淺議電動汽車有序充電控制策略

趙建文 侯燕文 李童

摘 要：電動汽車作為用電負載，大規模的接入電網會對電網造成一定的影響。本文從電能管理和電能質量的角度分析了電動汽車充電對電網的影響，提出了充電基礎設施優化配置方案，探討了有序充電控制策略和充電樁有序接入策略。

關鍵詞：電動汽車;有序充電;控制策略

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的影晌

電動汽車充電對電網的影響主要表現在用電平衡和電能質量兩個方面。

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

2 充電基礎設施優化配置

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的充電樁進行統一監測與控制，實現充電樁與電網之間的互動，有必要分區域對充電樁的數量進行配置。為便于在變電站內建立對供電范圍內的充電樁進行有序控制的監控系統，可以以變電站的供電范圍為基準進行區域充電樁的配置。

區域內充電柱的配置主要由區域內各類型充電車輛的數量、并網充電時刻和充電時長決定。

充電樁一般優先設置在住宅區、商務區、商業區的停車場以及具備停車條件的道路邊。在此類區域的配置密度應該大余其他區域，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的影響制定有序充電控制策略。通過制定不同層級、不同區域的有序控制策略，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域提供經濟的電力供應。

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，為各層級多目標協調控制策略的實施提供手段。

3.3 分層級多目標協調策略

按充電結構層次分為電網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）電網級有序充電控制策略。在電網規劃與運行上對電動汽車充電負荷進行管理與監控，針對不同區域電網中并網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，在電網規劃時，加強電動汽車充電造成的電網薄弱環節。

（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域的綜合控制中心或變電站內，負責對充電樁進行實時監控與管理。該服務單元的有序充電控制策略是對管理區域內的充電樁進行綜合協調，是實現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濟性的充電控制器控制策略實現有序充電控制。充電控制器與電池管理系統相協調，根據實時狀態信息制定包含執行時間、充電電流等內容的充電方案。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度過程分為兩個階段：基于區域負荷優化的調度和最優充電方案的優化分配，具體如下。

（1）基于負荷優化的接入調度。基于區域負荷優化的調度是通過對區域內所有電動汽車的充電時刻進行控制，以實現削峰填谷、穩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各小區電動汽車進行負荷建模，將待充電動汽車荷電狀態和待充車輛的總量的概率分布作為初始數據輸入。

其次，分析車輛的可調度比例，計算可調度車輛總量，對車輛進行荷電狀態分類，將不可調度的車輛與車輛原始接入規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、工業負荷、商業負荷等）一起作為原始負荷輸入至優化程序，同時將可調度負荷作為輸入變量。

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

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

首先，輸入各小區的實時可調度車輛數量及其電池荷電狀態，形成電池矩陣。

其次，采集各小區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化程序。

最后，將該調度時刻的各荷電狀態車輛接入總量輸入優化程序進行分配，輸出變量為各小區并網充電的不同荷電狀態電動汽車數量。

通過對變電站供電范圍內各個小區電動汽車的充電時刻進行調度，綜合考慮區域電網的實時參數，實現區域負荷水平的穩定和線路負載率均衡，實現各個小區的有序接入充電。

5 結語

本文提出的有序充電體系可為電動汽車充電系統運營與管理人員提供參考，基礎設施的優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的發展與配電網運行提供依據。有序充電控制策略無論在理論上還是現實中都有重要的意義。

作者簡介：趙建文（1985—），男，山東泰安人，工學、管理學雙學士，工程師，主要從事電力營銷方面的工作。