分時電價下電動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：本文就結合分時電價，提出電動汽車有序充電的控制策略，以實現(xiàn)降低電網(wǎng)峰谷差的目標，并利用蒙特卡洛方法，比較無序充電、有序充電的電網(wǎng)經(jīng)濟效益、用戶充電成本，可得電動汽車有序充電控制對充電池運行成本、用戶充電成本等降低有著重要作用，起到充電負荷削峰填谷的效果。

關鍵詞：分時電價；電動汽車；有序充電；控制策略

一、電動汽車有序充電控制與分時電價概述

（一）有序充電控制

有序充電控制的目標是減小電網(wǎng)峰谷差，起到降低充電站投資、運行成本，提高設備使用效率，提升運行經(jīng)濟效益的，同時，還有助于節(jié)省用戶充電成本。在電動汽車有序充電控制中，其步驟主要有：一是確定電動汽車的充電需求情況，根據(jù)電動汽車的電池管理系統(tǒng)，充電站可以獲取其電池容量、當前荷電狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并根據(jù)用電峰谷階段制定相應的分時電價，了解用戶預期停留時間、離開時期望電池荷電情況；同時，在分時電價實施后，用戶為降低充電費用，也會自主響應，選擇在低電價時段進行充電或者電池起始充電時間最早。

（二）充電分時電價

電網(wǎng)分時電價是指某非特殊負荷區(qū)域電網(wǎng)根據(jù)用電高峰、低谷時間段的不同，制定的有區(qū)別的電價；在電動汽車充電站與局部配電網(wǎng)連接后，會導致局域配電網(wǎng)出現(xiàn)與之前分時電價峰谷不一樣的波動情況。一般來說，電動汽車充電站從電網(wǎng)購買的工業(yè)用電分時電價的峰時段集中在8：00-12：00、17：00-21：00，谷時段集中在0：00-8：00，其余時段為平時段。

但是，在電網(wǎng)電價平時段時，電網(wǎng)的實際負荷卻是一個高峰時段，此時，如果與配電網(wǎng)連接的電動汽車充電站大量充電，就會進一步增大電網(wǎng)的負荷，提高其峰值，在降低設備利用率的同時，也影響電網(wǎng)運行的穩(wěn)定、經(jīng)濟，造成局域配電網(wǎng)線損的增大。

對此，以原有的分時電價為基礎，根據(jù)對局域配電網(wǎng)負荷波動的預測，再細分配電網(wǎng)平時段分時電價，即將12：00-17：00時間段內電價再次分為平、峰兩個分時電價，引導用戶在平時電價階段充電，即使有大量電動車充電，也會造成局域配電網(wǎng)“峰上加峰”，對配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定、經(jīng)濟有著重要作用。

二、分時電價下電動汽車有序充電控制策略

收集局域配電網(wǎng)的歷史常規(guī)負荷數(shù)據(jù)，就能夠據(jù)此預測出配電網(wǎng)的當日常規(guī)負荷曲。以96點日負荷曲線預測法為例，將15min劃為一個時間段，每天共有96個時間段，第i個時間段常規(guī)負荷設為Pi；假設充電站充電機在慢充模式下的額定充電功率為ΔP，且具有自動啟動、結束充電的功能；假設電充汽車充電過程的充電功率恒定，充電前電池的起始荷電量為S0，預期達到的荷電量為S1，電池容量為W，充電所需的時間為T0，取車時間為T1，則電動汽車充電量S為：（S0-S1），停留時間T為（T0-T1）。

在第i個時間段中，充電站內充電電動汽車有n臺，其負荷大小計算公式為：（1）；配電網(wǎng)在第i個時間段的總負荷是常規(guī)負荷與電動汽車充電負荷之和，即P=Pi+pi（2）。

在充電站用戶停車時間T中，為降低接入充電給電網(wǎng)形成的負荷波動，其充電目標控制函數(shù)為電池起始充電時間最早、用戶充電費用最低，（3）其中si表示i時段內的充電分時電價；同時，還需用電網(wǎng)峰谷差對控制結果進行驗證，其驗證函數(shù)為min var（Pi+pi），其中var（x）表示的是x的方差函數(shù)。

三、分時電價下電動汽車有序充電控制模型與仿真驗算

（一）模型與算法

本文對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，建立相應的電動汽車負荷模型，。具體來說，是以充電站收集的電動汽車充電相關數(shù)據(jù)為基礎，建立相應的電池的起始荷電量為S0、預期達到的荷電量為S1概率模型；同時，建立充電所需時間為T0、取車時間為T1的服從正態(tài)分布特征的概率模型。再通過隨機抽樣，根據(jù)抽樣結果，即可得到與實際情況相類似的間電動汽車負荷模型。

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

（二）仿真驗算

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

在分時電價上，電網(wǎng)分時電價與充電站分時電價的相關參數(shù)如表1所示，其中，充電站購電依據(jù)的是工業(yè)用電分時電價，在其充電分時電價制定中，谷、平、峰的比例是1：3：5。

表1：分時電價參數(shù)

時段 電網(wǎng)分時電價（元/KW·h-1） 充電分時電價（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）結果分析

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

其次，在30%、60%、90%的用戶響應系數(shù)η（響應系數(shù)表示因分時電價而選擇有序充電用戶的比例，剩余（1-η）用戶為無序充電）條件下，在白天充電時，電動汽車的充電負荷會從配電網(wǎng)峰時段向平時段轉移；在夜晚充電時，電動汽車的充電負荷會從配電網(wǎng)平時段向谷時段轉移，且響應系數(shù)越大，這種轉移就更為明顯。因此，分時電價下用戶有序充電越多，配電網(wǎng)的峰谷差就會相應減小，用戶充電的經(jīng)濟性也會相應提高。

結語

綜上所述，近些年來，電動汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，電動汽車數(shù)量不斷增加，電動汽車充電對電網(wǎng)負荷帶來了極大影響，增加了配電網(wǎng)運行風險，如何保證配電網(wǎng)運行經(jīng)濟、穩(wěn)定，是電動汽車充電站應當重視的一項工作。分時電價下有序充電控制是引導用戶充電避開配電網(wǎng)高峰期，向平時段、谷時段轉移的有效措施，可以起到減小峰谷差、提高充電經(jīng)濟性等作用，對配電網(wǎng)運行穩(wěn)定也有著重大意義，值得加以推廣使用。

參考文獻：

[1] 姬芬竹，杜發(fā)榮，朱文博.基于制動意圖識別的電動汽車能量經(jīng)濟性[J].北京航空航天大學學報.2016（01）

[2] 陸杭高.金義都市新區(qū)電動汽車推廣應用研究[J].科技經(jīng)濟市場.2015（12）

[3] 鄭磊，李戰(zhàn)勝.燃料電動汽車相關技術的綜述研究[J].科技視界.2016（05）