淺議電動汽車有序充電控制策略

趙建文,侯燕文,李 童

（山東泰安供電公司，山東 泰安 271000）

0 前言

隨著人類對能源的需求不斷增長，化石燃料為主要能源的時代終將結束。傳統(tǒng)的化石燃料汽車也將會被新能源汽車替代。電動汽車是新能源汽車技術主要發(fā)展趨勢，分為油電混合動力汽車和純電動汽車兩種類型，均可以通過充電樁進行充電。

1 電動汽車充電對電網(wǎng)的影晌

電動汽車充電對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在用電平衡和電能質(zhì)量兩個方面。

在人口密集的城市地區(qū)，由于用電量有一定的限制，電動汽車進行集中充電時，對電網(wǎng)是一個比較大的負荷，需要在大規(guī)模充電時候考慮用電平衡。在用電端負荷較多的地區(qū)，三相之間的供電交替會產(chǎn)生一定的諧波，進而會對電能質(zhì)量產(chǎn)生比較大的動態(tài)污染。

2 充電基礎設施優(yōu)化配置

充電樁因占地少、操作方便、易接入而受到廣泛應用，是未來最常用的充電設施。

為了便于對接入電網(wǎng)的充電樁進行統(tǒng)一監(jiān)測與控制，實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的互動，有必要分區(qū)域?qū)Τ潆姌兜臄?shù)量進行配置。為便于在變電站內(nèi)建立對供電范圍內(nèi)的充電樁進行有序控制的監(jiān)控系統(tǒng)，可以以變電站的供電范圍為基準進行區(qū)域充電樁的配置。

區(qū)域內(nèi)充電柱的配置主要由區(qū)域內(nèi)各類型充電車輛的數(shù)量、并網(wǎng)充電時刻和充電時長決定。

充電樁一般優(yōu)先設置在住宅區(qū)、商務區(qū)、商業(yè)區(qū)的停車場以及具備停車條件的道路邊。在此類區(qū)域的配置密度應該大余其他區(qū)域，以便于用戶獲得便利的充電服務。

3 有序充電控制策略

基于電動汽車充電負荷預測和充電負荷對電網(wǎng)的影響制定有序充電控制策略。通過制定不同層級、不同區(qū)域的有序控制策略，同時應用合適的激勵策略，形成整體有序控制策略。

3.1 分區(qū)有序充電控制

充電基礎設施在車輛種類和服務范圍上可能會有交叉。因此在制定有序控制策略時，應考慮相互之間的配合，做到既能夠覆蓋所有電動汽車運行范圍，又能夠在相互重疊區(qū)域提供經(jīng)濟的電力供應。

3.2 電動汽車充電的激勵策略

私人是未來電動汽車的主要用戶，充電行為規(guī)律相對隨機，是最需要進行引導的群體。因此，通過基于需求側(cè)響應的基本方法和理論，結合電動汽車需求特性，研究引導和激勵私人電動汽車用戶參與有序充電的服務價格體系建立，為各層級多目標協(xié)調(diào)控制策略的實施提供手段。

3.3 分層級多目標協(xié)調(diào)策略

按充電結構層次分為電網(wǎng)級有序充電控制策略、站級充電服務單元有序充電控制策略、有序充電控制器的控制策略和有序充電引導策略四部分。

（1）電網(wǎng)級有序充電控制策略。在電網(wǎng)規(guī)劃與運行上對電動汽車充電負荷進行管理與監(jiān)控，針對不同區(qū)域電網(wǎng)中并網(wǎng)充電負荷的變化作出相應的應急預案與應對措施等。通過通信信道將控制信息反饋至各個充電設施，與其他層級形成控制呼應。同時，在電網(wǎng)規(guī)劃時，加強電動汽車充電造成的電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)。

（2）站級充電服務單元有序充電控制策略。站級充電服務單元位于各個控制區(qū)域的綜合控制中心或變電站內(nèi)，負責對充電樁進行實時監(jiān)控與管理。該服務單元的有序充電控制策略是對管理區(qū)域內(nèi)的充電樁進行綜合協(xié)調(diào)，是實現(xiàn)有序充電控制最重要的一層。

