基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽車數量動態變化模擬方法

2023-05-10 01:41:06 1

基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽車數量動態變化模擬方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽車數量動態變化模擬方法，屬於電動汽車及其接入電網【技術領域】。本方法包括以下步驟：步驟一：初始化電動汽車相關參數；步驟二：判斷電動汽車類別，根據不同的類別分別確定出所有電動汽車的入/出可控狀態時刻表；步驟三：統計分析時刻表，得到區域內每一時刻的入可控狀態電動汽車數量N'in(ti)和出可控狀態電動汽車數量N'out(ti)；步驟四：計算入/出可控狀態的累計車輛數；步驟五：計算可控電動汽車的數量。本方法能夠很好的計算出區域內可控電動汽車的數量，計算得出各類可控電動汽車參與系統調頻的數量動態變化，同時，填補了該【技術領域】的空白，為深入研究電動汽車參與系統調頻，奠定了堅實的理論基礎。
【專利說明】基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽車數量動態變化 模擬方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於電動汽車及其接入電網【技術領域】，涉及一種基於蒙特卡洛的電力系統 調頻可控電動汽車數量動態變化模擬方法。

【背景技術】
[0002] 電動汽車與電網互動（Vehicle-to-Grid，V2G)技術，是指電動汽車在受控狀態 下，實現與電網信息和能量的雙向交換的一種新型技術。該技術強調的是電動汽車電池除 了從電網吸收能量外，必要的時候可以將電池能量反饋給電網。V2G系統是集電力電子、通 信、調度、計量和負荷需求側管理等眾多技術於一體的高端綜合應用系統，它體現的是電動 汽車電池的儲能作用。利用V2G技術，可以使電動汽車向電網提供多種輔助服務，如：削峰 填谷、頻率調整、旋轉備用等。
[0003] 只有當電動汽車處於可控狀態時，電動汽車才能向電網提供頻率調整輔助服務， 即電動汽車參與電力系統調頻。因此，研究某個時段電動汽車參與調頻時，必須首先得到該 時段範圍內可控電動汽車數量的變化情況，才能進一步研究電動汽車如何參與系統調頻， 及其對整個區域電力系統頻率的影響。
[0004] 目前，對某個時段內參與系統調頻的可控電動汽車數量變化研究較為少見。國外 一些國家已有一定規模實際運營的電動汽車，可得到部分電動汽車接入電網數量的實際數 據，進而估算參與系統調頻的可控電動汽車數量變化。而國內，電動汽車尚處於初期市場推 廣階段，電動汽車的數量很有限，缺少實際數據作為研究支持，且國內針對電動汽車參與系 統調頻的研究並不多見，缺乏參與系統調頻的可控電動汽車數量變化的算法研究。
[0005] 因此，目前急需一種能夠對電力系統調頻可控電動汽車數量動態變化進行合理估 計的方法。


