基于雙層優(yōu)化的電動(dòng)汽車充放電調(diào)度策略

董新 李雪云 謝笑寒

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了石油等不可再生能源日益枯竭，在當(dāng)今這個(gè)能源日益緊缺的大背景下，傳統(tǒng)的汽油帶動(dòng)的汽車在今后必定會(huì)淘汰，科學(xué)家研究發(fā)明的電動(dòng)汽車不僅具有運(yùn)行產(chǎn)生的大氣污染、巨大噪音安全舒適等特點(diǎn)還可以規(guī)避掉不可生能源日益缺乏的現(xiàn)狀問題。在電動(dòng)車的普及中逐漸帶入了新的問題，大量的人使用電動(dòng)車的充電時(shí)間不規(guī)范以及電壓要求等問題給整個(gè)電力輸送系統(tǒng)帶來了很大的傷害，因此本文就電動(dòng)汽車充放電的新型調(diào)度模型作整體介紹。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充放電；調(diào)度模式；雙層優(yōu)化模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.003

0 引言

目前市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車從外形到內(nèi)部的蓄電池都有著千差萬別的不同。電動(dòng)汽車與線路相連時(shí)不僅會(huì)出現(xiàn)充上電的情況極有可能還會(huì)出現(xiàn)放電的情況。因此要在提高整體充電效率的同時(shí)，保護(hù)好整體的輸電網(wǎng)絡(luò)就要對(duì)整體的電動(dòng)汽車用戶進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度管理。

1 分層調(diào)度模式

電動(dòng)車調(diào)度模式是考慮到未來電動(dòng)汽車急劇增多的情況下，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)為每一個(gè)電動(dòng)車進(jìn)行充電是很難實(shí)現(xiàn)的。因此尋找一個(gè)解決的方法是很急切的，科學(xué)家們采用了學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營方式，建設(shè)雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用雙層管制系統(tǒng)進(jìn)行整體的管理。當(dāng)今雙層優(yōu)化電動(dòng)汽車充放電調(diào)控系統(tǒng)是以發(fā)電站為核心向周圍以星狀射線的方式進(jìn)行發(fā)散給更多的子網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而子網(wǎng)絡(luò)再向下構(gòu)成整體網(wǎng)絡(luò)。

2 當(dāng)代相關(guān)機(jī)制

（1）申請(qǐng)報(bào)備機(jī)制。在用戶購買完成電動(dòng)汽車后，應(yīng)該主動(dòng)向運(yùn)營商報(bào)告自己車輛電池的具體信息，蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）。因?yàn)檫\(yùn)營商根據(jù)車輛的SOC推斷出蓄電池的充電功率、放電功率、電量的消耗速率等情況，進(jìn)行調(diào)度充電時(shí)的電壓以及電功率等。[1]在這個(gè)的實(shí)行時(shí)，應(yīng)該給用戶說明其中的原因，讓用戶明白這樣對(duì)他們有很大的好處。這樣可以保證整個(gè)調(diào)度計(jì)劃更有效的實(shí)行。

（2）數(shù)據(jù)分析合并劃組機(jī)制。在現(xiàn)今已經(jīng)有很多用戶看到了電動(dòng)車使用的重要性，并已經(jīng)投入了電動(dòng)車的使用行列中，很多地區(qū)也已近有類似運(yùn)營商的一層出現(xiàn)，當(dāng)今的主要任務(wù)是對(duì)當(dāng)下已經(jīng)購買的電動(dòng)汽車進(jìn)行歸類，將不同型號(hào)的車組成不同的集合，在后期電動(dòng)汽車的普及過程中，可以直接將上傳的信息放入以前的檔案集合中。前期做好歸檔劃分工作可以有效地減少后期的工作量。

3 雙層優(yōu)化模型

（1）雙層優(yōu)化模式主要架構(gòu)以及理念。在十九世紀(jì)七十年代外國科學(xué)家都已經(jīng)提出了將電動(dòng)車充電多層管理的理念，用來將大規(guī)模的問題小層次多集體的進(jìn)行解決。[2]本文內(nèi)的雙層規(guī)劃是指將整體劃歸為兩層，上次的計(jì)劃可以直接影響下層的行為和運(yùn)行總計(jì)劃，下層的行為會(huì)時(shí)時(shí)傳遞給上層，使上下兩層之間可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的平衡。雙層規(guī)劃當(dāng)今已經(jīng)研究出了具體的數(shù)據(jù)。

（2）上層優(yōu)化模型主要內(nèi)容。上層主要內(nèi)容是各代理運(yùn)營商與供電場(chǎng)之間的聯(lián)系，因?yàn)檎w調(diào)控大規(guī)模充放電給電廠帶來的負(fù)載很大，然而投入太多的電力沒有被及時(shí)消耗又會(huì)造成能源的損耗。因此單位區(qū)域內(nèi)運(yùn)營商可以根據(jù)充電情況和實(shí)際電力消耗情況進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化整體的電力調(diào)度計(jì)劃提高電力的利用率。減少電力產(chǎn)生量與消耗量之間的偏差。具體從以下方面體現(xiàn)：

