CN110868134A - 基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法，根据光伏出力情况、分时电价信息及负荷分布对一天进行时间划分，由于分时电价一般与负荷峰谷时段对应，故根据光伏出力和负荷特性将一天划分为3个时段：t1‑t2为光伏有出力时段，t2‑t3为光伏无出力且符合晚高峰时段，t3‑t4为光伏无出力且符合低谷时段；其中，t1、t2、t3、t4分别对应06:00、18:00、24:00和次日06:00；根据充电站能量管理实时性要求，将一天的管理周期设定为1440个，每个周期持续时间为1min。本发明动态的对充电站进行功率优化分配，不依赖预测数据，对站内电动汽车进行有序充电管理的同时消纳本地光伏出力，并缩小电网峰谷差。
Description
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，特别涉及基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法。
背景技术
近年来，全球能源危机日益突出，大气污染、全球气温上升的危害不断加剧，人们对能源与环境问题的关注也不断提高。在全球能源危机的大背景下，可再生能源与新能源汽车的有力结合毫无疑问将会推动电动汽车的发展。电动汽车因其从低碳电网获得能量补给的特性，不仅可以减小交通网络对气候变化的影响，而且在很大程度上降低了交通出行对化石燃料的依赖。它作为一种可持续发展的环境友好型交通工具，近些年来倍受大众的关注。光伏充电站将可再生能源与电动汽车就地集成，一方面可以实现可再生能源的就地消纳利用，有效提高可再生能源利用率，降低碳排放量，另一方面可以减少电动汽车发展对电网建设和能源结构调整带来的负担。
由于电动汽车负荷具有时空随机性的特征，电动汽车规模化的充电负荷将会产生电网峰谷差增大、扰乱配电网稳定运行等不良影响。如何减小电动汽车充电负荷对电网的冲击，以有利于电网安全经济运行为目标有序充电成为当前研究的热点。目前以光伏充电站为研究文献集中在可靠性分析、容量优化配置、配电系统设计等方面，目前充电站的能量管理方法都是运用优化算法进行日前的调度优化。但由于电动汽车停放行为和充电行为均具有很强的随机性，优化结果不一定适用于充电站的实时情况。因此不依赖预测数据的动态性功率优化分配算法研究尤为必要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于分时电价和负荷特性的光伏充电站三时段能量管理方法，以充电站当前的光伏发电、电动汽车充电情况为依据，动态的对充电站进行功率优化分配，不依赖预测数据，计算时间短，有效保证算的实时性和可操作性，对站内电动汽车进行有序充电管理的同时消纳本地光伏出力，并缩小电网峰谷差。
本发明具体为基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法，所述光伏电站三时段能量管理方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、根据光伏出力情况、分时电价信息及负荷分布对一天进行时间划分，由于分时电价一般与负荷峰谷时段对应，故根据光伏出力和负荷特性将一天划分为3个时段：t1-t2为光伏有出力时段，t2-t3为光伏无出力且符合晚高峰时段，t3-t4为光伏无出力且符合低谷时段；其中，t1、t2、t3、t4分别对应06:00、18:00、24:00和次日06:00；
步骤(2)、根据充电站能量管理实时性要求，将一天的管理周期设定为1440个，每个周期持续时间为1min；
步骤(3)、对充电站数据、居民小区负荷信息及当日电价信息进行初始化；
步骤(4)、判断在第t周期内光伏充电站是否有新车接入，若有新车接入，进入步骤(5)；若无新车接入，则判断是否处于新的计算时间点，若非新时间点，维持系统状态不变，若是新的时间计算点，则更新当前站内汽车充电状态和储能系统SOC，并进入步骤(7)；
步骤(5)、判断是否处于新的计算时间点，若非新时间点，按照第t周期的能量管理方案继续执行，并且将站内汽车的充电状态和储能系统SOC更新到第t+1周期的起始时刻；若处于新的时间计算点，则更新当前站内汽车充电状态和储能系统SOC；
步骤(6)、接收新接入汽车的充电信息，并计算第t+1周期的充电功率约束；
步骤(7)、更新光伏出力信息，并针对时段划分按照相应策略进行能量管理；
步骤(8)、输出每辆车的充电状态、储能系统充放电功率指令和充电站购电功率指令；
步骤(9)、判断是否到达终止时间，若到达则程序结束，未到达则返回步骤(4)。