【發明內容】

[0006] 有鑑於此，本發明的目的在於提供一種基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽 車數量動態變化模擬方法，該方法通過採用蒙特卡洛方法來隨機模擬電動汽車的運行情 況，進而統計區域內可控電動汽車的數量。
[0007] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0008] -種基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽車數量動態變化模擬方法，包括以 下步驟：
[0009] 步驟一：初始化電動汽車相關參數；
[0010] 步驟二：判斷電動汽車類別，根據不同的類別分別確定出所有電動汽車的入/出 可控狀態時刻表；
[0011] 步驟三：統計分析時刻表，得到區域內每一時刻的入可控狀態電動汽車數量 ν' in(ti)和出可控狀態電動汽車數量ν'^ai);
[0012] 步驟四：計算入/出可控狀態的累計車輛數；
[0013] 步驟五：計算可控電動汽車的數量。
[0014] 進一步，在步驟二中，電動汽車類別可以分為電動公交車、電動公務車、電動私家 車；其中：
[0015] 電動公交車和電動公務車通過如下步驟得到入/出可控狀態時刻表：
[0016] 1)確定電動汽車接入電網的時刻；
[0017] 2)抽取起始荷電狀態值；
[0018] 3)計算充電時長；
[0019] 4)計算入可控狀態時刻；
[0020] 5)確定出可控狀態時刻；
[0021] 6)得到電動公交車和電動公務車的入/出可控狀態時刻表；
[0022] 電動私家車通過如下步驟得到入/出可控狀態時刻表：
[0023] 1)確定接入電網時刻所屬時段；
[0024] 2)抽取接入電網時刻；
[0025] 3)抽取起始荷電狀態值；
[0026] 4)計算充電時長；
[0027] 5)計算入可控狀態時刻；
[0028] 6)確定出可控狀態時刻所屬時段；
[0029] 7)抽取出可控狀態時刻；
[0030] 8)得到電動私家車的入/出可控狀態時刻表。
[0031] 進一步，在步驟二中，採用蒙特卡洛方法對數據進行統計分析，得到區域內所有電 動汽車的入/出可控狀態時刻表。
[0032] 本發明的有益效果在於：本發明提供了一種基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電 動汽車數量動態變化模擬方法，能夠很好的計算出區域內可控電動汽車的數量，計算得出 各類可控電動汽車參與系統調頻的數量動態變化，同時，填補了該【技術領域】的空白，為深入 研究電動汽車參與系統調頻，奠定了堅實的理論基礎。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0034] 圖1為本發明所述方法的流程示意圖；
[0035] 圖2為電動汽車的狀態轉換示意圖；
[0036] 圖3為可控電動汽車的數量變化情況。

【具體實施方式】
[0037] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0038] 圖1為本發明所述方法的流程示意圖，如圖所示，本方法包括以下步驟：步驟一： 初始化電動汽車相關參數；步驟二：判斷電動汽車類別，根據不同的類別分別確定出所有 電動汽車的入/出可控狀態時刻表；步驟三：統計分析時刻表，得到區域內每一時刻的入可 控狀態電動汽車數量n' in(ti)和出可控狀態電動汽車數量ν'^ai);步驟四：計算入/出 可控狀態的累計車輛數；步驟五：計算可控電動汽車的數量。
[0039] 其中，在步驟二中，採用蒙特卡洛方法對數據進行統計分析，得到區域內所有電動 汽車的入/出可控狀態時刻表。電動汽車類別可以分為電動公交車、電動公務車、電動私家 車；電動公交車和電動公務車通過如下步驟得到入/出可控狀態時刻表：1)確定電動汽車 接入電網的時刻；2)抽取起始荷電狀態值；3)計算充電時長；4)計算入可控狀態時刻；5) 確定出可控狀態時刻；6)得到電動公交車和電動公務車的入/出可控狀態時刻表；電動私 家車通過如下步驟得到入/出可控狀態時刻表：1)確定接入電網時刻所屬時段；2)抽取接 入電網時刻；3)抽取起始荷電狀態值；4)計算充電時長；5)計算入可控狀態時刻；6)確定 出可控狀態時刻所屬時段；7)抽取出可控狀態時刻；8)得到電動私家車的入/出可控狀態 時刻表。
[0040] 為了對本方法進行充分闡述，現對電動汽車的狀態情況進行如下說明：
[0041] 如圖2所示，通常，相比各種停車地點上停放的汽車數量，在路上行駛的汽車數量 是極少的。同樣，在電動汽車大量普及的未來，這樣的情況是相似的。電動汽車將來能夠在 諸如工作單位停車場、居民小區停車場、商業娛樂區停車場等各種停車地點，快捷方便地通 過電源插頭接入電網。
[0042] 電動汽車狀態包括行駛狀態、充電狀態、可控狀態和空閒狀態。電動汽車不斷在這 4個狀態間進行轉換。
[0043] 行駛狀態：
[0044] 車主出於駕駛的需求而拔出電動汽車電源插頭，使得電動汽車脫離電網。電動汽 車由空閒狀態或可控狀態（由此狀態轉出，屬於出可控狀態）轉為行駛狀態。
[0045] 充電狀態：
[0046] 車主到達目的地後，插入電動汽車電源插頭為電池充電，電動汽車隨即接入電網。 對於接入電網時間較短的電動汽車，其狀態立即由行駛狀態轉為充電狀態；對於接入電網 時間較長的電動汽車，只有接入電網時的初始荷電值SOC tl小於入可控狀態時的入可控荷電 值S0Cm，其狀態才由行駛狀態轉為充電狀態。此外，處於可控狀態的電動汽車由於參與系統 調頻，可能導致其SOC過低，則電動汽車可以由可控狀態轉為充電狀態（此情況也屬於出可 控狀態），以保證電動汽車在進入行駛狀態前，擁有足夠的S0C，如圖2中虛線所示。需要指 出的是，處於充電狀態的電動汽車不能響應系統調頻控制信號。
[0047] 可控狀態：
[0048] 若電動汽車接入電網的時間較短，那麼其參與系統調頻的效果不明顯。因此，對於 接入電網時間較長的電動汽車，如果SOC tl SOCm，電動汽車接入電網後，可跳過充電狀態， 由行駛狀態直接轉為可控狀態。以上兩種情況均屬於入可控狀態。只有處於可控狀態的電 動汽車，才能響應系統調頻控制信號，從而向電網提供調頻服務。
[0049] 隨著系統頻率的波動，在電動汽車參與調頻過程中，其電池將適時地充放電，以響 應系統調頻控制信號，從而引起電池 SOC產生波動。為防止電池過度充電，可限定SOC上 限為SOCmax。同樣，為避免電池過度放電，可限定SOC下限為SOC min。在限定SOC下限SOCmin 時，若考慮電動汽車車主用車時間的隨機性以及對車輛續航的要求，則SOCmin值較大；若不 考慮上述因素，僅為了避免電池過度放電，則SOCmin值較小。電動汽車電池 SOC的波動範圍 在（S0Cmin，SOCmax)之間。
[0050] 上述SOCm可由式（1)計算得到。

