一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统及方法技术方案

本公开提供了一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统及方法，将负荷频率控制信号热水器，无法被热水器覆盖的频率控制信号分量被为第一热水器频率控制信号分量和第二热水器频率控制信号分量，并输入到频率控制信号发生器中；将由于响应速度和频率控制信号容量而不能被频率控制信号发生器覆盖的分量分别作为第一电动汽车频率控制信号分量和第二电动汽车频率控制信号分量输入到电动汽车中，将电动汽车无法涵盖的频率控制信号分量输入到储能系统；本公开实现了一种新的基于电动汽车和热水器的协调负荷频率控制，能够有效地抑制大范围内集成可再生能源的电网中的频率波动，克服了在电网中存在着频率波动和配电电压突变等问题。

A coordinated frequency control system and method for controllable load of electric vehicle and water heater

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统及方法
本公开涉及柔性负荷协调频率控制
，特别涉及一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统及方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。电网中存在着频率波动和配电电压突变等问题，采用储能系统是解决这些问题的有效途径之一。由于储能电池成本较高，将用户的用电设备通过电网需求响应控制来替代部分储能装置的应用引起了人们的广泛关注。这种应用的典型例子是电动汽车和电网互动技术(Vehicle-to-grid,V2G)，包含多台电动汽车(ElectricVehicle,EV)与电网之间的充电和放电控制的概念。有研究人员将V2G应用于负荷频率控制(Loadfrequencycontrol,LFC)，基于动态电网仿真对电网频率波动进行了评估。也有研究人员提出一种基于电动汽车的自动发电控制(Automaticgenerationcontrol,AGC)方法，分析了电动汽车参与电网调频特性。本公开专利技术人发现，尽管现有技术中已经对电动汽车或其他可控负荷的频率调节进行了研究，但均没有解决如何对整个电网进行LFC信号的调度问题。本专利技术提出了一种不仅可以跟踪电动车，还可以跟踪其他可控负荷的控制信号的方法。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统及方法，实现了基于电动汽车和热水器的协调负荷频率控制，能够有效地抑制大范围内集成分布式电源的电网中的频率波动，克服了在电网中存在着频率波动和配电电压突变等问题。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：本公开第一方面提供了一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统。一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统，包括中央负荷调度终端和多个本地控制终端，本地控制终端控制协调多台电动汽车和多个热水器，中央负荷调度终端通过双向通信网络与电动汽车和热水器之间进行信息交换；建立电动汽车和热水器协调频率控制系统模型、电动汽车调度模型和热水器调度模型，根据响应速度和可控容量将负荷频率控制信号发送给负荷频率控制信号发生器、储能系统、电动汽车和热水器，具体为：将热水器频率控制信号，无法被热水器覆盖的频率控制信号分量视为第一热水器频率控制信号分量和第二热水器频率控制信号分量，并输入到频率控制信号发生器中；将受限于响应速度和频率控制信号容量而不能被频率控制信号发生器覆盖的分量分别作为第一电动汽车频率控制信号分量和第二电动汽车频率控制信号分量输入到电动汽车中，将电动汽车无法涵盖的频率控制信号分量输入到储能系统。作为可能的一些实现方式，所述第一热水器频率控制信号分量通过时间常数Thpc和Tim的高通滤波器提取，具体的高通滤波器的表达式为：作为可能的一些实现方式，所述第一电动汽车频率控制信号分量由时间常数TH1＝5(s)的高通滤波器提取，具体的高通滤波器的表达式为：作为可能的一些实现方式，第一电动汽车频率控制信号分量和第二电动汽车频率控制信号分量，通过常数TH2＝200(s)的高通滤波器后输入到电动汽车中，具体的高通滤波器的表达式为：本公开第二方面提供了一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制方法。一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制方法，利用本公开第一方面所述的电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统，根据建立的电动汽车调度模型和热水器调度模型，得到电动汽车和总热水器的可控容量，并根据标称数据，得到负荷频率控制信号发生器和储能系统可控容量，根据响应速度和可控容量将负荷频率控制信号发送给负荷频率控制信号发生器、储能系统、电动汽车和热水器。作为可能的一些实现方式，中央负荷调度终端基于预设时间间隔更新一次的可控电动汽车的平均SOC(StateofCharge)信息，对电动汽车的负荷频率控制信号进行偏置，得到电动汽车的可控容量具体为：其中，为电动汽车可控容量上限，为电动汽车可控容量下限，ΔPbias为电动汽车对负荷频率控制信号的充电/放电偏置，CEV(t)为可控电动汽车的逆变器容量。