划、电网控制边缘控制器、电网直接控制充电桩充电、聚合商给充电桩制定计划、边缘控制器对充电桩进行边缘控制和充电桩给电动汽车充电。
11.进一步地，所述电动汽车和电网互动过程中的交互结构包括：标识符、实体组成、角色组成、任务、角色担当限制以及任务结构。
12.进一步地，在所述电网给聚合商分配计划的任务中，电网和聚合商有着能量流动和信息流动，聚合商和电动汽车有着能量流动和信息流动；电网和聚合商之间的信息是双向流动的，电网和聚合商的能量是单向流动的，电网向聚合商输送能量。
13.进一步地，在所述电网控制边缘控制器的任务中，电网和边缘控制器之间存在着信息流动和能量流动，边缘控制器和电动汽车之间存在着信息流动和能量流动；电网和边
缘控制器之间的能量是是双向流动的，电网和边缘控制器之间的能量是单向流动的，电网向边缘控制器输送能量。
14.进一步地，在所述电网直接控制充电桩充电的任务中，电网和充电桩之间存在着能量流动和信息流动，充电桩和电动汽车之间存在着信息流动和能量流动；电网和充电桩之间的信息是双向流动的，电网和充电桩之间的能量是单向流动的，电网向充电桩输送能量。
15.进一步地，在所述聚合商给充电桩制定计划的任务中，聚合商和充电桩之间存在着能量流动和信息流动，充电桩和电动汽车之间存在着信息流动和能量流动；聚合商和充电桩之间的信息是双向流动的，聚合商和充电桩之间的能量是单向流动的，聚合商向充电桩输送能量。
16.进一步地，在所述边缘控制器对充电桩进行边缘控制的任务中，边缘控制器和充电桩之间存在着能量流动和信息流动，充电桩和电动汽车之间存在着信息流动和能量流动；边缘控制器和充电桩之间的信息是双向流动的，边缘控制器和充电桩之间的能量是单向流动的，边缘控制器向充电桩输送能量。
17.进一步地，在所述充电桩给电动汽车充电的任务中，电网和聚合商之间存在着能量和信息流动，电网和边缘控制器之间存在着能量和信息流动，电网和充电桩之间存在着信息和能量流动，聚合商和充电桩之间存在着信息和能量流动，边缘控制器和充电桩之间存在着信息和能量流动，充电桩和电动汽车之间存在着能量和信息流动；
18.充电桩和电动汽车之间的能量是双向流动的，充电桩和电动汽车的能量是单向流动的，充电桩给电动汽车提供能量。
19.进一步地，电动汽车与电网互动建模过程中的变量包括：电网、聚合商、聚合商工作人员、充电桩、电动汽车、电动汽车用户以及边缘控制器。
20.一种电动汽车与电网互动模型，使用上述方法构建。
21.本发明的有益效果：本发明考虑了电网和电动汽车的互动特征，将每一个子任务进行基于组织协同行为的建模，建立车网互动的结构化描述，来为电网调度人员和聚合商工作人员提供指导性建议，且便于车网互动工程大规模推广。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明车网互动建模流程图；
24.图2是本发明基于组织协同行为辨识的电动汽车与电网互动建模示意图；
25.图3是本发明运营商互动模式示意图；
26.图4是本发明边缘控制器和直控充电桩模式示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1-4所示，一种电动汽车与电网互动建模方法包括以下步骤：
29.s1，结合电动汽车和电网互动过程中的角色的功能和相互之间的关系进行分析；得到对应数据，例如聚合商方面的数据有：聚合商id、聚合商名称、充电站数量、充电桩数量、额定总功率、充电负荷可调节功率、充电负荷可调节时段等；
30.s2，根据s1得到的数据建立电动汽车和电网互动过程中的任务结构、交互结构等组织协同行为的结构；交互结构表示着角色的交互关系与层次，如电网与聚合商、电网与边缘控制器、聚合商与充电站、边缘控制器与充电桩等；任务结构描述角色要执行的任务以及完成任务的方式，如有序用电任务采用聚合商间接控制方式、边缘控制器间接控制方式或电网直接控制方式，给s3的细化并分解提供了基础；
