分時(shí)電價(jià)下電動(dòng)汽車有序充電控制策略研究

王玉榮

徐州供電公司 江蘇徐州 221000

摘要：本文就結(jié)合分時(shí)電價(jià)，提出電動(dòng)汽車有序充電的控制策略，以實(shí)現(xiàn)降低電網(wǎng)峰谷差的目標(biāo)，并利用蒙特卡洛方法，比較無(wú)序充電、有序充電的電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益、用戶充電成本，可得電動(dòng)汽車有序充電控制對(duì)充電池運(yùn)行成本、用戶充電成本等降低有著重要作用，起到充電負(fù)荷削峰填谷的效果。

關(guān)鍵詞：分時(shí)電價(jià)；電動(dòng)汽車；有序充電；控制策略

一、電動(dòng)汽車有序充電控制與分時(shí)電價(jià)概述

（一）有序充電控制

有序充電控制的目標(biāo)是減小電網(wǎng)峰谷差，起到降低充電站投資、運(yùn)行成本，提高設(shè)備使用效率，提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的，同時(shí)，還有助于節(jié)省用戶充電成本。在電動(dòng)汽車有序充電控制中，其步驟主要有：一是確定電動(dòng)汽車的充電需求情況，根據(jù)電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)，充電站可以獲取其電池容量、當(dāng)前荷電狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并根據(jù)用電峰谷階段制定相應(yīng)的分時(shí)電價(jià)，了解用戶預(yù)期停留時(shí)間、離開時(shí)期望電池荷電情況；同時(shí)，在分時(shí)電價(jià)實(shí)施后，用戶為降低充電費(fèi)用，也會(huì)自主響應(yīng)，選擇在低電價(jià)時(shí)段進(jìn)行充電或者電池起始充電時(shí)間最早。

（二）充電分時(shí)電價(jià)

電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)是指某非特殊負(fù)荷區(qū)域電網(wǎng)根據(jù)用電高峰、低谷時(shí)間段的不同，制定的有區(qū)別的電價(jià)；在電動(dòng)汽車充電站與局部配電網(wǎng)連接后，會(huì)導(dǎo)致局域配電網(wǎng)出現(xiàn)與之前分時(shí)電價(jià)峰谷不一樣的波動(dòng)情況。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車充電站從電網(wǎng)購(gòu)買的工業(yè)用電分時(shí)電價(jià)的峰時(shí)段集中在8：00-12：00、17：00-21：00，谷時(shí)段集中在0：00-8：00，其余時(shí)段為平時(shí)段。

但是，在電網(wǎng)電價(jià)平時(shí)段時(shí)，電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷卻是一個(gè)高峰時(shí)段，此時(shí)，如果與配電網(wǎng)連接的電動(dòng)汽車充電站大量充電，就會(huì)進(jìn)一步增大電網(wǎng)的負(fù)荷，提高其峰值，在降低設(shè)備利用率的同時(shí)，也影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)，造成局域配電網(wǎng)線損的增大。

對(duì)此，以原有的分時(shí)電價(jià)為基礎(chǔ)，根據(jù)對(duì)局域配電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的預(yù)測(cè)，再細(xì)分配電網(wǎng)平時(shí)段分時(shí)電價(jià)，即將12：00-17：00時(shí)間段內(nèi)電價(jià)再次分為平、峰兩個(gè)分時(shí)電價(jià)，引導(dǎo)用戶在平時(shí)電價(jià)階段充電，即使有大量電動(dòng)車充電，也會(huì)造成局域配電網(wǎng)“峰上加峰”，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)有著重要作用。

二、分時(shí)電價(jià)下電動(dòng)汽車有序充電控制策略

收集局域配電網(wǎng)的歷史常規(guī)負(fù)荷數(shù)據(jù)，就能夠據(jù)此預(yù)測(cè)出配電網(wǎng)的當(dāng)日常規(guī)負(fù)荷曲。以96點(diǎn)日負(fù)荷曲線預(yù)測(cè)法為例，將15min劃為一個(gè)時(shí)間段，每天共有96個(gè)時(shí)間段，第i個(gè)時(shí)間段常規(guī)負(fù)荷設(shè)為Pi；假設(shè)充電站充電機(jī)在慢充模式下的額定充電功率為ΔP，且具有自動(dòng)啟動(dòng)、結(jié)束充電的功能；假設(shè)電充汽車充電過(guò)程的充電功率恒定，充電前電池的起始荷電量為S0，預(yù)期達(dá)到的荷電量為S1，電池容量為W，充電所需的時(shí)間為T0，取車時(shí)間為T1，則電動(dòng)汽車充電量S為：（S0-S1），停留時(shí)間T為（T0-T1）。

在第i個(gè)時(shí)間段中，充電站內(nèi)充電電動(dòng)汽車有n臺(tái)，其負(fù)荷大小計(jì)算公式為：（1）；配電網(wǎng)在第i個(gè)時(shí)間段的總負(fù)荷是常規(guī)負(fù)荷與電動(dòng)汽車充電負(fù)荷之和，即P=Pi+pi（2）。