进一步的，在t1-t2时段，比较光伏出力Ppv、最小充电功率Pmin,t和最大充电功率Pmax,t之间的关系，充分利用光伏出力对站内车辆进行充电；当Ppv≥Pmax,t时，按照最大充电功率对站内相应车辆进行充电，并将剩余的光伏功率给储能电池充电，若储能电池充满，光伏出力超出充电站消纳，则光伏并网发电；当Pmin,t≤Ppv≤Pmax,t时，按最小充电功率对站内相应车辆进行充电，将剩余功率给储能电池充电，若储能电池充满，将剩余光伏发电功率按照最晚充电时刻由近及远对车辆依次充电；当Ppv＜Pmin,t时，在满足最小充电功率条件下，尽量少地从配电网购电。
进一步的，在t2-t3时段，没有光伏发电，但负荷处于晚高峰时段，为了避免增加电网负担，此时充电策略为：当Pbt≥Pmin,t时，由储能电池对电动汽车充电；当Pbt＜Pmin,t时，储能电池以最大功率放电，剩余不足功率由配电网补充，若电池已达到最大放电深度，则需要增加购电；其中Pbt为储能电池放电功率。
进一步的，在t3-t4时段，为夜间负荷低谷时段同时为低电价时段，根据峰谷差价，在满足站内车辆充电需求和储能电池组约束条件下从配电网进行购电。
本发明的有益效果为：
(1)采用光伏充电站将可在生能源与电动汽车就地集成，可最大化本地消纳光伏出力，减小运营成本，提高可在生能源利用率，降低碳排放量；
(2)电动汽车光伏充电站采用直流母线集成方式，可实现光伏发电、储能系统和充电机的直流汇集，可减小损耗，提高系统的电能质量；
(3)以充电站当前的光伏发电、电动汽车充电情况为依据，动态的对充电站进行功率优化分配，不依赖预测数据，可保证算法的实时性和可操作性；
(4)采用三时段能量管理策略，可发挥其辅助作用减小电网峰谷差，实现充电站和电网的双赢；
(5)减小电动汽车充电运行随机性的影响，实现站内电动汽车的有序充电管理。
附图说明
图1为电动汽车光伏充电站的拓扑架构；
图2为本发明三时段能量管理方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法的具体实施方式做详细阐述。
图1为电动汽车光伏充电站的拓扑架构，上层接入10kV配电网，主体由光伏发电系统、储能系统、DC-DC变换器、AC-DC变换器、直流母线、充电机和能量管理系统组成。其中光伏发电系统所发直流电经DC-DC变换器汇入直流母线，是站内电动汽车充电的主要能量来源。储能系统主要承担能量存储和功率调节作用。DC-DC变换器在站内各能量单元与直流母线间进行单向或双向的能量传递。AC-DC变换器连接交流配电网与直流母线，是光伏充电站与配电网的接口。充电机为电动汽车充电终端，可以采集汽车充电信息，可通过控制实现对电动汽车的灵活充电。能量管理控制单元通过采集光伏、储能系统、充电机以及电价的实时信息，根据预先设计的能量管理策略控制各部分之间功率的有序流动。充电站的电动汽车主要分为刚性充电负荷和柔性充电负荷，刚性充电负荷为充电功率不接受充电站统一调节或不具有调节范围的电动汽车；柔性充电负荷为接受充电站统一调节，并且具有一定调节范围的电动汽车。
下面针对具体控制方法做如下阐述：
所提的三时段能量管理方法根据光伏出力情况、分时电价信息及负荷分布对一天进行时间划分。由于分时电价一般与负荷峰谷时段对应，故根据光伏出力和负荷特性将一天划分为3个时段：t1-t2为光伏有出力时段，t2-t3为光伏无出力且符合晚高峰时段，t3-t4为光伏无出力且符合低谷时段。其中，t1、t2、t3、t4分别对应06:00、18:00、24：00、次日06:00。鉴于充电站能量管理实时性要求，将一天的管理周期设定为1440个，每个周期持续时间为1min。
(1)t1-t2时段
该时段为光伏发电时段，同时包含白天负荷曲线高峰时段。该时段充分利用光伏发电，辅助以储能电池和电网购电。通过比较光伏出力Ppv，最小充电功率Pmin,t和最大充电功率Pmax,t之间的关系，充分利用光伏出力对站内车辆进行充电。若光伏发电功率较小，优先利用储能进行补充满足最小充电功率需求，减小负荷高峰时段的购电量。当Ppv≥Pmax,t时，按照最大充电功率对站内相应车辆进行充电，并将剩余的光伏功率给储能电池充电。若储能电池充满，光伏出力超出充电站消纳，则光伏并网发电。当Pmin,t≤Ppv≤Pmax,t时，按最小充电功率对站内相应车辆进行充电，将剩余功率给储能电池充电，若储能电池充满，将剩余光伏发电功率按照最晚充电时刻由近及远对车辆依次充电。当Ppv＜Pmin,t时，在满足最小充电功率条件下，尽量少地从配电网购电。
(2)t2-t3时段
此时段没有光伏发电，但负荷处于晚高峰时段，为了避免增加电网负担，此时充电策略为：当Pbt≥Pmin,t时，其中Pbt为储能电池放电功率，由储能电池对电动汽车充电。
当Pbt＜Pmin,t时，储能电池以最大功率放电，剩余不足功率由配电网补充，若电池已达到最大放电深度，则需要增加购电。
(3)t3-t4时段