31.s3，依据s1的角色的数据和s2中任务结构和交互结构，细化并分解每个角色在车网互动过程中的功能和关系，用组织协同行为方法的变量表示，使得互动过程对象不同、任务控制方式不同的车网互动过程可以采用统一的结构化建模方法。
32.s1中，角色的功能和相互之间的关系分析指：
33.如图2所示，根据车网互动的任务，结合所有角色的关系，将整个电网互动的任务分成六个子任务；这六个子任务分别是：电网给聚合商分配计划、电网控制边缘控制器、电网直接控制充电桩充电、聚合商给充电桩制定计划、边缘控制器对充电桩进行边缘控制和充电桩给电动汽车充电，每一个任务都可以将其建模和表征。
34.s2中，电动汽车和电网互动过程中的任务结构，如下表1所示：
[0035] 任务过程标识符任务结构电网给聚合商分配计划p
gapaigapa
电网控制边缘控制器p
gcecigcec
电网直接控制充电桩充电p
gdccpigdccp
聚合商给充电桩制定计划p
apcpiapcp
边缘控制器对充电桩进行边缘控制p
ecccpiecccp
充电桩给电动汽车充电p
cpcevicpcev
[0036]
表1任务过程的任务结构说明表
[0037]
s2中，电动汽车和电网互动过程中的交互结构包括：标识符、实体组成、角色组成、任务、角色担当限制、任务结构；具体说明如下表2：
[0038][0039]
[0040]
表2交互结构说明表
[0041]
下面分别列出车网互动过程中的六个子任务的交互结构：
[0042]
1)电动汽车与电网互动模型中的电网给聚合商分配计划交互结构如下表3所示：
[0043][0044]
表3电网给聚合商分配计划交互结构说明表
[0045]
表3中，阐述了电动汽车与电网互动模型中的交互结构，这个交互结构隶属于整体车网互动的任务结构；其中，id表示的是交互结构的标识符，entitycompos表示实体组成，该实体组成的意思是，需要有数量大于1的聚合商，ag》1是实体组成表达式，对于该任务中，不仅要有电网，而且需要有聚合商的参与；rolecompos表示角色组成，在聚合商的行为下，需要有数量大于1的电动汽车，ev》1是角色组成表达式，表示电动汽车的数量大于1，task表示任务，即电网给聚合商分配计划；roleenactrestrict表示角色担当限制，电网和聚合商有着能量和信息流动，聚合商和电动汽车有着能量流动和信息流动；taskrestrict表示任务结构，电网和电网调度人员，聚合商和聚合商工作人员之间的关系，由这些角色来执行任务。
[0046]
如图2所示的
①
过程，电网和聚合商之间的信息是双向流动的，电网给聚合商电价、电量等信息，而聚合商反映给电网发电需求，报价等信息，电网和聚合商的能量是单向流动的，电网向聚合商输送能量。
[0047]
2)电动汽车与电网互动模型中的电网控制边缘控制器交互结构如下表4所示：
[0048][0049]
表4电网控制边缘控制器交互结构说明表
[0050]
其中，表4中，ec》1表示边缘控制器的数量大于1，ev》1表示参与车网互动的电动汽车数量大于1，roleenactrestrict表示在电网和边缘控制器之间存在着信息流动和能量流动，边缘控制器和电动汽车之间存在着信息流动和能量流动，taskrestrict表示任务结构，是电网调度人员和边缘控制器之间的关系。
[0051]
如图2所示的
②
过程，电网和边缘控制器之间的能量是是双向流动的，电网给边缘控制器以控制指令等信息，边缘控制器反馈给电网输电信息，电网和边缘控制器之间的能
量是单向流动的，电网向边缘控制器输送能量。
[0052]
3)电动汽车与电网互动模型中的电网直接控制充电桩充电交互结构如下表5所示：
[0053][0054]
表5电网直接控制充电桩充电交互结构说明表
[0055]
其中，cp》1表示充电桩的数量大于1，，ev》1表示电动汽车的数量大于1，roleenactrestrict表示电网和充电桩之间存在着能量流动和信息流动，充电桩和电动汽车之间存在着信息流动和能量流动，taskrestrict表示任务结构，是电网调度人员和充电桩之间的关系。