在充電站用戶停車時(shí)間T中，為降低接入充電給電網(wǎng)形成的負(fù)荷波動(dòng)，其充電目標(biāo)控制函數(shù)為電池起始充電時(shí)間最早、用戶充電費(fèi)用最低，（3）其中si表示i時(shí)段內(nèi)的充電分時(shí)電價(jià)；同時(shí)，還需用電網(wǎng)峰谷差對(duì)控制結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，其驗(yàn)證函數(shù)為min var（Pi+pi），其中var（x）表示的是x的方差函數(shù)。

三、分時(shí)電價(jià)下電動(dòng)汽車有序充電控制模型與仿真驗(yàn)算

（一）模型與算法

本文對(duì)用戶充電需求的模擬采用的是蒙特卡洛方法，并以此為基礎(chǔ)，建立相應(yīng)的電動(dòng)汽車負(fù)荷模型，。具體來(lái)說(shuō)，是以充電站收集的電動(dòng)汽車充電相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立相應(yīng)的電池的起始荷電量為S0、預(yù)期達(dá)到的荷電量為S1概率模型；同時(shí)，建立充電所需時(shí)間為T0、取車時(shí)間為T1的服從正態(tài)分布特征的概率模型。再通過(guò)隨機(jī)抽樣，根據(jù)抽樣結(jié)果，即可得到與實(shí)際情況相類似的間電動(dòng)汽車負(fù)荷模型。

在有序充電控制算法中，會(huì)出現(xiàn)與客觀事實(shí)不相符的數(shù)據(jù)，即S0-S1≤0、T0-T1≤0，需要先將這些數(shù)據(jù)消除。

（二）仿真驗(yàn)算

在仿真驗(yàn)算中，為明確有序充電控制的效果，需要同時(shí)計(jì)算無(wú)序充電、有序充電的負(fù)荷、峰谷差情況。其中，無(wú)序充電就是指用戶即到即充的方式，直到完成預(yù)期充電量位置，且無(wú)序充電與有序充電在電池起始荷電量、預(yù)期充電量等參數(shù)上是一致的。

在分時(shí)電價(jià)上，電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)與充電站分時(shí)電價(jià)的相關(guān)參數(shù)如表1所示，其中，充電站購(gòu)電依據(jù)的是工業(yè)用電分時(shí)電價(jià)，在其充電分時(shí)電價(jià)制定中，谷、平、峰的比例是1：3：5。

表1：分時(shí)電價(jià)參數(shù)

時(shí)段 電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)（元/KW·h-1） 充電分時(shí)電價(jià)（元/KW·h-1）

0：00-8：00 0.37 0.4

8：00-12：00 0.87 2.0

12：00-14：30 0.69 1.2

14：30-17：00 0.69 1.2

17：00-21：00 0.87 2.0

21：00-24：00 0.69 1.2

（三）結(jié)果分析

首先，在有序充電控制下，電動(dòng)車白天充電時(shí)間多集中在平時(shí)段區(qū)域，夜間則會(huì)向谷時(shí)段轉(zhuǎn)移，起到了有效的避峰、填谷作用；根據(jù)仿真結(jié)果可知，有序充電的峰谷差比無(wú)序充電顯著降低，所以，分時(shí)電價(jià)下的有序充電控制可以降低電網(wǎng)峰谷差。

其次，在30%、60%、90%的用戶響應(yīng)系數(shù)η（響應(yīng)系數(shù)表示因分時(shí)電價(jià)而選擇有序充電用戶的比例，剩余（1-η）用戶為無(wú)序充電）條件下，在白天充電時(shí)，電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷會(huì)從配電網(wǎng)峰時(shí)段向平時(shí)段轉(zhuǎn)移；在夜晚充電時(shí)，電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷會(huì)從配電網(wǎng)平時(shí)段向谷時(shí)段轉(zhuǎn)移，且響應(yīng)系數(shù)越大，這種轉(zhuǎn)移就更為明顯。因此，分時(shí)電價(jià)下用戶有序充電越多，配電網(wǎng)的峰谷差就會(huì)相應(yīng)減小，用戶充電的經(jīng)濟(jì)性也會(huì)相應(yīng)提高。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近些年來(lái)，電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，電動(dòng)汽車數(shù)量不斷增加，電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷帶來(lái)了極大影響，增加了配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，如何保證配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定，是電動(dòng)汽車充電站應(yīng)當(dāng)重視的一項(xiàng)工作。分時(shí)電價(jià)下有序充電控制是引導(dǎo)用戶充電避開配電網(wǎng)高峰期，向平時(shí)段、谷時(shí)段轉(zhuǎn)移的有效措施，可以起到減小峰谷差、提高充電經(jīng)濟(jì)性等作用，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定也有著重大意義，值得加以推廣使用。

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