作为进一步的限定，中央负荷调度终端产生范围内负荷频率控制信号，并通过本地控制终端将负荷频率控制信号和ΔPbias的总和发送给电动汽车，如果电动汽车的平均SOC低于80％或高于90％，电动汽车可控容量下限和容量上限分别视为零。作为可能的一些实现方式，当电动汽车的SOC控制在85％±5％时，电动汽车处于可控状态。作为可能的一些实现方式，将热水器分成多个组，中央负荷调度终端根据每组热水器的预期加热时间段的标准偏差和平均值，估算热水器的总功耗变化，确定启动时间和控制周期，并调度启动命令和负荷频率控制信号发送给本地控制终端，每个本地控制终端都以预设时间间隔随机启动其对应的热水器。作为可能的一些实现方式，第i组中热水器的总可控容量为：其中，是运行中的第i组热水器的总额定功耗，是第i组中第一个热水器启动时间，是第一个启动热水器的功耗稳定时间，是在开始的最后一个启动的热水器的功耗稳定时间。与现有技术相比，本公开的有益效果是：1、本公开所述的内容实现了基于电动汽车和热水器的协调负荷频率控制，能够有效地抑制大范围内集成分布式电源的电网中的频率波动，克服了在电网中存在着频率波动和配电电压突变等问题。2、本公开所述的LFC调度方法是一种集中控制，其中作为LFC信号的区域需求不仅被发送到LFC发生器，而且还根据响应速度和可控容量被发送到BESS(BatteryEnergyStorageSystem)、EV和HPWH(HeatPumpWaterHeater)，通过响应慢和控制容量进行协调负荷频率控制，极大的提高了负荷频率的控制能力。3、本公开所述的中央负荷调度终端基于每半小时更新一次的可控EV的平均SOC的信息，对电动汽车的LFC信号进行偏置，解决了具有TH2的高通滤波器无法完全消除LFC信号的长期波动且可控EV的SOC可能超出85％±5％的范围的问题。4、本公开将热水器分成多个组，中央负荷调度终端根据每组热水器的预期加热时间段的标准偏差和平均值，估算热水器的总功耗变化，确定启动时间和控制周期，并调度启动命令和负荷频率控制信号发送给本地控制终端，每个本地控制终端都以预设时间间隔随机启动其对应的热水器，避免了同时启动多个HPWH对电网产生重大影响。附图说明图1为本公开实施例1提供的频率分析模型示意图。图2为本公开实施例1提供的EV和HPWH的控制系统配置示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统，其特征在于，包括中央负荷调度终端和多个本地控制终端，多个电动汽车和多个热水器通过本地控制终端控制，中央负荷调度终端通过双向通信网络与电动汽车和热水器之间进行信息交换；/n建立电动汽车和热水器控制系统模型、电动汽车调度模型和热水器调度模型，根据响应速度和可控容量将负荷频率控制信号发送给负荷频率控制信号发生器、储能系统、电动汽车和热水器，具体为：/n将负荷频率控制信号热水器，无法被热水器覆盖的频率控制信号分量被为第一热水器频率控制信号分量和第二热水器频率控制信号分量，并输入到频率控制信号发生器中；/n将由于响应速度和频率控制信号容量而不能被频率控制信号发生器覆盖的分量分别作为第一电动汽车频率控制信号分量和第二电动汽车频率控制信号分量输入到电动汽车中，将电动汽车无法涵盖的频率控制信号分量输入到储能系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统，其特征在于，包括中央负荷调度终端和多个本地控制终端，多个电动汽车和多个热水器通过本地控制终端控制，中央负荷调度终端通过双向通信网络与电动汽车和热水器之间进行信息交换；
建立电动汽车和热水器控制系统模型、电动汽车调度模型和热水器调度模型，根据响应速度和可控容量将负荷频率控制信号发送给负荷频率控制信号发生器、储能系统、电动汽车和热水器，具体为：
将负荷频率控制信号热水器，无法被热水器覆盖的频率控制信号分量被为第一热水器频率控制信号分量和第二热水器频率控制信号分量，并输入到频率控制信号发生器中；
将由于响应速度和频率控制信号容量而不能被频率控制信号发生器覆盖的分量分别作为第一电动汽车频率控制信号分量和第二电动汽车频率控制信号分量输入到电动汽车中，将电动汽车无法涵盖的频率控制信号分量输入到储能系统。


2.如权利要求1所述的电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统，其特征在于，所述第一热水器频率控制信号分量通过时间常数Thpc和Tim的高通滤波器提取，具体的高通滤波器的表达式为：





3.如权利要求1所述的电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统，其特征在于，所述第一电动汽车频率控制信号分量由时间常数TH1＝9(s)的高通滤波器提取，具体的高通滤波器的表达式为：





4.如权利要求1所述的电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制系统，其特征在于，第一电动汽车频率控制信号分量和第二电动汽车频率控制信号分量，通过常数TH2＝600(s)的高通滤波器后输入到电动汽车中，具体的高通滤波器的表达式为：





5.一种电动汽车和热水器可控负荷协调频率控制方法，其特征在于，利用权利要求1-4任一项所述的可控负荷协调频率控制系统，根据建立的电动汽车调度模型和热水器调度模型，得到电动汽车和总热水器的可控容量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿奎，王启龙，侯广松，孙泉，李福建，孟楠，张新明，踪凯，孟会增，张超，于永进，邓帅，甄颖，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司菏泽供电公司，山东科技大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37