1）發(fā)電機(jī)發(fā)電能力對(duì)整體供能約束。

解釋：PMIN、PMAX 是整個(gè)機(jī)組在進(jìn)行輸出時(shí)，可以輸出的有效功的上界限和下界限。QMIN、QMAX是不做功時(shí)整體能量損耗的上界限和下界限。

2）傳輸功率約束。線路都是傳統(tǒng)的銅芯電路，電路整體的調(diào)試使用時(shí)應(yīng)該考慮到電線最大的負(fù)載電功率，因此在電路電壓供給方面發(fā)電廠與各個(gè)廠家之間都進(jìn)行了計(jì)劃的商調(diào)，根據(jù)線路所能帶動(dòng)的理論最高電功率除去一定的比例得到最高供電電功率。

P實(shí)=P理*X

解釋：X是一個(gè)小于1的定值，P理是理論上電線可以帶動(dòng)的電功率，P實(shí)是實(shí)際情況下線路可供傳輸?shù)碾姽β省3]

（3）下層優(yōu)化模型主要內(nèi)容。下層傳輸模型是由單位區(qū)域內(nèi)電瓶車用戶與充電運(yùn)營商之間建立的關(guān)系為基礎(chǔ)構(gòu)建的模型體系，在下層模型中由于上層對(duì)下層傳輸電能的多少以及線路中電流的大小都有約束，這也使下層在使用電能時(shí)具有局限性。但下層在調(diào)度時(shí)，主要從以下幾方面進(jìn)行考慮：

1）電動(dòng)汽車電池的安全性。

解釋：SMIN指的是電動(dòng)汽車電池SOC的最低值，SMAX是指電動(dòng)汽車電池SOC的最高值，為了保證蓄電池的壽命，使電池可以更加長(zhǎng)時(shí)間的使用，運(yùn)營商在與客戶的協(xié)商中制定了一定的標(biāo)準(zhǔn)，提高電池使用壽命與安全性。

2）次日運(yùn)行總路程。

解釋：L真實(shí)指的是用戶第二天想要運(yùn)行的路程；L理論是指理論上充電的多少可以行駛的距離。在充電與行駛距離相比較時(shí)，真實(shí)行駛距離要小于計(jì)劃行駛距離，因?yàn)橛?jì)劃行駛距離是不考慮上坡下坡等特殊道路電路消耗的理想值，而實(shí)際上很多路況都會(huì)加大能量的消耗。

3）不可以進(jìn)行調(diào)度的約束。不可以進(jìn)行調(diào)度的約束是指用戶在能量使用時(shí)不可以進(jìn)行計(jì)劃，并且運(yùn)營商在接到用戶充電申請(qǐng)時(shí)必須進(jìn)行處理，因此便將這種內(nèi)容成為不可調(diào)度的約束。[4]不可調(diào)度性是直接致使電力網(wǎng)絡(luò)在未知時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)負(fù)載或是空載的主要原因，因而要想更加有效地保護(hù)整個(gè)電路就應(yīng)該將不可調(diào)度的情況也一定概率性的劃歸到整體計(jì)劃中。

4 結(jié)束語

電能作為有效解決目前世界能源危機(jī)的基礎(chǔ)能量之一有著廣泛的開發(fā)前景。隨著電動(dòng)汽車的普及化，在未來新型電動(dòng)汽車會(huì)逐漸取代汽油柴油汽車的地位，在大量電動(dòng)車投入使用時(shí)如果不進(jìn)行有效的充放電協(xié)調(diào)管控，就極有可能對(duì)整個(gè)電力傳輸系統(tǒng)造成損害。因此當(dāng)下在電動(dòng)汽車投入市場(chǎng)的初期我們就應(yīng)該建立并逐漸健全電動(dòng)汽車管控機(jī)制，為未來的大規(guī)模電動(dòng)車接入打下技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐立中，楊光亞，許昭等.電動(dòng)汽車充電負(fù)荷對(duì)丹麥配電系統(tǒng)的影響廣[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（14）：18-23.

[2]趙俊華，文福拴，楊愛民等.電動(dòng)汽車對(duì)電力系統(tǒng)的影響及其調(diào)度與控制問題[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（14）：2-10.

[3]姚偉鋒，趙俊華，文福拴等.基于雙層優(yōu)化的電動(dòng)汽車充放電調(diào)度策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（11）：30-37.

[4]湯曉青，劉輝，范宇等.基于改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法的實(shí)時(shí)發(fā)電市場(chǎng)優(yōu)化調(diào)度研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017（17）.