学术住宅小区内电动汽车有序充电优化模式

 

  湖南工程学院电气信息学院、湖南大学电气与信息工程学院的研究人员刘星平、李世军等，在2015年第20期《电工技术学报》上撰文，规模化电动汽车无序充电会给电网的安全运行带来风险和负担。为此，提出两种电动汽车有序充电模式即自动开断充电模式和平滑调节充电模式，在现有住宅小区配电网的基础上，对应地建立以配电变压器、线路容量等为约束条件，以传输给电动汽车电能最大为目标的两种有序充电优化模型，并结合随机模拟和改进粒子群算法求解。

 

  以深圳某住宅小区内建立小区充电站为例，分别采用无序充电模式和两种有序充电模式对电动汽车进行充电模拟，比较三种模式下的电压分布和具有响应系数的有序充电模式，计算小区充电站盈利额和负荷波动性等指标，并提出节省成本概念，给予参与有序充电的用户费用补偿。仿真结果表明，两种有序充电模式均能提高电网和用户满意度。充电管理系统可根据需求自行选择其中一种模式运营。

 

  电动汽车能减少有害温室气体排放和对进口石油的依赖，在发达国家受到普遍关注。因此，汽车制造商开始研发各种类型电动汽车，包括纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车。全球已开始推广和鼓励电动汽车的使用，未来化石燃料成本增加将会进一步推动电动汽车的发展。

 

 

  《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）》对电动汽车确定了“充电为主，换电为辅”的原则[1]。关于电动汽车与电网互动（VehicleToGrid，V2G）及有序充电研究，国内外学者从不同方面开展了相应的研究工作[2-11]。电动汽车有序充电控制根据电网的运行状态，一般以经济性最优[2]或对电网的影响最小[3-5]为目标，综合考虑电池性能约束与用户充电需求[10]，协调电动汽车充电过程，控制的手段为充电时间和充电功率的大小[12]。

 

  电动汽车作为可移动、可控制负荷，利用电动汽车负荷特点可以优化电网负荷曲线。根据用户充电规律，文献[2]通过动态响应电网分时电价，以充电站运营收益最大为目标，建立电动汽车有序充电模型。

 

  文献[3]以用户充电费用最小和电池起始充电时间最早为目标建立模型，能有效减小峰谷差，并提高用户满意度。文献[4]以充电站收益最大和峰谷差最小为目标，建立两阶段优化模型，对增大充电站经济效益和减小峰谷差等均有显著作用。

 

  文献[5]以配电网网损最小为目标，建立电动汽车充电优化模型，起到平抑负荷变化和改善电压水平的作用。文献[6]采用动态规划来优化电动汽车充电时间，降低用户充电成本。文献[7]基于动态响应分时电价，通过启发式算法以最小化用户充电成本和削峰填谷为目标建立有序充电模型。

 

  文献[8]基于二次规划和动态规划两种方法比较在无电动汽车接入、电动汽车无序充电和有序充电三种情景下配电网网损大小，评估电动汽车充电对配电网影响。文献[9]分别以馈线损耗、负载率和负荷变化方差为目标建立有序充电模型，用以降低配电网损，提高计算速度。

 

  上述参考文献均通过某一指标或某几个指标来衡量所提出的有序充电策略的优势，主要针对电动汽车充电顺序进行合理优化，但对优化每辆电动汽车充电功率研究较少。

 

  本文首先从单辆电动汽车充电功率着手，提出自动开断充电模式和平滑调节充电模式。

 

  其次，考虑到目前国内电动汽车数量不断上升，未来极有可能在住宅小区内建立小区充电站，在原有配电小区不升级改造的前提下，提出一种小区有序充电优化策略：以最大化传输给电动汽车电能为目标，满足所有用户充电需求，并且保证小区配电网安全稳定运行。

 

  最后，以深圳某住宅小区为例，采用Monte-Carlo方法模拟用户充电行为，通过改进粒子群算法进行求解，比较分析了不同充电模式下的仿真结果。

 

  图1有序充电优化算法流程

 

  学术住宅小区内电动汽车有序充电优化模式1

 

  结论

 

  本文根据充电监控系统实时监测，结合住宅小区电动汽车的实际充电行为，充分考虑电动汽车的不同荷电状态、开始充电时刻以及不同客户充电需求，建立了住宅小区充电站有序充电优化模型。在保证配电网正常运行和变压器不过载的基础上，最大化满足用户充电需求。通过仿真分析，得到以下结论：

 

  （1）以深圳某住宅小区为例，与无序充电相比，所提出的两种有序充电模式能在原有配电网络正常运行，无需对电网基础设施升级和改造，节约了工程成本。

 

  （2）平滑调节充电模式盈利额更高，且对小区负荷曲线更为平缓，而自动开断充电模式简单可靠，两者都对负荷起到了“移峰填谷”作用，如果大规模推广建设，会产生很好的经济效益。

 

  （3）电动汽车有序充电涉及到电网、充电站、车辆及用户等参与者，均有自身需求特点。下一步研究引入上级系统控制，综合考虑多种因素搭建省、市、站三层运营管理系统构架和信息交互平台，对电动汽车有序充电系统进行整体协调优化。

 

（来源：搜狐）