基于多目標規劃的電動汽車充電優化管理

胡 洋，劉 金

（山東科技大學，山東 濟南 250000）

0 引 言

電力系統的支撐是電動汽車大規模發展的保證，而電網是其主要的能量來源。因電動汽車無序充電行為造成的高同時率、強隨機性等特性，給配電網帶來了一系列挑戰，如電壓損耗和電壓下降增加、負荷峰谷差增大等。同時，具有移動式儲能功能的電動汽車應用前景廣闊，如削峰填谷、協同消納新能源及提供有關電力系統的輔助服務等方面。

1 背 景

表1展示了三個等級的電動汽車充電功率劃分。假設10%、40%、50%的電動汽車分別采取交流1級、交流2級、直流充電。為滿足用戶需求、減少設備投資、降低因電動汽車無序充電而造成的負荷峰谷差，需要合理分配不同充電等級。同時，根據計算分析，認識電網和電動汽車互動等相關問題，并具體闡述立場和論點。

表1 電動汽車充電功率等級

2 數據分析與處理

以一天內各時刻為自變量，以單輛電動汽車的用電量為因變量，利用MATLAB數學軟件對調查得到的數據進行處理，即可分別繪得電動汽車的充電負荷曲線，如圖1所示。

每輛電動汽車的充電負荷為一范圍值，即電動汽車充電過程中的每個時刻都對應一個最大值和一個最小值。由圖1可知，充電負荷無論是最大值還是最小值，都具有先上升后下降的趨勢，且峰值出現的時刻相近。

3 模型的建立

3.1 用戶需求

為了滿足用戶需求，要先做到預期的充電量可以在固定充電連接時長內被獲取，同時考慮減少設備投資及其他條件。本文利用多目標規劃的方法找出最優值。經過查閱資料[1]，可得目標函數為：

3.2 設備投資

在保證用戶需求得以滿足的前提下，出于對利潤的追求，結合生活經驗，減少前期投資，即可得目標函數：

圖1 充電負荷曲線

3.3 無序充電負荷的峰谷差

為了降低因電動汽車無序充電而造成的負荷峰谷差，保護電網，可運用降低負荷峰值和減少負荷曲線波動的方法[2]。通過分析可知，新能源充電樁所提供的充電負荷的峰值總是不小于電動汽車在24 h內的各個時刻接收電量的最大值，同時電動汽車的輸出總大于24 h內的各個時刻的功率的最小值，且小于功率的最大值[3]。此外，還應合理縮小約束范圍。綜上所述，可得目標函數為：

聯立式（1）～式（3），便可建立多目標規劃模型。

4 模型的求解

運用CPLEX電學軟件和MATLAB數學軟件，利用改良后的模擬退火法的思想，外加超拉丁算法進行抽樣比對，代入多目標規劃模型求解，有：

5 結 論

綜上所述，可以得出：合理規劃電動汽車的充放電時間可以有效幫助電網削峰填谷，降低電網壓力，減少網損。充電開始時刻主要集中在早6點至晚10點，而深夜和凌晨開始充電的電動汽車數量相對較少，因此用電量的峰谷受人類影響。鑒于此，可在用電高峰期提高電價，用電負荷較小時降低電價。利用波動電價的方式鼓勵電動汽車在早6點至晚10點放電，在晚10點至早6點時充電，則可以削峰填谷，降低電網壓力，減少網損。