光储充能量管理方法、系统

1.本发明涉及电网能量分配领域，具体涉及一种光储充能量管理方法、系统。


背景技术：

2.主要由光伏、储能、充电站组成的光储充一体化系统作为一种新兴的微电网，具备巨大的研究和发展潜力。光储充一体化系统在自给自足的孤岛运行或者与大电网并网运行的场景下，都可通过需求响应的手段促进供需侧的平衡，确保系统运行的可靠性和经济性。但若不考虑对系统的运行优化，不仅有可能会造成系统的经济性差，而且供电可靠性难以得到保障，甚至会让负荷长期处于缺电状态，对系统运行的稳定性带来严重影响。所以对光储充一体化系统运行优化技术的深入研究十分必要，只有设计合理的优化运行和调度方案，才能在保证供电可靠性的同时尽可能的减少投资运行成本，实现效益与效率的最大化。
3.目前，光储充策略很多缺少对电动汽车的实时监测可用能量来制定合理的管理策略，因此管理结果不太合理，应用中有诸多不合理。


技术实现要素：

4.本发明充分考虑各电动汽车的能量状态，充分考虑车主的设定的停车时间，合理制定了相应的能量管理策略。
5.本发明提供了一种光储充能量管理方法，包含以下步骤：
6.s1、模糊推理系统采集各电动车的状态数据，并根据各状态数据计算出各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源数值；
7.s2、将各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源的数值传递给智慧能源平台；
8.s3、智慧能源平台计算微电网的光伏系统发电量以及负载功率的差值，根据差值大小以及各电动车的可用能源数值设定各电动车的充放电的功率点；
9.s4、智慧能源平台根据各电动车的充放电的功率点控制微电网的运行模式。
10.优选地，所述s3中智慧能源平台计算负载功率与微电网光伏发电量的差值，根据差值设定各电动车的功率点：其中，差值计算公式为：
11.δp＝p
load-p
pv
12.其中δp为功率差值、p
load
为负载功率、p
pv
为光伏出力；
13.设定功率点根据以下公式进行：
[0014][0015]
其中p
s,m
为第m台电动汽车的功率点，c
v2gm
、c
g2vm
分别为第m台电动汽车的可用于v2g、g2v的可用电量，m表示电动车总数量。
[0016]
优选地，所述s4中微电网的运行模式依据以下条件进行：
[0017]
若δp≤0，则微电网运行模式一，包括控制微电网中的光伏系统对各电动车和储能系统进行充电；
[0018]
若δp＞0，且δp≤ps，则微电网运行模式二，包括控制至少一部分电动车参与v2g服务，协同光伏系统出力；
[0019]
若δp＞0，且δp＞ps，则微电网运行模式三，包括控制至少一部分储能系统和至少一部分电动车为负载提供能源；
[0020]
其中，充电站功率ps表示为：
[0021]
优选地，所述模式一中光伏系统处于最大功率点跟踪模式，若此时负载无法消纳，则光伏系统转为恒功率模式。
[0022]
优选地，所述模式二、模式三中光伏系统均处于最大功率点跟踪模式。
[0023]
优选地，设定所述功率点还包含以下约束条件：
[0024][0025]
若智慧能源平台算出功率点超出设定的功率上限则取功率上限值；若智慧能源平台算出功率点低于设定的功率下限则取功率下限值。
[0026]
优选地，所述s1还包含：模糊控制器根据电动车的状态数据并依据规则库的规则输出两个索引v2gn和g2vn，将两个索引的值分别乘以电动车容量获得该电动车可用于v2g或者g2v的可用能源c
v2g
和c
g2v
；
[0027]
其中，状态数据至少包含各电动车的荷电状态、停车时间。
[0028]
优选地，所述两个索引的值依据规则库中的规则分配；并且，v2gn的值与荷电状态、停车时间成正相关；g2vn的值与荷电状态、停车时间成负相关。
[0029]
本发明还提出一种光储充能量管理系统，包含：
[0030]
模糊控制器，设置在各充电站，用于获取在各充电站充电的各电动车的状态数据；
[0031]
规则库，与模糊控制器连接，设有用于判断电动车参与v2g或者g2v能力大小的规则；
[0032]
模糊控制器根据规则和各电动车的状态数据计算各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源；
[0033]