此时段为夜间负荷低谷时段同时为低电价时段，可以根据峰谷差价，在满足站内车辆充电需求和储能电池组约束条件下从配电网进行购电。
图2为三时段能量管理策略流程图。基本策略为首先对充电站数据及居民小区负荷信息及电价信息进行初始化，然后判断在第t周期内光伏充电站是否有新车接入。有新车接入时候判断是否处于新的计算时间点，若非新时间点，则按照第t周期的能量管理方案继续执行，并且将站内汽车的充电状态和储能系统SOC到第t+1周期的起始时刻。若处于新的时间计算点，则更新当前站内汽车充电状态和储能系统SOC。进而接收新接入汽车的充电信息，并计算下一周期充电功率约束。更新光伏出力信息，并针对时段划分按照相应策略进行能量管理。输出每辆车的充电状态、储能系统充放电功率指令和充电站购电功率指令，进而判断是否到达终止时间，到达后程序结束，不到的话重新范围判断是否有车辆接入判断处执行。
若无新车接入，则判断是否有新的计算时间点，没有的话维持系统状态不变。有新的计算时间点则更新站内汽车充电状态和储能系统SOC信息。进而跳转到时段划分的能量管理策略处执行。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (4)
1.基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法，其特征在于，所述光伏电站三时段能量管理方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、根据光伏出力情况、分时电价信息及负荷分布对一天进行时间划分，由于分时电价一般与负荷峰谷时段对应，故根据光伏出力和负荷特性将一天划分为3个时段：t1-t2为光伏有出力时段，t2-t3为光伏无出力且符合晚高峰时段，t3-t4为光伏无出力且符合低谷时段；其中，t1、t2、t3、t4分别对应06:00、18:00、24:00和次日06:00；
步骤(2)、根据充电站能量管理实时性要求，将一天的管理周期设定为1440个，每个周期持续时间为1min；
步骤(3)、对充电站数据、居民小区负荷信息及当日电价信息进行初始化；
步骤(4)、判断在第t周期内光伏充电站是否有新车接入，若有新车接入，进入步骤(5)；若无新车接入，则判断是否处于新的计算时间点，若非新时间点，维持系统状态不变，若是新的时间计算点，则更新当前站内汽车充电状态和储能系统SOC，并进入步骤(7)；
步骤(5)、判断是否处于新的计算时间点，若非新时间点，按照第t周期的能量管理方案继续执行，并且将站内汽车的充电状态和储能系统SOC更新到第t+1周期的起始时刻；若处于新的时间计算点，则更新当前站内汽车充电状态和储能系统SOC；
步骤(6)、接收新接入汽车的充电信息，并计算第t+1周期的充电功率约束；
步骤(7)、更新光伏出力信息，并针对时段划分按照相应策略进行能量管理；
步骤(8)、输出每辆车的充电状态、储能系统充放电功率指令和充电站购电功率指令；
步骤(9)、判断是否到达终止时间，若到达则程序结束，未到达则返回步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法，其特征在于，在t1-t2时段，比较光伏出力Ppv、最小充电功率Pmin,t和最大充电功率Pmax,t之间的关系，充分利用光伏出力对站内车辆进行充电；当Ppv≥Pmax,t时，按照最大充电功率对站内相应车辆进行充电，并将剩余的光伏功率给储能电池充电，若储能电池充满，光伏出力超出充电站消纳，则光伏并网发电；当Pmin,t≤Ppv≤Pmax,t时，按最小充电功率对站内相应车辆进行充电，将剩余功率给储能电池充电，若储能电池充满，将剩余光伏发电功率按照最晚充电时刻由近及远对车辆依次充电；当Ppv＜Pmin,t时，在满足最小充电功率条件下，尽量少地从配电网购电。
3.根据权利要求1所述的基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法，其特征在于，在t2-t3时段，没有光伏发电，但负荷处于晚高峰时段，为了避免增加电网负担，此时充电策略为：当Pbt≥Pmin,t时，由储能电池对电动汽车充电；当Pbt＜Pmin,t时，储能电池以最大功率放电，剩余不足功率由配电网补充，若电池已达到最大放电深度，则需要增加购电；其中Pbt为储能电池放电功率。
4.根据权利要求1所述的基于分时电价和负荷特性的光伏电站三时段能量管理方法，其特征在于，在t3-t4时段，为夜间负荷低谷时段同时为低电价时段，根据峰谷差价，在满足站内车辆充电需求和储能电池组约束条件下从配电网进行购电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200306 |
|
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