[0056]
如图2所示的
③
过程，电网和充电桩之间的信息是双向流动的，电网给充电桩电价、电量等信息，充电桩反馈给电网以售电量信息，电网和充电桩之间的能量是单向流动的，电网向充电桩输送能量。
[0057]
4)电动汽车与电网互动模型中的聚合商给充电桩制定计划交互结构，如下
[0058]
表6所示：
[0059][0060]
表6聚合商给充电桩制定计划交互结构说明表
[0061]
其中，cp》1表示充电桩的数量大于1，，ev》1表示电动汽车的数量大于1，roleenactrestrict表示聚合商和充电桩之间存在着能量流动和信息流动，如图3所示，充电桩和电动汽车之间存在着信息流动和能量流动，taskrestrict表示任务结构，是聚合商和聚合商工作人员之间的关系以及电动汽车和电动汽车用户之间的关系。
[0062]
如图2所示的
④
过程，聚合商和充电桩之间的信息是双向流动的，聚合商给充电桩电价，电量等信息，充电桩反馈给聚合商以售电量和售电价信息，聚合商和充电桩之间的能量是单向流动的，聚合商向充电桩输送能量。
[0063]
5)电动汽车与电网互动模型中的边缘控制器对充电桩进行边缘控制交互结构，如下表7所示：
[0064][0065][0066]
表7边缘控制器对充电桩进行边缘控制交互结构
[0067]
其中，cp》1表示充电桩的数量大于1，，ev》1表示电动汽车的数量大于1，roleenactrestrict表示边缘控制器和充电桩之间存在着能量流动和信息流动，如图4所示，充电桩和电动汽车之间存在着信息流动和能量流动，taskrestrict表示任务结构，是电动汽车和电动汽车用户之间的关系。
[0068]
如图2所示的
⑤
过程，边缘控制器和充电桩之间的信息是双向流动的，边缘控制器给充电桩电价，电量等信息，充电桩反馈给边缘控制器以售电量和售电价信息，边缘控制器和充电桩之间的能量是单向流动的，边缘控制器向充电桩输送能量。
[0069]
6)电动汽车与电网互动模型中的充电桩给电动汽车充电交互结构，如下表8所示：
[0070][0071]
表8充电桩给电动汽车充电交互结构说明表
[0072]
其中，ag》1表示聚合商的数量大于1，ec》1表示边缘控制器的数量大于1，cp》1表示充电桩的数量大于1，上述三者是或的关系，满足一个即可，ev》1表示电动汽车的数量大于1，roleenactrestrict表示电网和聚合商之间存在着能量流动和信息流动，电网和边缘控制器之间存在着能量流动和信息流动，电网和充电桩之间存在着信息流动和能量流动，聚合商和充电桩之间存在着信息流动和能量流动，边缘控制器和充电桩之间存在着信息流动和能量流动，充电桩和电动汽车之间存在着能量流动和信息流动，taskrestrict表示任务结构，是电网和电网调度人员之间的关系，聚合商和聚合商工作人员之间的关系以及电动汽车和电动汽车用户之间的关系。
[0073]
如图2所示的
⑥
过程，充电桩和电动汽车之间的能量是双向流动的，充电桩给电动汽车提供报价和电量等信息，电动汽车给充电桩提供需求电量的信息和购买电价，充电桩和电动汽车的能量是单向流动的，充电桩给电动汽车提供能量。
[0074]
s3中，结合车网互动各个主体及角色之间的相关关系，对其中的元素进行变量化；具体如下表9所示：
[0075][0076]
表9任务符号表征表
[0077]
表9用来表征车网互动各个主体及角色，表格的上部分(电网、聚合商、聚合商工作人员、充电桩、电动汽车、电动汽车用户以及边缘控制器)是车网互动的变量，表格的下部(电网给聚合商分配计划、电网控制边缘控制器、电网直接控制充电桩充电、聚合商给充电桩制定计划、边缘控制器对充电桩进行边缘控制以及充电桩给电动汽车充电)是车网互动的任务。
[0078]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0079]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。