智慧能源平台，与微电网和模糊控制器连接，通过模糊控制器获取各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源，以及获取微电网光伏发电量和负载功率；
[0034]
智慧能源平台根据负载功率与光伏发电量的差值，分配各电动车用于v2g或者g2v的功率点
[0035]
优选地，所述模糊控制器包含两个模糊推理系统分别用于确定电动车参与v2g的准备状态和g2v的准备状态。
[0036]
本发明能够根据电动车的实时状态与车主设定的停车时间来有效的针对性的能量管理，有效消纳了新能源(光伏发电能源)，极大的提高了光储充微电网的经济性和灵活性，并且能够有效降低微电网与主电网的交互次数，提高电网的稳定性。
附图说明
[0037]
图1为本发明能量管理方法流程图；
[0038]
图2为本发明模糊控制器的控制框图；
[0039]
图3为本发明光储充微电网能量管理系统拓扑图；
[0040]
图4为本发明规则库的规则表；
[0041]
图5为本发明的模式系数表。
具体实施方式
[0042]
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的光储充能量管理方法、系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
[0043]
针对当前光储充微电网缺乏有效的优化手段，没能充分利用电动车的储能特性，从而造成光储充微电网负荷长期处于缺电状态，使微电网的经济性降低并影响了其安全性的问题。在并网模式下，预计主电网将吸收或产生微电网的平衡功率。设计的能源管理系统通过利用电动汽车电池的储备容量，最大限度地减少了这种对电网的依赖。此外，从光伏产生的剩余能量将用于给电池充电，而不是输出到主电网。这将缓解未来电动汽车预期的巨大充电负荷造成的配电设备过载。
[0044]
本发明提出的一种光储充能量管理方法以解决该问题，如图1所示，该方法包含以下步骤：
[0045]
s1、模糊控制器采集各电动车的状态数据，并根据各状态数据计算出各电动车可用于v2g(vehicle to grid，车到电网)或者g2v(grid to vehicle，电网到车)的可用能源数值；
[0046]
s2、将各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源的数值传递给智慧能源平台；
[0047]
s3、智慧能源平台计算微电网的光伏系统发电量以及负载功率的差值，根据差值大小以及各电动车的可用能源数值设定各充电站充放电的功率点；
[0048]
s4、智慧能源平台根据各充放电的功率点控制微电网的运行模式。
[0049]
如图2所示模糊控制器有两个模糊推理系统(fiss)，一个用于确定电动车参与v2g的准备状态，另一个用于确定g2v的准备状态。这是根据每辆电动车的状态数据确定的，状态数据包含电动车的瞬时荷电状态(soc)、停车时间(trd)。电动车soc一般由电动车电池管理单元估算，用于电动车推进控制。电动车车主可以将其停车时间输入充电站。
[0050]
所述s1中，模糊控制器根据电动车的状态数据并依据规则库的规则输出两个索引v2gn和g2vn，将两个索引的值分别乘以电动车容量获得该电动车可用于v2g或者g2v的可用能源c
v2g
和c
g2v
；两个索引分别是代表v2g服务能力的索引v2gn和代表g2v服务能力的索引g2vn。这两个索引分别代表每辆电动车在微电网中产生或消耗平衡功率的能力。两个模糊
推理系统分别将这些指标与相应的电动车的容量相乘，以确定每辆电动汽车用于v2g或者g2v服务的可用能源。所述两个索引的值依据规则库中的规则分配；并且，v2gn的值与荷电状态、停车时间成正相关；g2vn的值与荷电状态、停车时间成负相关。
[0051]
所述s3中智慧能源平台计算负载功率与微电网光伏发电量的差值，根据差值设定各电动车的功率点。其中，差值计算公式如下，
[0052]
δp＝p
load-p
pv
[0053]
δp为功率差值、p
load
为负载功率、p
pv
为光伏出力；
[0054]
设定功率点根据以下公式进行：
[0055][0056]
其中p
s,m
为第m台电动汽车的功率点，c
v2gm
、c
g2vm
分别为第m台电动汽车的可用于v2g、g2v的可用电量，m表示电动车总数量。
