一种V2G直流充电桩的集群放电控制方法与流程

本发明涉及电动汽车与电网交互领域，尤其涉及一种v2g直流充电桩的集群放电控制方法。

背景技术：

电动汽车属于新能源汽车的一种，它是以电池作为能量，通过控制器、电机等部件将电能转化成机械能。未来15年纯电动和插电式混合动力汽车的产销量将占到汽车总产销量相当的比例，占汽车保有量的比例将逐年快速提升。

随着智能电网的发展，当电网负荷较高时，由电动汽车储能电池向电网馈电；当电网负荷较低时，用来存储电网中过剩的发电量，避免造成浪费。通过这种方式，电动汽车可以在电价较低时从电网买电，电网电价较高时向电网售电。然而，针对电动汽车的放电功率，现有的研究仅仅是通过预先设定好相应的放电功率，然后一旦有放电指令，电动汽车即按照相应设定好的功率进行放电，并没有实时的参与到整个微网系统的能量调度中，也无法实时的对当前的供电环境进行较好的反馈，无法充分发挥储能系统在微网中所起到的作用。

现有集群控制策略的不足：在微网削峰填谷应用环境下，能量管理系统采集配网高压侧的需量数据。v2g充电桩上报放电起始时刻、终止时刻、放电电量及最大放电功率数据给能量管理系统。电动汽车与v2g充电桩交互，能量管理根据系统内接入的电动车的数据，系统计算出每一台v2g充电桩在放电时段内的平均输出功率pout。由于交直流混合变换模块存在转换效率η，转换效率函数为η=f(pout)。由于能量管理系统下发给v2g充电桩的输出功率pout大概率不会落在交直流混合变换模块最佳功率转换范围[pmin,pmax]内，导致交直流混合变换模块能量转换效率低，造成电能量的损耗，降低了电动车用户的收益。所以基于上述问题，亟需一种方法来解决相应的问题。

技术实现要素：

在满足微网削峰的应用情况下，电动汽车向电网放电，电动汽车与v2g充电桩交互完成后，能量管理根据系统内接入的电动车的数据，系统计算出每一台v2g充电桩在放电时段内的平均输出功率pout。为保证输出功率pout大概率落在交直流混合变换模块最佳功率转换范围内，使得交直流混合变换模块工作在最佳效率点，减少系统交直流转换的损耗的目的，本发明的提供了一种v2g直流充电桩的集群放电控制方法，本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤s1：电动汽车车主输入电动汽车期望的放电开始时刻、放电结束时刻及放电电量；

步骤s2：v2g充电桩通过can总线与电动汽车交互，获取电动汽车当前的荷电状态、额定最大放电功率和车辆额定容量；

步骤s3：v2g充电桩上报接入的电动汽车的参数至能量管理系统，参数包括放电起始时刻、终止时刻、放电电量、车辆荷电状态、额定最大输出功率、车辆额定容量、v2g充电桩输出功率与能量转换效率的映射表；

步骤s4：能量管理系统根据参数计算出v2g充电桩放电结束时刻期望的荷电状态，并计算出v2g充电桩当前的放电优先级pri，能量管理系统根据放电优先级调度放电，并控制v2g充电桩的功率在最佳能量转换点。

从步骤s1至s4中可以得出该方法的优点：能量管理系统根据放电优先级调度放电，控制v2g充电桩的功率在最佳能量转换点，这样能减少系统交直流转换的损耗，降低交直流混合变换模块产生的热量。除此之外，用户在峰时将空闲的电动车放电，向电网供电售电，这样能提高电动车储能电池能量的利用率，增加向电网输出的总电量。此外还能增加用户参与v2g的收益，提高用户积极性。

具体的，步骤s4中，v2g充电桩放电结束时刻期望的荷电状态的计算公式如公式(2)所示，

对于第n台v2g充电桩的放电结束时刻期望的荷电状态：

(2)

