[发明专利]一种考虑可控域约束的电动汽车一次调频控制方法

权利要求书

1.一种考虑可控域约束的电动汽车一次调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立电动汽车充电行为特性模型：根据电动汽车实际运行数据，得到电动汽车充电起始时刻、充电结束时刻以及日均行驶里程的分布模型；

步骤2：建立电动汽车提供一次调频服务的可控域模型：

步骤2.1：确定充电功率与荷电状态之间的关系为：

其中，P_char代表电动汽车充电功率，P_con代表电动汽车恒功率充电状态下的充电功率；SOC为电动汽车电池的实时荷电状态值；SOC_max为电池过充临界值；SOC_exp为荷电状态期望值；

步骤2.2：将电动汽车电池的实时荷电状态值SOC及剩余充电时间作为约束条件，建立电动汽车一次调频可控域模型：

以电动汽车电池的实时荷电状态值SOC为纵坐标，以充电时间为横坐标；

用A点表示电动汽车开始充电的点，纵坐标对应荷电状态初始值SOC_start，横坐标对应充电起始时间t_sart；

用B点表示电动汽车从A点以恒定充电功率充电至SOC_exp的点，纵坐标对应荷电状态期望值SOC_exp；

用C点表示电动汽车在结束充电时荷电状态达到SOC_exp的点，纵坐标对应荷电状态期望值SOC_exp，横坐标对应充电结束时间t_end；

用D点表示电动汽车处于荷电状态过放临界值SOC_min时的强制充电点，纵坐标对应荷电状态过放临界值SOC_min，横坐标对应强制充电时间t_F；

用E点表示电动汽车从A点以最大放电功率放电到SOC_min的点，纵坐标对应荷电状态过放临界值SOC_min；

线段AB的斜率表示恒定充电功率，线段AE的斜率表示最大放电功率；

可控域的上边界即线段BC为SOC_exp，电动汽车在充电至SOC_exp后进入闲置状态；运行区域的下边界即线段ED为SOC_min，当电动汽车电池的荷电状态小于SOC_min时，电池处于过放电状态；

步骤2.3：为强制充电时间设置裕度值，电动汽车电池的荷电状态等于SOC_min时的强制充电时间t_F，通过以下公式确定：

其中，η_c为充电效率，t_mar为强制充电时间裕度，Q_d为电动汽车电池容量；

步骤3：建立可控域约束下的电动汽车一次调频控制功率输出模型：

步骤3.1：考虑荷电状态，当实时荷电状态值小于SOC_min时，为保护电池，不允许电池进行放电；当实时荷电状态值处于SOC_min和SOC_exp之间时，采用两段抛物线的放电控制策略，即

其中，P_dchar为放电功率，P_max为最大放电功率，SOC_mid为电池荷电状态中点，其值由式(4)确定：

步骤3.2：考虑电动汽车剩余充电时间，使得在提供一次调频服务时处于不同剩余充电时间和荷电状态的电动汽车输出功率不同，即电动汽车越接近强制充电边界，放电功率越小，直到电动汽车抵达强制充电边界时放电功率减小到零，电动汽车强制进入充电状态；据此得到修改后的电动汽车放电功率为

其中，P_{dchar_t}是考虑剩余充电时间影响的电动汽车放电功率；t为初始调频时间；

步骤4：提出电动汽车集群的一次调频优化控制方法。

2.根据权利要求1所述的考虑可控域约束的电动汽车一次调频控制方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

步骤4.1：为使电动汽车自适应地响应不同幅值的电网干扰，将集群中的电动汽车放电功率乘以由电网功率不平衡幅度确定的相同功率输出系数；从而得到电动汽车集群的总放电功率为

其中，P_total是电动汽车集群的总放电功率，n是电动汽车的数量，k是电动汽车处理不同电网干扰的自适应系数；P_{dchar_ti}是第i辆电动汽车考虑剩余充电时间影响的电动汽车放电功率；

步骤4.2：设置功率输出的可持续性指标来判断电动车集群在提供一次调频服务的时间t_{f_dur}内是否能稳定的输出功率；功率输出的可持续性指标为：

S_sus＝[(P_end-P_start)/P_start]*100％ (7)

其中，S_sus是可持续性指数，P_start是电动汽车集群在提供一次调频服务开始时刻的总输出功率，P_end是电动汽车集群在提供一次调频服务结束时刻的总输出功率；

步骤4.3：当电网受到干扰并需要电动汽车提供一次调频服务时，电动汽车集群将收集每个电动汽车的行为参数；之后将干扰引起的电网功率缺额P_s与电动汽车集群的最大总放电功率，即P_{total_max}进行比较，以确定电动汽车如何提供一次调频服务；对于不同的电网干扰，电动汽车集群的输出功率不同，即

步骤4.4：根据式(7)评估电动汽车提供一次调频服务时输出功率的可持续性；

当电动汽车集群不能满足可持续性指标要求时，电动汽车集群控制器将根据收集的单个电动汽车参数，将集群内提供一次调频服务过程中会达到充电边界的电动汽车，由输出功率从低到高的顺序依次停止功率输出，然后将P_s与P_{total_max}进行比较，直到达到可持续指标；

当电动汽车集群满足可持续性指标要求时，电动汽车集群控制器向电动汽车集群发送功率调节信号，处于可控域内的电动汽车开始提供一次调频服务；设置步长m以判断集群下的单个电动汽车从初始调频时间t开始，在调频时间内是否达到强制充电边界；如果电动汽车达到强制充电边界，则将其从放电状态转向充电状态；如果没有，将根据一次调频优化控制方法继续放电，然后继续下一个步长t+m内的判断；直到时间达到t_{f_dur}，电动汽车集群停止放电。