[0057]
本例中，在s3中设定所述功率点还包含以下约束条件：
[0058][0059]
若智慧能源平台算出功率点超出设定的功率上限则取功率上限值；若智慧能源平台算出功率点低于设定的功率下限则取功率下限值。
[0060]
进一步地，所述s4中微电网的运行模式依据以下条件进行：
[0061]
若δp≤0，则微电网运行模式一，包括控制微电网中的光伏系统对各电动车和储能系统进行充电；
[0062]
若δp＞0，且δp≤ps，则微电网运行模式二，包括控制至少一部分电动车参与v2g服务，协同光伏系统出力；
[0063]
若δp＞0，且δp＞ps，则微电网运行模式三，包括控制至少一部分储能系统和至少一部分电动车为负载提供能源；
[0064]
其中，充电站功率ps表示为：
[0065]
进一步地，所述模式一中负载的功率较低，仅光伏系统出功就可以满足负载功率，此时的储能系统和电动车处于充电状态，光伏系统处于最大功率点跟踪模式。若此时负载无法消纳，则光伏系统转为恒功率模式。
[0066]
所述模式二、模式三中光伏系统均处于最大功率点跟踪模式。模式二中负载的功率较大，仅光伏系统不能满足负载的功率需求，此时电动车进行v2g服务，协同光伏系统出力。模式三中为重负载状态，此时储能系统也参与进来，协同光伏系统、电动车一起出力。
[0067]
本发明还提出一种光储充能量管理系统，用于实现上述的管理方法，如图3所示，该系统包含：
[0068]
模糊控制器，设置在各充电站，用于获取在各充电站充电的各电动车的状态数据；
[0069]
规则库，与模糊控制器连接，设有用于判断电动车参与v2g或者g2v能力大小的规
则；
[0070]
模糊控制器根据规则和各电动车的状态数据计算各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源；
[0071]
智慧能源平台，与微电网和模糊控制器连接，通过模糊控制器获取各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源，以及获取微电网光伏发电量和负载功率；
[0072]
智慧能源平台根据负载功率与光伏发电量的差值，分配各电动车用于v2g或者g2v的功率点。
[0073]
所述模糊控制器包含两个模糊推理系统分别用于确定电动车参与v2g的准备状态和g2v的准备状态，并根据规则库的规则和电动车的状态数据输出可用于v2g或者g2v的可用能源的数值。该规则库的规则可参见图4、5，如图4所示，v2gn的值与荷电状态、停车时间成正相关；g2vn的值与荷电状态、停车时间成负相关。即电动车参与v2g服务的能力与其当前的荷电状态、和停车时间成正相关，相反的电动车参与g2v服务的能力与其当前荷电状态、和停车时间成负相关。如图4所示，本例中的索引值划分为四个档位，每个档位对应着不同的数值，该数值在满足上述规律条件下可根据使用者自由设定。本例中，当电动车的荷电状态满足30％＜soc≤50％，停车时间满足trd≥10h时，v2gn和g2vn索引分别为ⅳ和ⅱ档，如图5所示，而表示其应用于v2g和g2v能力的数值分别0.8～1和0.1～0.6。
[0074]
综上所述，本发明涉及一种基于模糊控制器的能量管理方法、系统，通过对负载功率的监测获取其大小，并通过负载功率需求的大小分为三种运行模式。模糊控制器评估电动车的状态，来确定电动车可用于v2g或g2v的可用能源大小，并将数据传输到智慧能源平台，智慧能源平台根据这些数据确定每个充电站的功率点，最后算出功率流的大小。
[0075]
本发明解决了光储充微电网优化调度策略不佳导致经济性不高的问题，并提高了微电网的系统稳定性。
[0076]
本发明能够根据电动车的实时状态与车主设定的停车时间来有效的针对性的能量管理，有效消纳了新能源，极大的提高了光储充微电网的经济性和灵活性，并且能够有效降低微网与主电网的交互次数，提高电网的稳定性。