式(2)中：对于第n台电动汽车，为电动汽车当前的荷电状态、qdischarge(n)为车辆放电电量，为电动车的额定容量。

具体的，步骤s4中放电优先级的计算公式如下，假设第一台v2g充电桩至第n台v2g充电桩的放电优先级分别为pri(1)，pri(2)…pri(n)，则第n台v2g充电桩的优先级pri(n)为：

(1)

式(1)中：对于第n台电动汽车，为电动汽车放电结束时刻，为电动汽车期望放电开始时刻，为电动汽车放电开始时刻的荷电状态，为电动汽车放电结束时刻期望的荷电状态，为电动车的额定容量，pnbest为第n台v2g充电桩在最佳效率转换点输出功率。

具体的，在步骤s4中，为了将每个v2g充电桩输出时的功率落在交直流变换最佳功率转换范围内，所以能量管理系统根据放电优先级调度放电控制v2g充电桩的功率在最佳能量转换点，其具体方法如下，

步骤s41：如果电网侧功率需量pdemand大于等于所有v2g充电桩的输出功率pbest，则v2g充电桩在最佳效率转换点输出，其输出功率pbest的计算公式如公式(3)所示：

(3)

式中：第1台v2g充电桩至第n台v2g充电桩在最佳效率转换点输出功率为p1best，p2best…pnbest；

步骤s42：如果电网侧功率需量pdemand小于所有v2g充电桩的输出功率pbest，按照v2g充电桩的放电响应优先级在集合s中调出子集st，使得子集st满足条件(a)和条件(b)并使得不等式(4)、(5)、(6)同时成立，这样使得v2g充电桩在最佳效率转换点输出。其中集合s为第1台至第n台v2g充电桩的map1{pri(1)，p1best}，map2{pri(2)，p2best}，…mapn{pri(n)，pnbest}组成的集合，mapn{pri(n)，pnbest}为第n台v2g充电桩的放电响应优先级pri(n)与最佳效率转换点输出功率pnbest组成的集合，pnbest为v2g充电桩在最佳效率转换点的输出功率。

条件（a）：集合st中元素的个数为m，且所有map的优先级项的和是在集合s中相同元素个数优先级和的最小值。设集合st中所有map的优先级项的和，在集合s中元素任意取m个元素，优先级项的和，则满足以下不等式(4)；

（4）

条件（b）：集合st中所有map的最佳效率转换点的输出功率的和，设集合st在集合s中的补集为su，su对应的是没有参与调度的v2g充电桩，集合su中任意元素的最佳效率转换点的输出功率为τ，电网侧功率需量pdemand为λ，则满足以下不等式(5)和不等式(6)

ψ≤λ(5)

ψ+τ>λ(6)

λ与ψ的差值代表需要补足的功率，即δ。在集合su中找到一个元素，在输出功率δ的情形下，该元素对应的v2g充电桩工作在效率最优点。每一台v2g充电桩都有一个输出功率与转换效率对应的曲线。将需要补足的功率δ代入到每个v2g充电桩的输出功率与转换效率对应的曲线f(curve)，得到每个桩的转换效率，然后取其中效率值最大的v2g充电桩输出需要补足的功率δ。

附图说明

图1是一种v2g直流充电桩的集群放电控制方法的流程图；

图2是电动汽车向电网放电的系统示意图；

图3是在放电模式下，v2g充电桩在不同输入电压情形下的输出功率与转换效率曲线。

具体实施方式

本发明的提供了一种v2g直流充电桩的集群放电控制方法，其流程图如图1所示，本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤s1：为方便用户在峰时将空闲的电动车放电，向电网供电售电，提高电池利用率，用户可输入电动汽车期望的放电开始时刻、放电结束时刻及放电电量；

