基于层次分析法的充电桩有序充电策略检测与评价方法_梁言贺.pdf

基于层次分析法的充电桩有序充电策略检测与评价方法梁言贺，宫游，刘惠颖，文茹馨，王晓宇，胡恒(国网黑龙江省电力有限公司供电服务中心，哈尔滨 150000)摘要:充电桩的快速发展带来便利的同时其充放电行为给电网的安全稳定造成了巨大的影响，因此有序充电技术营运而生。现阶段充电桩有序充电功能缺乏有效的检测手段，无法判断有序充电策略是否执行，策略执行效果无法评价。因此，提出了现场充电桩+能源控制器+检测装置+云平台的规模化充电桩有序充电策略检测系统。文章设计了检测装置硬件结构及通信方式;建立了多场景多时间尺度的用电需求模拟模型;设计了基于云平台的检测软件;构建了有序充电策略评价模型。实现规模化充电桩有序充电策略检测与评价。关键词:充电桩;有序充电;策略检测;策略评价DOI:10 19753/j issn1001-1390 2023 04 006中图分类号:TM910 6文献标识码:B文章编号:1001-1390(2023)04-0041-07Testing and evaluation method of orderly charging strategyfor charging piles based on hierarchical analysisLiang Yanhe，Gong You，Liu Huiying，Wen uxin，Wang Xiaoyu，Hu Heng(Power Supply Service Centre，State Grid Heilongjiang Electric Power Co，Ltd，Harbin 150000，China)Abstract:The rapid development of charging piles has brought convenience However，their charging and discharging be-havior has a huge impact on the safety and stability of the power grid For this end，the orderly charging technology has e-merged At this stage，the charging piles lack effective means of detecting the orderly charging function It is impossibleto judge whether the orderly charging strategy is being implemented The effect of strategy implementation cannot be evalu-ated either Therefore，this paper proposes a large-scale charging pile orderly charging strategy detection system with on-site charging pile+energy controller+detection device+cloud platform Firstly，the hardware structure and communica-tion method of the detection device are designed Then，a multi-scene and multi-time scale electricity demand simulationmodel is established The detection software based on the cloud platform is designed Finally，an orderly charging strategyevaluation model is constructed The detection and evaluation of orderly charging strategy for the scaled charging pile is re-alizedKeywords:charging piles，orderly charging，strategy detection，strategy evaluation基金项目:国家电网有限公司科技项目(52240019000L)0引言在电动汽车和充电桩数量不断上升的新形势下，未来电动汽车将广泛接入电网，其充电和放电行为将对电网产生不可忽视的影响，这既是挑战又是机遇。一方面是必须关注电动汽车接入电网可能带来的不利影响，包括负荷高峰增长、电能质量下降、运行控制难度加大、配网规划难适应、可靠性和经济性变差等。另一方面，人们还可以充分利用电动汽车的充电负荷特性和放电储能特性，为电网和用户带来有利效益。虽然电动汽车的充电负荷具有时间和空间的随机性及分散性，但如果能够充分利用电动汽车用户的行驶规律和使用行为特征，引导和控制电动汽车的行为，使它们与电网友好互动，则可以减少电动汽车接入对电网的影响，提高充电桩利用率，电动汽车的有序用电研究成为近年来的热门方向。电动汽车有序充电策略是指在满足电动汽车充电需求的前提下，运用实际有效地经济或技术措施引导、控制电动汽车进行充电，对电网负荷曲线进行削峰填谷，使负荷曲线方差较小，减少了发14第 60 卷第 4 期电测与仪表Vol 60 No42023 年 4 月 15 日Electrical Measurement InstrumentationApr15，2023电装机容量建设，保证了电动汽车与电网的协调互动发展。不同应用场景下电动汽车的有序用电策略应该侧重点不同，但每种方式都存在一些问题:如台区变压器的供电能力、电动汽车用户侧的充电需求、用户响应调度的积极性、电动汽车充电策略与充电设施配置的关系等，这就需要一种检测和评价机制，对规模化充电桩有序用电策略的控制效果进行检验。