[0077]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种光储充能量管理方法，其特征在于，包含以下步骤：s1、模糊推理系统采集各电动车的状态数据，并根据各状态数据计算出各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源数值；s2、将各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源的数值传递给智慧能源平台；s3、智慧能源平台计算微电网的光伏系统发电量以及负载功率的差值，根据差值大小以及各电动车的可用能源数值设定各电动车的充放电的功率点；s4、智慧能源平台根据各电动车的充放电的功率点控制微电网的运行模式。2.如权利要求1所述的光储充能量管理方法，其特征在于，所述s3中智慧能源平台计算负载功率与微电网光伏发电量的差值，根据差值设定各电动车的功率点：其中，差值计算公式为：δp＝p
load-p
pv
其中δp为功率差值、p
load
为负载功率、p
pv
为光伏出力；设定功率点根据以下公式进行：其中p
s,m
为第m台电动汽车的功率点，c
v2gm
、c
g2vm
分别为第m台电动汽车的可用于v2g、g2v的可用电量，m表示电动车总数量。3.如权利要求2所述的光储充能量管理方法，其特征在于，所述s4中微电网的运行模式依据以下条件进行：若δp≤0，则微电网运行模式一，包括控制微电网中的光伏系统对各电动车和储能系统进行充电；若δp＞0，且δp≤p
s
，则微电网运行模式二，包括控制至少一部分电动车参与v2g服务，协同光伏系统出力；若δp＞0，且δp＞p
s
，则微电网运行模式三，包括控制至少一部分储能系统和至少一部分电动车为负载提供能源；其中，充电站功率p
s
表示为：4.如权利要求3所述的光储充能量管理方法，其特征在于，所述模式一中光伏系统处于最大功率点跟踪模式，若此时负载无法消纳，则光伏系统转为恒功率模式。5.如权利要求3所述的光储充能量管理方法，其特征在于，所述模式二、模式三中光伏系统均处于最大功率点跟踪模式。6.如权利要求2所述的光储充能量管理方法，其特征在于，设定所述功率点还包含以下约束条件：若智慧能源平台算出功率点超出设定的功率上限则取功率上限值；
若智慧能源平台算出功率点低于设定的功率下限则取功率下限值。7.如权利要求1所述的光储充能量管理方法，其特征在于，所述s1还包含：模糊控制器根据电动车的状态数据并依据规则库的规则输出两个索引v2gn和g2vn，将两个索引的值分别乘以电动车容量获得该电动车可用于v2g或者g2v的可用能源c
v2g
和c
g2v
；其中，状态数据至少包含各电动车的荷电状态、停车时间。8.如权利要求7所述的光储充能量管理方法，其特征在于，所述两个索引的值依据规则库中的规则分配；并且，v2gn的值与荷电状态、停车时间成正相关；g2vn的值与荷电状态、停车时间成负相关。9.一种光储充能量管理系统，其特征在于，包含：模糊控制器，设置在各充电站，用于获取在各充电站充电的各电动车的状态数据；规则库，与模糊控制器连接，设有用于判断电动车参与v2g或者g2v能力大小的规则；模糊控制器根据规则和各电动车的状态数据计算各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源；智慧能源平台，与微电网和模糊控制器连接，通过模糊控制器获取各电动车可用于v2g或者g2v的可用能源，以及获取微电网光伏发电量和负载功率；智慧能源平台根据负载功率与光伏发电量的差值，分配各电动车用于v2g或者g2v的功率点。10.如权利要求9所述的光储充能量管理系统，其特征在于，所述模糊控制器包含两个模糊推理系统分别用于确定电动车参与v2g的准备状态和g2v的准备状态。

技术总结
本发明涉及一种光储充能量管理方法，包含以下步骤：S1、模糊推理系统采集各电动车的状态数据，并根据各状态数据计算出各电动车可用于V2G或者G2V的可用能源数值；S2、将各电动车可用于V2G或者G2V的可用能源的数值传递给智慧能源平台；S3、智慧能源平台计算微电网的光伏系统发电量以及负载功率的差值，根据差值大小以及各电动车的可用能源数值设定各电动车的充放电的功率点；S4、智慧能源平台根据各电动车的充放电的功率点控制微电网的运行模式。本发明极大的提高了光储充微电网的经济性和灵活性，并且能够有效降低微网与主电网的交互次数，提高电网的稳定性。提高电网的稳定性。提高电网的稳定性。


技术研发人员：陈少霞 金欣茹 张佳杰 张文博 范佳 张燕华 王佳 韩昕明 周荔丹 姚钢 朱轶辰
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/1