（3）有序充電控制器的控制策略。通過保障用戶需求并提高經(jīng)濟性的充電控制器控制策略實現(xiàn)有序充電控制。充電控制器與電池管理系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，根據(jù)實時狀態(tài)信息制定包含執(zhí)行時間、充電電流等內(nèi)容的充電方案。同時，研究通訊中斷、信息缺失等情況下，充電控制器自主實施有序充電的技術和方法。

（4）有序充電引導策略。有序充電引導策略是指對用戶充電行為提供的實用化引導的方法。例如通過車輛導航對有充電需求的車輛提供導航服務，引導其進入充換電服務點，或者通過短信通知給私人電動汽車用戶發(fā)送信息，引導充電時間、避開高峰充電。

4 充電樁有序接入策略

充電樁充電的有序接入策略將整個調(diào)度過程分為兩個階段：基于區(qū)域負荷優(yōu)化的調(diào)度和最優(yōu)充電方案的優(yōu)化分配，具體如下。

（1）基于負荷優(yōu)化的接入調(diào)度?；趨^(qū)域負荷優(yōu)化的調(diào)度是通過對區(qū)域內(nèi)所有電動汽車的充電時刻進行控制，以實現(xiàn)削峰填谷、穩(wěn)定變電站整體負荷水平的目標，具體步驟如下：

首先，通過對變電站供電范圍內(nèi)各小區(qū)電動汽車進行負荷建模，將待充電動汽車荷電狀態(tài)和待充車輛的總量的概率分布作為初始數(shù)據(jù)輸入。

其次，分析車輛的可調(diào)度比例，計算可調(diào)度車輛總量，對車輛進行荷電狀態(tài)分類，將不可調(diào)度的車輛與車輛原始接入規(guī)律結合在一起計算不可控負荷。

再次，將不可控負荷與變電站基礎負荷(居民生活用電負荷、工業(yè)負荷、商業(yè)負荷等)一起作為原始負荷輸入至優(yōu)化程序，同時將可調(diào)度負荷作為輸入變量。

最后，建立目標函數(shù)。通過優(yōu)化理論對整體負荷水平進行尋優(yōu)，獲取最優(yōu)整體車輛接入的充電時刻。

（2）基于負載均衡的優(yōu)化分配?；谪撦d均衡的優(yōu)化分配是在考慮各小區(qū)車輛的實時可調(diào)度數(shù)量的前提下，將每個調(diào)度時刻應接入車輛數(shù)量分配至各小區(qū)，以均衡各條線路實時負載率，步驟如下：

首先，輸入各小區(qū)的實時可調(diào)度車輛數(shù)量及其電池荷電狀態(tài)，形成電池矩陣。

其次，采集各小區(qū)對應的供電線路實時負載率及其約束值，和電池約束一起作為約束輸入至優(yōu)化程序。

最后，將該調(diào)度時刻的各荷電狀態(tài)車輛接入總量輸入優(yōu)化程序進行分配，輸出變量為各小區(qū)并網(wǎng)充電的不同荷電狀態(tài)電動汽車數(shù)量。

通過對變電站供電范圍內(nèi)各個小區(qū)電動汽車的充電時刻進行調(diào)度，綜合考慮區(qū)域電網(wǎng)的實時參數(shù)，實現(xiàn)區(qū)域負荷水平的穩(wěn)定和線路負載率均衡，實現(xiàn)各個小區(qū)的有序接入充電。

5 結語

本文提出的有序充電體系可為電動汽車充電系統(tǒng)運營與管理人員提供參考，基礎設施的優(yōu)化配置可為充電設施建設提供借鑒，充電樁接入控制模式也為今后智能小區(qū)的發(fā)展與配電網(wǎng)運行提供依據(jù)。有序充電控制策略無論在理論上還是現(xiàn)實中都有重要的意義。