现有对有序充电的研究集中于三个方面:(1)电动汽车充电负荷建模研究，文献 1-3 在不同情况下对充电负荷在时空上的分布进行建模分析和定量计算，这是进一步研究电动汽车入网对配电网负荷分布与电能质量影响的前提;(2)电动汽车入网充电对配电网影响研究，文献 4-7 研究了大规模充电桩接入对配电网电能质量以及对配电网经济性的影响;(3)电动汽车有序用电优化策略研究，文献 8-14分别从基于用户侧充电费用最低的充电优化控制策略、基于配电网运行最优的充电优化控制策略、基于 V2G 技术的电动汽车充电优化控制策略几个方面来对有序充电策略进行研究。同时，对于充电桩有序充电策略效果的好坏目前尚缺乏有效的评价手段，文献 15-20 研究了对智能电能表的可靠性等的评价手段，为如何正确评价充电桩有序充电的效果提供了思路。综上所述，现有的对充电桩有序充电的研究都是基于策略研究和如何实现有序用电的。策略主要基于用户侧与配电网侧安全、平稳、高效运行的基础之上，但不同用电策略之间还存在着不小差距。如何评价各用电策略的优缺点，使有序用电策略利益最大化是接下来研究的发展方向。于此同时，目前各电力公司、第三方检测机构针对充电桩有序充电检测手段缺乏，缺少入网检测、工程验收的现场检测设备，并且对充电桩控制系统日常维护及年检缺乏检测设备。存在试验操作不规范、测试手段不统一、甚至缺失检测环节等问题。因此，研究充电桩有序充电策略检测技术是十分必要和迫切。1充电桩有序充电检测架构目前的有序充电桩联网状态分为接入能源控制器和接入车联网21平台两种形式。在能源控制器模式下，连接方式是充电桩通过 CAN 总线连接能源路由器，能源路由器再通过载波连接能源控制器。控制方式为能源控制器通过当前台区负荷等参数和用电策略，设置计算出当前在线充电桩用电功率配比，并下发指令。在车联网平台下，充电桩通过内置 TCU模块的 4G 通信与平台连接，平台同样根据当前台区负荷等参数和用电策略设置计算出当前在线充电桩用电功率配比，并下发指令。图 1 为有序充电桩网络结构图。图 1有序充电桩网络结构图Fig 1Structure of ordered charging pile network对充电桩进行有序充电检测需要接入车联网平台或能源控制器来模拟不同的用电场景使之生成不同的用电策略。图 2 为充电桩有序充电检测架构的设计。检测系统包括了检测软件和检测装置，系统通过无线与平台或能源控制器连接，通过检测软件进行环境模拟，并通过检测装置连接充电桩来验证用电策略的执行情况。图 2充电桩有序充电检测架构Fig 2Charging pile orderly charging detection architecture2充电桩有序充电检测系统设计2 1 检测装置设计检测装置的主要功能是实现对充电桩的通信和检测充电桩充电过程状态以及电能计量的检测。检测装置的检测原理如图 3 所示。24第 60 卷第 4 期电测与仪表Vol 60 No42023 年 4 月 15 日Electrical Measurement InstrumentationApr15，2023图 3检测原理Fig 3Testing schematic检测装置一端连接充电桩对与充电桩进行信息交互。另一端连接电动汽车或者是模拟负载，实现充电桩的充放电行为。通过将充电机的充电枪接入检测装置，同时利用充电枪连接线连接检测装置和负载箱，整个过程可以实现自动校验。充电桩测试装置结构如图 4 所示。图 4充电桩测试装置结构框图Fig 4Block diagram of the charging pile test device检测装置内部带有车辆接口模拟器，能与充电机进行通信并进行控制，可以通过控制充电机不同的输出电流电压完成不同检定点的校验。同时检测装置还能将充电机和车辆接口模拟器的通信内容进行显示，可实时地观察充电机以及电动汽车电池的各项指标，识别出充电过程中的异常现象，例如电压电流异常、电压电流需求不符等情况，方便工程人员的现场调试。文中提出了一种新型的 AD 采集方案，即采用高低频率不同的两种 AD 转换器同时对输入模拟量进行采集，将采集到的数字量进行合适的数学模型进行处理，该做法既能得到高精度的直流量采集，又能对较宽频率范围的交流量进行检测。于此同时，为了进一步提高其采用精度，此处采用了 A/D 过采样的技术，因为采集的信号频率为直流和低频端，另外由奈奎斯特采样定理可知:fs 2fmax(1)其中 fs为采样频率;fmax为被采信号的最高频率，只要满足以上定量即可复现信号的信息，不过现实中往往采样频率为其最高频率的几倍。所以文中加入了过采样的技术可充分地利用该模数转换器从而提高被测精度。另外，由于交流采样使用了交流量，对于电能的同步以及误差校验需要进行处理，以保证采样的准确性。对被测信号电压 u(t)i(t)进行 KN 次采样，其离散采样值为 ui和 ii。P=1KNKNi=0uiii(2)其中 N 为每个周波的采样点数;K 为参与计算的周波数 K 50，由于 AD 采样率是固定的，当电网频率不是 50 Hz 时 N 不是整数，程序自动根据电网频率选择合适的 N 值并满足 N*K 为整数。对于检测过程中的电能误差检验方法采用定低频脉冲数 N 法，被检表的相对误差 :=t tt 100(3)式中 t 为实测时间，即被检表在恒定功率下输出 N个低频脉冲时，标准表测的时间;t 为算定时间，即假定被检表没有误差，是在恒定功率下输出 N 的低频脉冲所需要的时间，即:t=3 6*106 NCL P(4)式中 N 为选定的低频脉冲数;CL被捡表的低频脉冲脉冲参数;P 为在 N 个脉冲期间的标准表算出来的平均功率，按式(2)计算。2 2 检测软件设计检测软件的主要功能有参数设置、环境模拟、充电桩输出检验以及策略评价四个部分。参数设置可以设置充电参数设置和通信参数设置。其中充电参数设置包括充电桩类型、负