電動(dòng)汽車充放電優(yōu)化管理的研究

狄金燦 段順洋 呂振宇

摘 要：隨著汽車保有量的逐年增加，汽車尾氣的大量排放已成為造成大氣污染的重要原因之一，而且傳統(tǒng)汽車消耗大量的石油資源；為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的資源和環(huán)境問題，世界各國政府都在積極推廣電動(dòng)汽車（Electrical Vehicle， EV）。電動(dòng)汽車的能量主要來源于電網(wǎng)，大量電動(dòng)汽車因充電接入電網(wǎng)可能造成波峰疊加情況，但對其充放電行為進(jìn)行優(yōu)化管理可以取得良好的效益。我們研究了電動(dòng)汽車充電行為特征以及其充電負(fù)荷，進(jìn)而對其充放電行為進(jìn)行優(yōu)化管理。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電特征；充放電行為優(yōu)化

1.引言

隨著全球能源和環(huán)境問題的日益突出，電動(dòng)汽車因其所具有的使用清潔能源、尾氣零排放等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，電動(dòng)汽車的大規(guī)模普及應(yīng)用也將成為今后發(fā)展的必然趨勢。大量電動(dòng)汽車因充電需要接入電網(wǎng)可能會導(dǎo)致因波峰時(shí)間集中充電而造成波峰疊加等情況發(fā)生，但電動(dòng)汽車作為移動(dòng)式儲能，在其閑置時(shí)如何對其有效利用，如何對其充電行為進(jìn)行引導(dǎo)，如何充放電行為優(yōu)化管理，成為電動(dòng)汽車規(guī)模化普及中需要解決的重要問題。

2.電動(dòng)汽車充電行為特征

2.1電動(dòng)汽車充電開始時(shí)刻

我們調(diào)查了某城市100輛電動(dòng)汽車一周的充電記錄，其中包括電動(dòng)汽車的充電開始時(shí)刻、連接時(shí)長和充電電量。將調(diào)查到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB，然后將數(shù)據(jù)圖表化，從而觀察電動(dòng)汽車充電行為特征量的分布規(guī)律。

如圖2-1，為在隨機(jī)抽取的100輛電動(dòng)汽車中第i（0

圖2-1電動(dòng)汽車的充電開始時(shí)刻三維圖

通過圖2-1來看，100輛電動(dòng)汽車中有30輛電動(dòng)汽車充電開始時(shí)間集中分布在（14：00～19：00）以17：00左右為對稱軸上下有兩小時(shí)左右的波動(dòng)，有70輛電動(dòng)汽車充電開始時(shí)間集中分布在（9：00～15：00）以11：00為對稱軸上下有兩小時(shí)左右的波動(dòng)。且充電開始時(shí)刻在工作日和周末有明顯差異，因此上下起伏較大。由此可以看出充電開始時(shí)刻的分布近似為正太分布。

2.2電動(dòng)汽車充電連接時(shí)長

在隨機(jī)抽取的100輛電動(dòng)汽車中第i（0

有大約40輛左右的取樣車輛一周內(nèi)的充電連接時(shí)間較為穩(wěn)定，保持在0～5小時(shí)之內(nèi)，另有30輛左右的取樣車輛一周內(nèi)充電連接時(shí)長穩(wěn)定在10～35個(gè)小時(shí)之間；剩余的30輛車在工作日內(nèi)充電連接時(shí)間穩(wěn)定在0到5個(gè)小時(shí)，雙休日內(nèi)充電連接時(shí)間在10到35小時(shí)之間。

2.3電動(dòng)汽車充電電量

在隨機(jī)抽取的100輛電動(dòng)汽車中第i（0

在100輛電動(dòng)汽車中由大約30輛電動(dòng)汽車充電電量穩(wěn)定在15～25kwh，有40輛電動(dòng)汽車的充電電量穩(wěn)定在5～15kwh，有30輛的充電量在工作日未定在5～15kwh，在周末穩(wěn)定在15～25kwh。充電電量的分布規(guī)律與充電連接時(shí)間的分布類似。

3.電動(dòng)汽車無序充電影響

對電力負(fù)荷的影響，大規(guī)模的對電動(dòng)汽車進(jìn)行充電將使得電力負(fù)荷迅速增加，如果大規(guī)模電動(dòng)汽車在用電高峰期進(jìn)行充電，會使電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差更大，增加電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。大量的電動(dòng)汽車無序入網(wǎng)充電時(shí)，可能會導(dǎo)致電網(wǎng)的負(fù)荷“峰上加峰”，使得電網(wǎng)調(diào)峰的難度更大，常規(guī)機(jī)組投資成本加大，加重了輸配電網(wǎng)的壓力，大大降低了電網(wǎng)的安全性以及可靠性。隨著電動(dòng)汽車數(shù)量不斷增加，電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)的不良影響更為嚴(yán)重。

對電能質(zhì)量的影響。大量的電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)中，將產(chǎn)生諧波污染、電壓偏移、三相不平衡等電能質(zhì)量問題【1】。

4.配電網(wǎng)中電動(dòng)汽車充放電行為優(yōu)化

電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)（Vehicle to Grid，V2G）指通過合理的策略和先進(jìn)的通訊手段對電動(dòng)汽車的充放電行為進(jìn)行優(yōu)化管理。車輛到電網(wǎng)優(yōu)化時(shí)，電動(dòng)汽車作為可控的儲能單元，在滿足用戶充電需求的約束下，在負(fù)荷高峰及波動(dòng)較大的時(shí)期能夠向電網(wǎng)送電，達(dá)到削峰填谷、減小負(fù)荷波動(dòng)的目的。

根據(jù)蒙特卡洛方法【2】，計(jì)算5000輛電動(dòng)汽車的充放電功率平衡。

由上式可得在充電站全功率輸出的情況下，各時(shí)段內(nèi)的供電功率都能滿足充電汽車的充電需求，但全功率下會產(chǎn)生較大的有功功耗，有功功耗隨設(shè)定功耗的減小而降低。部分時(shí)段內(nèi)充電站無法滿足充電需求，需要借助汽車放電來滿足需求。

5.結(jié)論

電動(dòng)汽車的大規(guī)模接入將是未來智能電網(wǎng)的特征之一，其充電行為在時(shí)間上和空間上具有隨機(jī)性，規(guī)模化電動(dòng)汽車的無序充電會對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行與控制帶來更大的不確定性。電動(dòng)汽車充放電優(yōu)化管理時(shí)，電動(dòng)汽車作為可控的儲能單元，在滿足用戶充電需求的約束下，在負(fù)荷高峰及波動(dòng)較大的時(shí)期能夠向電網(wǎng)送電，達(dá)到削峰填谷、減小負(fù)荷波動(dòng)的目的。另一方面隨著風(fēng)能、太陽能等新能源的發(fā)展利用，以新能源為基礎(chǔ)的發(fā)電規(guī)模不斷增大。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝毓毓，《電動(dòng)汽車充電對電網(wǎng)的影響及對策》，華北電力大學(xué)，2016年

[2]藍(lán)憶依，蒙特卡洛算法簡介，2016年4月21日

作者簡介：

狄金燦：（1998—），女，山東濟(jì)寧人，本科，研究方向：智能交通規(guī)劃

段順洋：（1998—），男，山東菏澤人，本科，研究方向：智能交通規(guī)劃

呂振宇：（1999—），男，山東濟(jì)寧人，本科，研究方向：電子信息