步骤s2：v2g充电桩通过can总线与电动汽车交互，获取电动汽车当前的荷电状态、额定最大放电功率和车辆额定容量；

步骤s3：v2g充电桩上报接入电动汽车的参数至能量管理系统，参数包括放电起始时刻、终止时刻、放电电量、车辆荷电状态、额定最大输出功率、车辆额定容量、v2g充电桩输出功率与能量转换效率的映射表；

步骤s4：能量管理系统上报接入电动汽车车辆当前荷电状态、车辆放电电量及车辆额定容量计算出车辆放电结束时刻期望的荷电状态，其中的计算公式如公式(2)所示：(2)

式(2)中：对于第n台电动汽车，为该电动汽车当前的荷电状态、qdischarge(n)为该电动汽车放电电量，为该电动汽车的额定容量。

然后能量管理系统计算当前v2g充电桩的放电优先级pri(n)，放电优先级pri(n)的计算公式如公式(1)所示，

(1)

式(1)中：对于第n台电动汽车，为电动汽车放电结束时刻，为电动汽车期望放电开始时刻，为电动汽车放电开始时刻的荷电状态，为电动汽车放电结束时刻期望的荷电状态，为电动车的额定容量，pnbest为第n个v2g充电桩在最佳效率转换点输出功率。

接下来，能量管理系统在任意时刻内总是优先调度优先级高的车辆放电控制v2g充电桩的功率在最佳能量转换点，减少v2g充电桩的交直流转换模块的损耗，减少产热提高能源利用率。其中控制v2g充电桩的功率在最佳能量转换点通常有两种情况：

第一种情况：如果电网侧功率需量pdemand大于等于所有v2g充电桩的输出功率pbest，则v2g充电桩在最佳效率转换点输出，输出功率pbest的计算公式如公式(3)所示：

(3)

式中：第1台v2g充电桩至第n台v2g充电桩在最佳效率转换点输出功率为p1best，p2best…pnbest；

第二种情况：如果电网侧功率需量pdemand小于所有v2g充电桩的输出功率pbest，则按照v2g充电桩的放电响应优先级在集合s中调出子集st，使得子集st满足条件(a)和条件(b)并使得不等式(4)、(5)、(6)同时成立，集合s为第1台至第n台v2g充电桩的最佳效率转换点的输出功率p与放电响应优先级pri组成的集合，即map1{pri(1)，p1best}，map2{pri(2)，p2best}，…mapn{pri(n)，pnbest}组成的集合，mapn{pri(n)，pnbest}为第n台v2g充电桩的放电响应优先级pri(n)与输出功率pnbest组成的集合，pnbest为第n台v2g充电桩在最佳效率转换点的输出功率。

条件（a）：集合st中元素的个数为m，且所有map的优先级项的和是在集合s中相同元素个数优先级和的最小值。设集合st中所有map的优先级项的和，在集合s中元素任意取m个元素，优先级项的和，则满足以下不等式(4)：

（4）

条件（b）：集合st中所有map的最佳效率转换点的输出功率的和，设集合st在集合s中的补集为su，集合su中任意元素的最佳效率转换点的输出功率为τ，电网侧功率需量pdemand为λ，则满足以下不等式(5)和不等式(6)：

ψ≤λ(5)

ψ+τ>λ(6)

λ与ψ的差值代表需要补足的功率，即δ。在集合su中找到一个元素，在输出功率δ的情形下，该元素对应的v2g充电桩工作在效率最优点。每一台v2g充电桩都有一个输出功率与转换效率对应的曲线。将需要补足的功率δ代入到每个v2g充电桩的输出功率与转换效率对应的曲线f(curve)，得到每个桩的转换效率，然后取其中效率值最大的v2g充电桩输出需要补足的功率δ。如图3所示，在放电模式下，v2g充电桩在输入电压为300v和400v情形下的输出功率与转换效率曲线。当输入电压为300v，输出功率为6700w时，转换效率达到93%，转换效率最高，达到最佳转换点。当输入电压为400v，输出功率为10000w时，转换效率达到94%，转换效率最高，达到最佳转换点。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。