【權利要求】
1. 一種基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽車數量動態變化模擬方法，其特徵在 於；包括W下步驟： 步驟一：初始化電動汽車相關參數； 步驟二：判斷電動汽車類別，根據不同的類別分別確定出所有電動汽車的入/出可控 狀態時刻表； 步驟H;統計分析時刻表，得到區域內每一時刻的入可控狀態電動汽車數量N'h(ti) 和出可控狀態電動汽車數量N'wt(ti); 步驟四：計算入/出可控狀態的累計車輛數； 步驟五；計算可控電動汽車的數量。
2. 根據權利要求1所述的一種基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽車數量動態 變化模擬方法，其特徵在於：在步驟二中，電動汽車類別可W分為電動公交車、電動公務車、 電動私家車；其中： 電動公交車和電動公務車通過如下步驟得到入/出可控狀態時刻表： 1) 確定電動汽車接入電網的時刻； 2) 抽取起始荷電狀態值； 3) 計算充電時長； 4) 計算入可控狀態時刻； 5) 確定出可控狀態時刻； 6) 得到電動公交車和電動公務車的入/出可控狀態時刻表； 電動私家車通過如下步驟得到入/出可控狀態時刻表： 1) 確定接入電網時刻所屬時段； 2) 抽取接入電網時刻； 3) 抽取起始荷電狀態值； 4) 計算充電時長； 5) 計算入可控狀態時刻； 6) 確定出可控狀態時刻所屬時段； 7) 抽取出可控狀態時刻； 8) 得到電動私家車的入/出可控狀態時刻表。
3. 根據權利要求1所述的一種基於蒙特卡洛的電力系統調頻可控電動汽車數量動態 變化模擬方法，其特徵在於：在步驟二中，採用蒙特卡洛方法對數據進行統計分析，得到區 域內所有電動汽車的入/出可控狀態時刻表。
【文檔編號】G06F9/455GK104461689SQ201410723008
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】張謙, 周林, 付志紅, 張淮清, 李春燕, 夏維建 申請人:重慶大學, 國家電網公司, 國網重慶市電力公司永川供電分公司